ESCUELA POLITCNICA NACIONALREFINACIN JESSICA ARMIJOSPROPIEDADES FISICO QUIMICA DE LOS PETROLEOS AROMATICOS, ASFALTENOS Y PARAFINICOS

ABSTRACT

El petrleo es el energtico ms importantede la humanidad; un recurso natural no renovable que aporta el mayor porcentaje del total de la energa que se consume en el mundo, del crudo obtenemos gasolina y diesel. lo usamos para generarelectricidad, obtener energacalorfica para fbricas, hospitales , oficinas y diversos lubricantes.Para la obtencin de los mltiplesderivados del petrleoste tiene que pasar por toda una serie de procesos industriales, que van desde la perforacin, extraccin hasta la refinacin y obtencin de los derivados ms ligeros. La produccin del crudo se lleva a cabo en pozos marinos o terrestres con profundidades de entre tres y seis kilmetros.El flujo a la superficie ocasiona que el hidrocarburo experimente cambios en presiones y temperaturas que van desde varios cientos deatmsferas y entre 125 y 150 C, hasta condiciones semiambientales. Se puede afirmar entonces que, durante suprocesode produccin el hidrocarburo experimenta una sucesin de fenmenos fisicoqumicos complejos, debido a los cambios en las condiciones composicin, presin y temperatura.Estos generan una serie de fenmenos de fase, con la correspondiente segregacin y depositacin de sus partculas ms pesadas; los asfltenos, las parafinas y las resinas; los cuales constituyen la fraccin del crudo con el mayor peso molecular.La depositacin y segregacin de estas partculas de alto peso molecular y en especial la de los asfaltenos constituye uno de los problemas ms graves que enfrenta laindustriapetrolera mundial, en particular aquellos pases cuyas reservas de hidrocarburos son de los ms pesados del mundo, debido a que mientras ms pesado sea un crudo, mayor cantidad de asfaltenos presentar.Los asfaltenos dificultan la extraccin deloronegro porque al solidificarse o flocularse tienden a migrar hacia las paredes del pozo, de la roca almacn, o al equipo superficial de produccin.

RECURSOS

El petrleo, se compone principalmente de carbono e hidrgeno en la porcin 83-87% de C y de 11-14% de H. Contiene abundantes impurezas de compuestos orgnicos en los que intervienen componentes como el azufre, oxgeno, nitrgeno, mercaptanos, SO2, H2S, alcoholes mezclados tambin con agua salada, ya sea libre o emulsionada, en cantidad variable. Como impurezas, se encuentran tambin diversas sales minerales como cloruros y sulfatos de Ca, Mg y Fe, su color vara entre mbar y negro.Hidrocarburos lquidos, sus propiedades fsicas:Densidad.- El petrleo es ms liviano que el agua. Su peso especfico es influenciado por factores fsicos y por la composicin qumica del crudo. 0.75-0.95 Kgr./lt. Aumenta con el porcentaje de asfalto.

Olor.- Es caracterstico y depende de la naturaleza y composicin del aceite crudo. Los hidrocarburos no saturados dan olor desagradable, debido al cido sulfhdrico y otros compuestos de azufre. Los petrleos crudos tienen olor aromtico. En otros aceites el olor vara, dependiendo de la cantidad de hidrocarburos livianos y de las impurezas.

Color.- El color del petrleo vara de amarillo al rojo pardo y negro. Por luz reflejada, el aceite crudo es usualmente verde, debido a la fluorescencia; Los aceites medianos color mbar; Los aceites ms pesados son oscuros. Por lo general, su tonalidad se oscurece con el aumento de su peso especfico, que se incrementa al aumentar su porcentaje de asfalto. Los hidrocarburos puros son incoloros, pero a menudo se colorean por oxidacin, especialmente los no saturados y de los que contienen N, O, S, adems de H y C.Viscosidad o resistencia al flujo.- Se mide por el tiempo necesario para que una cantidad dada de petrleo fluya a travs de una pequea abertura.

Volatilidad.- En el petrleo crudo, depende de los puntos de ebullicin de los diversos componentes.Tensin superficial y fuerza capilar.- Son propiedades fsicas que tienen un papel importante en la migracin de hidrocarburos a travs de las rocas de la corteza terrestre. La tensin superficial del petrleo que contenga gas disuelto es extremadamente baja las bajas tensiones superficiales tienden a disminuir los efectos de la fuerza capilar en el desplazamiento de petrleo crudo, en medios porosos mediante gases a alta presin. El agua tiene mayor fuerza capilar que el petrleo; en consecuencia, puede esperarse que el agua ocupe los poros ms pequeos, forzando al petrleo hacia los poros mayores.

Fluorescencia.- Es el aspecto que presentan los hidrocarburos lquidos y gaseosos por efecto de los rayos infrarrojos.

AsfltenosLos asfltenos son polmeros aromticos con muchos grupos alquilo de cadenas largas y algunos grupos polares; los polmeros estn enredados de tal manera que forman mistelas a travs de la fraccin demaltenos. Su relacin atmica H/C es de 1.14 0.03, la de O/C vara de 0.030 a 0.045, la relacin S/C va de 0.001 a 0.049 y la de N/C se encuentra cercana a 0.02. Presentan una estructura condensada de 3-12 anillos aromticos polinucleares que le confieren planaridad a la misma: Su dimetro vara entre 35 y 45 ngstrom.En la actualidad los asfaltenos se definen operacionalmente como la fraccin de los residuos del petrleo soluble en benceno e insoluble en n-heptano o como la porcin que precipita del crudo al aadir cuarenta o ms volmenes de una parafina con un nmero de carbonos entre cinco y ocho. La apariencia de los asfaltenos al ser sometidos al efecto del pentano o heptano es de un slido amorfo decolornegro o caf.Anteriormente fue posible hacer una simple clasificacin de asfaltenos de acuerdo al solvente aplicado para precipitarlo, en tales casos asfaltenos-pentanos, asfaltenos-hexano y asfalteno-heptano eran obtenidas.La cantidad de asfaltenos que precipita depende de una serie de factores tales como el tipo de solvente empleado, la relacin devolumensolvente-crudo y la composicin del crudo. El azufre se encuentra concentrado en mayor porcentaje en los asfaltenos en comparacin con los maltenos. Esto explica el hecho de que al tener un crudo con una alta concentracin de asfaltenos se tendr un alto porcentaje de azufre en el coque, ya que el material voltil se encuentra, en su mayora, en la fraccin de maltenos.

RESOLUCIN El nmero de compuestos de HC es extremadamente grande. The American Petroleum Institute Research Project 6 ( APIRP-6 ) tiene aislados 277 compuestos para el crudo Mind-continent desde que empez el proyecto en 1927.APIRP-6 es generalmente el que provee las bases para cualquier tipo de discusin sobre composicin del petrleo.A modo de ejemplo se puede decir que en el crudo de referencia se han aislado en la fraccin de nafta, todos los ismeros del hexano, siete del heptano (sobre 9 posibles), 16 ismeros de octano (sobre 18 posibles), cinco C7-ciclopentanos (sobre 6 posibles), once C8-ciclopentanos (sobre 15 posibles), siete C8-ciclohexanos (sobre 15 posibles) y todos los ismeros C8 y C9 de alquilbencenos.El nmero de HC presentes en el gas oil y aceites lubricantes es mucho mayor que en las gasolinas alcanzando a algunos cientos de compuestos. A partir del conocimiento de una cantidad limitada de ellos se pueden hacer generalizaciones concernientes a las fraccione de alto P.M.Las molculas de parafinas son consideradas como cadenas lineales de 20 a 57 tomos de carbono. Hay evidencia de que hay presentes ramas en las cadenas.En general el mayor grado de ramificaciones da menor punto de fusin y mayor grado de solubilidad para un dado punto de ebullicin. Los lubricantes son mezclas de parafinas sustituidas y no sustituidas, naftnicos y aromticos y la relacin entre las cantidades de estos componentes depende del origen del crudo.La mayora de los HC aislados por el API en su proyecto N 6 fueron ubicados dentro de los siguientes tipos:Hidrocarburos parafnicos (33 %)Fueron separadas todas las parafinas normales desde C1 hasta C33.El butano normal es isomerizado y es usado en varios procesos de alquilacin.El normal pentano y normal hexano generalmente son isomerizados a isoestructuras por el alto nmero de octano de los ismeros ramificados. Las isoparafinas son las que tienen un grupo metilo en el C2. Se han separado desde C4 aC33.Las parafinas ramificadas tienen un(os) grupo(s) alquilo(s) (generalmente metilo ), ms lejos, dentro de la cadena carbonada.Las isoparafinas son las ms abundantes seguidas en orden por los compuestos 3-metil y 4-metil monosustitudos. Las parafinas di y tri sustituidas son menos abundantes (principalmente en las fracciones de alta ebullicin).Los ismeros iso hierven a menor temperatura que los normales correspondientes, la diferencia se hace menor a medida que el grupo metilo se corre hacia el centro de la molcula. Predominan en las gasolinas. En el rango del kerosen las normales son ms importantes y abundantes que las isoparafinas.Los nicos hidrocarburos parafnicos presentes en los productos de alto punto de ebullicin. son los que se encuentran en la parafina y su cantidad, an en los productos de base parafnica es relativamente pequea.Cicloparafinas-Naftenos(21%)Derivan del ciclopentano y ciclohexano. Muchos de estos HC cclicos saturados contienen grupos metilo en contacto con las cadenas parafnicas ramificadas, las cicloparafinas son ms abundantes con dos o ms sustituyentes.Las fracciones de punto de ebullicin relativamente bajo contienen apreciables cantidades de ciclopentano y ciclohexano,. se analizan en la fraccin nafta y se obtienen como impurezas en la fraccin kerosene. La presencia de altos porcentajes de ciclopentano y ciclohexano en la fraccin gasolina es importante porque ellos son los precursores de los HC aromticos.Hidrocarburos aromticos (47%)En las fracciones lubricantes se han detectado naftalenos sustituidos, benzeno, fenantreno y policclicos aromticos. La proporcin relativa de varios tipos de compuestos en los lubricantes marcan sus propiedades fsicas, entonces la preponderancia de naftnicos y aromticos da un aceite cuyo espesor disminuye rpidamente cuando se calienta y espesa rpidamente cuando se enfra. En otras palabras, la curva de la relacin viscosidad - temperatura tiene un pendiente empinada. Por otro lado, una mayor proporcin de parafinicos aplana la curva viscosidad - temperatura. Es deseables tener un aceite con una curva tan plana como sea posible, la mayora de los cortes lubricantes es refinado directamente en vas a tener la mayor cantidad posibles de componentes parafinicos, sin llegar al lmite de ser slidos a temperatura ambiente.

NOMENCLATURA

Los petrleos se clasifican de acuerdo con las series de hidrocarburos predominantes que los constituyen, las series que agrupan los hidrocarburos tienen propiedades semejantes y se representan por las siguientes frmulas condensadas:

Parafinas: C n H2n+2Naftnicos: Cn H2n+4Aromticos: C n H2n+6Asflticos: C n H2n+8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Los asfltenos del petrleo son muy importantes debido a la variedad de problemas que ocasionan en la industria petrolera. La caracterizacin de los asfltenos, es decir conocer con exactitud su estructura molecular y propiedades seria el paso fundamental para aportar soluciones para minimizar toda la variedad de problemas relacionados con su floculacin y precipitacin.

BIBLIOGRAFIA

Wikipedia, 2009.Maltenos, Consultado el 02 de mayo de 2015. Disponible en : http://es.wikipedia.org/wiki/Maltenos.

SGM, 2014. Caractersticas del Petrleo. Consultado el 02 de mayo de 2015. Disponible en : http://portalweb.sgm.gob.mx/museo/es/petroleo

Anlisis de crudo, 2012. Consultado el 02 de mayo de 2015. Disponible en :http://gustato.com/petroleo/analisiscrudos.html