caracterización de una fracción de petroleo

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  • 03/11/2011

    1

    Ing. Zoraida Carrasquero MSc.

    FRACCIN PETROLIFERA

    Una fraccin petrolfera cualquiera, est compuesta por numerososp q , p p

    tipos de hidrocarburos diferentes. Estos tienen una caracterstica

    comn: la de tener unos puntos de ebullicin comprendidos entre unos

    determinados valores.

    Esto ltimo es debido a que dicha fraccin es recogida a una

    determinada altura en una columna de rectificacin, por lo que dicha

    fraccin tendr una composicin y un punto de ebullicin diferente

    segn sea recogida.

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    2

    MEZCLAS COMPLEJAS

    En destilacin, una mezcla se considera compleja cuando:

    -El nmero de tomos de carbono de los componentes puede variarentre 1 y 50.

    -Los puntos de ebullicin estn en el rango entre 162 a 538C.

    -Los productos de la destilacin son tambin mezclas complejas.

    -En las fracciones de petrleo, podemos encontrar parafinas, olefinas,naftenos y aromticos.

    MEZCLAS COMPLEJAS

    Los procesos de destilacin de mezclas complejas se presentan,

    en general, en las refineras de petrleo.

    Esta destilacin requiere grandes equipos con altos consumos

    energticos que involucran costos de instalacin y de operacin

    considerables por lo que el diseo exige estudios rigurosos deconsiderables, por lo que el diseo exige estudios rigurosos de

    optimizacin

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    MEZCLAS COMPLEJAS

    Caracterizacin de las muestras complejas (petrleo y susfracciones)

    Gravedad API- Gravedad API

    - Volatilidad

    - Puntos de ebullicin promedio

    - ndice de parafinas

    - Contenido de azufre

    - Contenido de agua y sedimento

    - Contenido de sales y metales

    - El punto de anilina y nmero de octanos, entre otros.

    Las pruebas para determinar los valores anteriores estn

    estandarizadas por la ASTM.

    MEZCLAS COMPLEJAS

    La gravedad API (ASTM D 87; ASTM D 1298)

    se define como:

    Gravedad API = 141.5 / (SG 60/60F) 131.5

    Donde, SG 60/60F significa gravedad especfica medida a 60F y

    referida a la gravedad especfica del agua a 60F.

    As la gravedad API de agua es 10, la de la mayora de los

    hidrocarburos est entre 10 y 80, y la de los hidrocarburos ligeros

    tiene valores superiores a 92.8.

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    MEZCLAS COMPLEJAS

    lblbsSGfluidofluidofluido

    gallb

    pielbsagua 31,837,62 3

    APISG + 5,131

    5,141G. E. oAPIAPI+5,131

    5,1315,141 SG

    API

    0,85 35

    0,92 22

    MEZCLAS COMPLEJAS

    LA DENSIDAD ES FACILMENTE MEDIBLE (ASTM D 1298). POR ESA

    RAZON ES UN PARAMETRO DE CORRELACION IMPORTANTERAZON ES UN PARAMETRO DE CORRELACION IMPORTANTE

    Escala graduada

    Termmetro

    Lectura visual

    FlotadorFluido

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    MEZCLAS COMPLEJAS

    FACTOR DE CARACTERIZACIN

    9 EN LAS FRACCIONES DE PETROLEO PODEMOS9 EN LAS FRACCIONES DE PETROLEO, PODEMOSENCONTRAR PARAFINAS, OLEFINAS, NAFTENOS YAROMATICOS.

    9 EL KW INDICA CUALITATIVAMENTE LA FRACCINDOMINANTE

    9 ORIGINALMENTE UNA MEDIDA DE LA AROMATICIDADDE LA MEZCLA (WATSON Y NELSON)

    Tb (oF) Kw3-METIL-OCTANO 292 12,6O-XILENO 292 10,3

    MEZCLAS COMPLEJAS

    FACTOR DE CARACTERIZACIN

    ( ))60/60(

    3

    SGRMeanT

    K bW=

    KW Parafinas: 12 - 12,5

    Kw Naftenos: 11 - 12Kw Aromticos: 10 - 11

    LAS FRACCIONES DE CRUDO MANTIENEN EL MISMO Kuop QUE

    EL CRUDO ORIGINAL

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    MEZCLAS COMPLEJAS

    TEMPERATURA DE EBULLICIN

    9 EL COMPONENTE PURO SE CARACTERIZA POR UNA SOLATb A P atm.

    9 UNA MEZCLA SE CARACTERIZA POR UNA CURVA DEPUNTOS DE EBULLICIN.

    9 PARA MEZCLAS, UN ANALISIS DE COMPONENTES NO ESPRACTICO.

    9 UNA COMPOSICIN FCTICIA, EN TRMINOS DE PSEUDOCOMPONENTES PUEDE OBTENERSE DE LA CURVA DEPUNTOS DE EBULLICIN Y LA GRAVEDAD API (SG)

    CARACTERIZACIN DE CRUDOS Y FRACCIONES

    ASTM D86PRUEBA DE DESTILACION POR LOTES (BATCH) SIN REFLUJO.CORREGIR POR SUMERGENCIA DEL TERMOMETRO SIETETEMPERATURAS. y PARA LA FRACCION COMPLETA. METODON

    TO yESTANDARIZADO

    ASTM D1160PARA FRACCIONES PESADAS QUE PUEDEN SER VAPORIZADASPARCIAL O TOTALMENTE A 750 oF. SE CORRE EN VACIO (0,2 psia).METODO ESTANDARIZADO.

    ASTM D2887CROMATOGRAFIA A TEMPERATURA PROGRAMADA (ALTA T)CONVERTIDA A CURVA TBP PM MEDIDOS PARA LA FRACCIOND

    E F

    RA

    CC

    ION

    AM

    IEN

    CONVERTIDA A CURVA TBP. PM, MEDIDOS PARA LA FRACCIONCOMPLETA C6+. METODO ESTANDARIZADO

    TBPPRUEBA DE DESTILACION CON 5-100 PLATOS TEORICOS YREFLUJO 5:1. ENTRE 5-15 TEMPERATURAS DE EBULLICION SONREPORTADAS. PM, y SON MEDIDOS PARA CADA CORTEREPORTADO. METODO NO ESTANDARIZADO

    GR

    AD

    O D

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    7

    DESTILACION ASTM D86

    La volatilidad de los componentes de una mezcla compleja sedetermina con pruebas de destilacin de laboratorio (ASTM D 86;ASTM D 1160)ASTM D 1160)

    9 Es una destilacin intermitente equivalente a una etapa deequilibrio sin reflujo

    9 Se aplica a gasolinas: naturales, de motor de aviones, naftas,gasleos y destilados atmosfricosg y

    9 Por este mtodo tambin se determina la tendencia de unhidrocarburo de producir vapores altamente explosivos

    DESTILACION ASTM D86

  • 03/11/2011

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    9 Determinar la gravedad API o Presin devapor Reid a la muestra, 100 ml

    9 Preparacin del equipo

    Termmetro

    Condensador (Tubo de cobre):Agua - hielo

    ASTM D86: DESCRIPCIN DEL MTODO

    p q p

    9 Registro de la temperatura y presin local9 Suministro de calor al baln y su contenido9 Se registra el punto inicial de ebullicin IBP

    (Temperatura leda cuando se genera la

    primera gota de condensado)

    9 Regular el calentamiento de tal forma que la

    Cilindrograduado

    Muestra 100 ml

    velocidad de condensacin sea uniforme (4.5

    ml/min)

    9 Se toma para cada volumen recuperado en elcilindro (10,20,3090) el valor de la

    temperatura.

    Despus de que se ha recogido el 95%, aumentar el calentamientohasta alcanzar punto final (EP: es la temperatura tomada en elmomento en que la ltima gota de lquido se evapora desde el frascode destilacin), y se contina el calentamiento durante tres a cinco

    ASTM D86

    minutos ms.

    Volumen Recuperado

    Temperatura C

    IBP 38,1

    5% 51,6

    10% 55,4

    20% 62,0

    30% 70 4

    Gravedad API 61,9

    % Recuperado V/V 93%

    Reporte de Datos

    30% 70,4

    40% 81,07

    50% 95,5

    60% 116,7

    70% 186,3

    80% 386,7

    90% 387,3

    % Recuperado V/V 93%

  • 03/11/2011

    9

    Las temperaturas IBP y EP no corresponden a las temperaturas de

    DESTILACIN ASTM D86 (Cont.)

    burbuja, ni de roco, respectivamente, y al igual que las temperaturas

    intermedias registradas no tienen ninguna base terica pero en la

    prctica se utilizan para caracterizar productos finales e intermedios

    del petrleo.

    El porcentaje de recuperacin se determina con respecto alj

    volumen destilado, el porcentaje de residuo con respecto a lo que

    queda de la muestra y el porcentaje de prdidas como la diferencia

    entre los porcentajes anteriores.

    DESTILACIN ASTM D86: Equipo

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    10

    Curva ASTM D-86 CRUDO DE 61,9 API

    DESTILACIN ASTM D86

    Reporte de resultados

    100150200250300350400450

    empe

    ratu

    ra (

    C)

    050

    100

    0 20 40 60 80 100

    %v/v

    Te

    Curva ASTM D-86

    CURVAS ASTM D86 representativas

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    11

    DESTILACIN TBP

    9 Regida por la Norma ASTM D28929 Otra prueba de laboratorio, con bases tericas, generalmente

    l d l d l t d b lli i d d (TBP)empleada es la del punto de ebullicin verdadero (TBP), aunqueno existe un mtodo estndar, la norma ASTM 2892 o algunamodificacin de ella se utiliza normalmente.

    9 Se llevan a cabo en columnas de 15 a 100 etapas tericas conrelaciones de reflujo superiores a 5

    9 Temperatura IBP es menor y la temperatura FBP es mayor que lasdeterminadas con la norma ASTM D 86determinadas con la norma ASTM D 86

    9 Las curvas de destilacin TBP (del ingls "true boiling point",temperatura de ebullicin real) distinguen a los diferentes tipos depetrleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de losproductos por separacin directa

    DESTILACIN TBP

    9 Por el costo y las complicaciones que implica se practicany p q p pperidicamente en laboratorios, solo para los crudos completos y no

    para sus fracciones

    9 Para las fracciones se usa la destilacin ASTM D- 86

    99 Sin embargo una Curva ASTM D-86 se pueda convertir a curva TBPde esa fraccin.

  • 03/11/2011

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    DESTILACIN TBP: Equipo

    DESTILACION TBP

    Reporte de resultados

    Crudo de 48,75 API

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    DESTILACIN TBP

    Reporte de resultados

    La mezcla multicomponente

    se representa por

    seudocomponentes, donde

    cada seudocomponente es

    caracterizado por un rango

    TBP, y los siguientes valores

    promedio: punto de ebullicin

    normal, gravedad API y peso

    molecular.

    DESTILACIN TBP

    Reporte de resultados

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    CONVERSIN DE CURVA ASTM A TBP

    DESTILACIN EFV

    9 En la destilacin EFV, el vapor y el lquido se colocan juntos hastaque se alcance el equilibrio, y entonces se registra la cantidad de

    muestra vaporizada Este proceso se repite a varias temperaturasmuestra vaporizada. Este proceso se repite a varias temperaturas.

    La separacin obtenida por este mtodo de destilacin es ms

    pobre que la obtenida con un ensayo ASTM.

    9 Esta destilacin es costosa y poco frecuente en la prctica delaboratorio, pero puede estimarse para cortes de petrleo

    utilizando simuladores comerciales

    9 Una Curva ASTM D-86 se pueda convertir a curva EFV de esafraccin.

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    CONVERSIN DE CURVA ASTM AEFV

    DETRMINACIN DE LOS PUNTOS DE EBULLICIN

    ABP (AVERAGE BOILING POINT): Punto de ebullicin promedio

    VABP: Punto de ebullicin promedio volumtrico

    MABP: Punto de ebullicin promedio molal

    WABP: Punto de ebullicin promedio de peso

    CABP: Punto de ebullicin promedio cbico

    MeABP: Punto de ebullicin promedio medio

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    16

    DESTILACIN ASTM D86DESTILACIN ASTM D86

    APLICACIONES

  • 03/11/2011

    17

    METODO PARA CONVERSIN DE CURVA ASTM D86 A CURVA TBP Y CURVA EFVASTM D86 A CURVA TBP Y CURVA EFV

  • 03/11/2011

    18

    METODO PARA CONVERSIN DE CURVA ASTMD86 A CURVA TBP Y CURVA EFV

    Volumen Recuperado

    Temperatura C

    T, C ASTM 9 Se corrigen las IBP 38,1 0-10 17,30

    5% 51,6 10-30 15

    10% 55,4 30-50 25,1

    20% 62,0 50-70 90,8

    30% 70,4 70-90 201,0

    40% 81,07 90-100

    50% 95,5

    60% 116,7

    g

    temperaturas que estn por

    encima de 246 C

    Log D = - 1,587 + 0,00473*T

    T: temperatura observada, F

    D: temperatura a adicionar a T70% 186,3

    80% 386,7

    90% 387,3

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    19

    mASTM(10-70%) = (TASTM,70 TASTM,10)/(70-10)

  • 03/11/2011

    20

    ASTM 50-30

  • 03/11/2011

    21

  • 03/11/2011

    22

    460