fasciculo32 el mundo de la quimica

8/14/2019 Fasciculo32 El Mundo de La Quimica

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El mundo de la qumica

Petrleo: Qumica e indust ria

Fascculo 32

Ya el captulo VII se concentr en la qumica y en el amplioe importante uso de uno de los recursos naturales mssignificativos: el agua. Ahora se har hincapi en la industriaasociada con el recurso natural no renovable msimportante: el petrleo. La sociedad moderna precisa del para solventar muchas de sus necesidades.

La palabra petrleo deriva de la fusin de los vocablospetro (piedra) y leum (aceite), es decir, aceite de piedra.Debido a su naturaleza qumica, al petrleo y algunos desus derivados se les llama tambin hidrocarburos.


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Un poco de historia

La utilizacin del petrleo por parte del hombre se remonta a casi 5 000 aos.En Venezuela, ya antes del viaje expedicionario de Coln, los indios conocan

las ocurrencias naturales de hidrocarburos y al petrleo le llamaban Mene. Enel ao 1535, Gonzalo Fernndez de Oviedo y Valds, primer cronista de Indias,hace la primera referencia sobre el petrleo venezolano. Fue, sin embargo,Alexander von Humboldt, quien proporcion la descripcin sistemtica de losdepsitos de asfalto en Venezuela en el ao 1814 en su Viaje a las RegionesEquinocciales del Nuevo Continente .

Es el Dr. Jos Mara Vargas quienrealiza el primer anlisis de una muestrade crudo venezolano en el ao 1839,recolectada en Pedernales, Cantn delBajo Orinoco.

El inicio de la extraccin petrolera enel pas se ubica en un pozo en el estadoTchira, en el ao 1878, cuando elgobierno venezolano da una concesina Manuel Antonio Pulido para queextrajera petrleo en su Hacienda dela Alquitrana. De all nace la primeraempresa petrolera en Venezuela: laPetrolia del Tchira.

Fundacin Polar ltimasNoticias El mundo de la qumica Captulo X. Petrleo: Qumica e industria fascculo 32

Nadie conoce el origen preciso del petrleo. Para explicarlo D. Mendeleievpropuso la hiptesis inorgnica, la cual sostiene que el petrleo se origin porla reaccin del agua sobre alquinuros metlicos. La presin y la temperaturaocasionaron otras reacciones y polimerizaciones formando los dems componentesdel petrleo. Sin embargo, la presencia de restos fsiles de animales y vegetalesen los reservorios petroleros ha hecho que esta teora sea descartada casi

completamente.La ms aceptada es la hiptesis orgnica que establece que el petrleo seprodujo por los restos de plantas (hiptesis vegetal formulada por Kramer) o deanimales (hiptesis animal presentada por Engler) que vivieron en los mares olagos hace unos 500 millones de aos, o por la combinacin de ambos. Estosorganismos murieron y con el tiempo quedaron cubiertos por sedimentos. Lapresin, el calor, el contacto con su entorno, la presencia de algunosmicroorganismos y, sobre todo, el paso del tiempo, fueron transformando muylentamente las estructuras qumicas orgnicas originales en otras menos complejasque pasaron a acumularse en las rocas porosas cercanas. Es a este conjuntobien diverso de compuestos orgnicos derivados de entidades vivas al quegenricamente llamamos petrleo. Es un hecho que este ciclo se sigue produciendoen la actualidad, sin embargo, la velocidad de su formacin es tan lenta que, atodo efecto prctico que nos concierna como sociedad actual, el petrleorepresenta un recurso natural no renovable.

La roca que dio origen a los hidrocarburos se conoce como Roca madre. Estamasa esponjosa es producto de los depsitos de mantos de arcillas, arenas,limos y sedimentos en general, con la deposicin de fsiles se convirti en elambiente propicio para que se que originara el petrleo y el gas natural.

Origen de un maravilloso recurso

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El 14 de diciembre de 1922 el pozo Los Barrosos N 2,mientras era perforado, revent y sin control fluyeron durantediez das, aproximadamente, 100 mil barriles diarios, hastaque las arenas subterrneas lo taponaron.


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El padre de la OPEPEl Dr. Juan Pablo Prez Alfonzo (1903-1979) fue uno delos venezolanos ms ilustres y de ms relevante actuacinen materia petrolera en el mundo. Al frente del Ministeriode Minas e Hidrocarburos (1959-1963) tuvo una decisivainfluencia en la aplicacin de la poltica de no msconcesiones; adems, fue frreo defensor de los preciosdel crudo, promovi la creacin de la CorporacinVenezolana del Petrleo (CVP), antecedente de PDVSA,logr que Estados Unidos diera preferencia hemisfricaal petrleo venezolano, particip de la reforma impositivaen el ao 1961 y fue determinante su intervencin en lacreacin de la OPEP.

Sabas que...?Van a cumplirse 70 aos desde que el escritor venezolanoArturo Uslar Pietri expresara: Es menester sacar lamayor renta de las minas para invertirla totalmente enayudas, facilidades y estmulos a la agricultura, la cra ylas industrias nacionales, es decir, sembrar el petrleo.Cunto tiempo debemos esperar para tener el fruto deesa cosecha?

InteresanteEn poco ms de un siglo, la produccinde petrleo a partir de las reservasactuales podra llegar a ser tan baja comolo era a principios del siglo XX. En esapoca el petrleo era empleadosolamente como combustible para lailuminacin, pues serva como sustitutodel muy escaso aceite de ballena.Fuente:http://www.almc.army.mil

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040

0

5

10

15

20

25

30

Produccin mundial

Mundial sin Golfo Prsico

Golfo Prsico

Estados Unidos y Canad

Bloque sovitico

Mar del Norte


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Constitucin qumica del petrleoLa composicin elemental, aproximada, del petrleo, esde 84 a 87 % de carbono, alrededor de 11 a 14 % dehidrgeno, con ms o menos de 0 a 2,5 % de azufre y de0 a 0,2 % de nitrgeno. Estos ltimos elementos, juntocon oxgeno y algunos metales (como vanadio, nquel,sodio, arsnico y otros) son considerados como impurezasen el crudo.

Composicin orgnica

Los crudos estn constituidos fundamentalmente por unamezcla de hidrocarburos. Por ello, dependiendo del nmerode tomos de carbono y de la estructura de los mismos,presentarn diferentes propiedades que determinen sucomportamiento como combustibles, lubricantes, ceras osolventes.

Si las cadenas de carbono estn asociadas al hidrgenosin ramificacin, constituyen las llamadas parafinas; sison ramificadas se tienen las isoparafinas; si se presentan

dobles enlaces entre los tomos de carbono se logranlas olefinas; la conformacin de ciclos de carbono implicalos naftenos y cuando estos ciclos presentan enlacesdobles alternos, similares al anillo bencnico, se tiene lafamilia de los aromticos.

Hidrgeno

Azufre Otros

Carbono

Parafinas normales

C

H

H

H H

Metano

C

H

H

H H

Etano

C

H

H

C

H

H

H H

Propano

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H HC

H

H

C

H

H

C

H

H

Butano

C

H

H

H HC

H

H

C

H

H

C

H

H

Pentano

C

H

H

Isoparafinas

C

H

H3C

Isobutano

Olefinas

Etileno

Naftenos

Ciclohexano

CH3CH3 C

H

H3C

Isopentano

CH3C

H

H3C H

CH3C

Neopentano

CH3

H3C

CH3

CH3C

Isooctano

CH3

H3C

H3C

C C

CH3H

H H

H2C CH2

Propileno

H3C C

H

CH2

Butileno

H3C C

H

H

C

H

CH2

2Buteno

Isoamileno

H3C C

H

C

H

CH2

H3C

3 metil, 1 buteno

1, 3 butadeno

H2C C

H

C

H

CH2

H2C

CH2

CH2H2C

H2C

CH2

C

CH2

CH2H2C

H2C

H3CCH3

1,1 dimetilciclopentano Ciclohexano

CH

CH2

CHH2C

H2C HC

CH3

CH3

CH3

H2C

CH

CHH2C

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2

CH2

Decahidronaftaleno

Aromticos

Benceno

HC

CH

CHHC

HC

CH

CH3

Tolueno

CH3

CH3

Ortoxileno

Naftaleno Antraceno

FenantrenoBifenilo

Al aumentar la masa molecularde los hidrocarburos, las

estructuras se vuelvenverdaderamente complejas ydifciles de identificarqumicamente con precisin,por ejemplo, los asfaltenos,que son sustancias que formanparte del residuo de ladestilacin al vaco.


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Tipos de petrleoUna clasificacin del petrleo depende del constituyenteque se halle en mayor proporcin. Por ejemplo, los crudosparafnicos tienen mayoritariamente parafinas y cerasnaturales, tal como algunos de los extrados en EstadosUnidos y Libia. Los crudos naftnicos estn representadospor los naftenos y son algunos de los crudos presentes ennuestro pas. Los crudos aromticos poseen principalmentehidrocarburos aromticos, predominantes en Borneo. Loscrudos sulfurosos que contienen mercaptanos formadospor la fijacin de azufre sobre un hidrocarburo, condesprendimiento de sulfuro de hidrgeno, son caractersticosdel Medio Oriente. Tambin estn los crudos bituminosos,cuyo contenido en azufre es muy bajo y los crudoscontaminados por cidos, metales, sales, agua salada, etc.

Cmo se comporta el petrleo?Una de las propiedades fisicoqumicas ms importantes esla viscosidad: la medida de la resistencia que ofrece unlquido a moverse (a fluir) y su unidad de medicin comnes elpoise (P). Cuando las variaciones de la viscosidad sonpequeas, su valor se expresa en centipoise . A medida quelos crudos son ms densos y pesados son ms viscosos.Como la viscosidad depende de la temperatura, se puededisminuir mediante calentamiento u otros procesosgeneralmente conocidos como viscorreduccin.

La densidad relativa expresa la densidad de una sustanciacon respecto al agua. La mayora de los crudos tienendensidades menores al agua, o sea que flotan en ella. Enla industria petrolera es comn expresar la densidad relativade un crudo por su gravedad especfica en grados API ogravedad API (API). Esta unidad fue creada por el AmericanPetroleum Institute.

En la escala API el agua tiene 10 API, un crudo menosdenso que el agua tiene ms de 10 API y uno con densidadmayor que el agua tiene menos de 10 API.La gravedad API indicar si se trata de hidrocarburoscondensados (42,0 API en adelante), livianos (30,0 a41,9 API), medianos (22,0 a 29,9 API), pesados (10,0 a21,9 API) y extrapesados (8,3 a 9,9 API). Sobre el bitumenno hay un consenso, ya que an se discute si se trata depetrleo extrapesado o bituminoso. Mientras ms liviano esun crudo y ms alta es su gravedad API, mejor es su calidady mayor es su precio.

En nuestro pas el 69 % de las reservas probadas dehidrocarburos la conforman los crudos pesados yextrapesados (ubicados principalmente en la Faja delOrinoco).

Venezuela cuenta con una gran reserva de petrleo pesado y ultrapesado en la llamada Faja Petrolfera del Orinoco, la cual est siendoaprovechada por diversas compaas.


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El crudo no es slo lquido

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Nia c on zarcillo de pe rlas.Ja n Vermee r (1632-1 675).

Livianos

Pesados

Petrleocrudo

Asfaltos

Coque

Grasas

Aceites ylubricantes

Ceras

Fuel oilindustrial

Diesel paracalefaccin

Jet fuel yquerosene

Gasolina

PROCESOS

ADICIONALES

Torre defraccionamiento

El petrleo tal como se bombea desde el subsuelo se conocecomo petrleo crudo o simplemente crudo. Este lquido conolor desagradable, cuyo color va desde el amarillo hasta elnegro, puede ser tan fluido como el agua o tan espeso comola brea, aunque la mayora de los crudos son lquidos quecontienen gases y slidos disueltos.

Comercialmente, el trmino petrleo crudo se refierefundamentalmente a los hidrocarburos lquidos; a losgaseosos se les denomina gas natural y los slidos recibenel nombre de asfalto (bitumen o betumen) o cera (parafina).A los crudos que contienen una mezcla de ambos se lesconoce como de base mixta.

Las propiedades de los crudos marcarn su patrn decomercializacin, es decir, evidentemente no todos tienenel mismo valor de venta. As, generalmente, los crudos mslivianos suelen ser ms apreciados y costosos que los mspesados, ya que de su refinacin se puede obtener unagran cantidad y variedad de productos de alta calidad, como

combustibles y lubricantes.

En la industria petrolera, en general, se realizan cuatro grandesprocesos: exploracin, produccin, refinacin y, finalmente, comercioy suministro. Estos ltimos son fundamentalmente del reaeconmica y no sern de inters en este captulo.

Exploracin

Para encontrar zonas con petrleo se realizan estudios en lasuperficie tales como: geologa de campo y topografa del terreno.Luego, si hay indicios de un reservorio de hidrocarburos, se realizananlisis geofsicos mediante mtodos magnticos, gravimtricos yssmicos.

Esas zonas delimitadas que contienen reservas de petrleo sonllamadas yacimientos. Se encuentran generalmente en terrenospertenecientes a pocas que se extienden desde la era primaria(Cmbrico hace 500 millones de aos) hasta la terciaria (Miocenoms joven hace 7 millones de aos). En los yacimientos, el petrleocomnmente se encuentra confinado en el subsuelo dentro de capasporosas (arenas) acompaado con otros fluidos como agua y gas.Las rocas en estas zonas son llamadas rocas almacn y sucaracterstica ms importante es su porosidad y permeabilidad.Para que haya ms acumulacin petrolfera es necesario que ocurralo que en trminos geolgicos se denomina un entrampamiento oformacin de una trampa, que sea capaz de detener la migracindel crudo.

Procesos involucradosen la actividad petrolera

Emisor deonda de choque

Receptor deseales

Las ondas rebotanen los cambios deperfiles del suelo


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La produccin comprende, al menos, tres fases: la perforacin delpozo, la produccin y la explotacin.

La perforacin consiste en atravesar la roca para extraer el petrleodel subsuelo. El mtodo de perforacin rotatorio es el ms usadoen la actualidad y consiste en bajar una barrena por medio de tubosy hacer girar la tubera para penetrar la roca. Hoy da se han

desarrollado nuevas tcnicas para adaptar los equipos de perforacina cada situacin particular, lo cual depende del lugar donde sellevar a cabo la operacin de produccin, es decir, si ser en zonasterrestres, aguas profundas o reas pantanosas.

Una vez perforado el pozo se procede a instalar en tres etapas elequipo de produccin: primero se pone en contacto la arenaproductora con el pozo propiamente dicho llamado caoneo, ensegundo lugar se realiza una prueba de evaluacin de la arenaproductora y, por ltimo, se efecta la complementacin del pozo.

Otros mtodos de produccin son el flujo natural, el levantamientoartificial por gas y el levantamiento artificial por bombeo mecnico.En el flujo natural se aprovecha la presin del yacimiento la cual

es capaz de hacer fluir el crudo del pozo. Cuando la produccin porflujo natural no es rentable se usan otros mtodos como, por ejemplo,el del levantamiento artificial por gas que consiste en inyectar gasa alta presin en el espacio entre la tubera y el revestidor deproduccin, o el mtodo de levantamiento artificial por bombeomecnico que utiliza la unidad llamada balancn.

La explotacin de un pozo es el ltimo paso que se realiza para larecuperacin exhaustiva del crudo, aadiendo fluidos como agua,gas o aire.

Los crudos, tal como son extrados en los campos de produccinno pueden satisfacer los estndares de calidad y variedad deproductos de los hidrocarburos. Debido a las diferencias en laspropiedades de sus constituyentes, el crudo es susceptible desepararse en diferentes fracciones, cada una con caractersticasdefinidas. De aqu surge la refinacin, conjunto de procedimientosy operaciones que permite elaborar derivados de mayor valoreconmico a partir del material crudo.

Refinacin

Los procesos de refinacin pueden clasificarse en: procesos deseparacin, donde se aprovechan las propiedades fisicoqumicasde las materias primas para separarlas en diferentes fracciones sinproducir cambios en la estructura qumica original del compuesto,

y procesos de conversin, donde se realizan cambios en la estructuraqumica de los componentes para luego efectuar un proceso deseparacin a fin de obtener las fracciones de los nuevoscomponentes.

Algunos procesos tpicos en una refinera son: destilacin de crudos,de desintegracin cataltica, reformacin de naftas, reduccin deviscosidad de residuales, alquilacin, hidrotratamiento y refinacincon solventes.

Produccin

Refinera de Puerto La Cruz, estado Anzotegui.

Pozo en el estado Monagas.

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