EL PETRÓLEO

ESQUEMA DE UNA BOMBA PARA EXTRACCIÓN DE PETRÓLEO

1. MOTOR. 2. EQUILIBRIO CONTRARIO. 3. BRAZO DEL PITMAN. 4. VIGA QUE CAMINA. 5. CABEZA DEL CABALLO. 6. BARRA POLACA. 7. MANANTIAL. 8. PIPA DEL ACEITE. 9. FUNDACIONES CONCRETAS. 10. CUBIERTA. 11. BARRA DE LECHÓN. 12. TUBERÍA. 13. BOMBA. 14. VÁLVULAS. 15. ARENAS DEL ACEITE.

CURSO: QUÍMICA COMÚN MATERIAL QC N° 10

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PETRÓLEO El petróleo (petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra,

sino por estar aprisionado entre piedras) es una mezcla compleja no homogénea de hidrocarburos (compuestos formados principalmente por hidrógeno y carbono). Se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos marinos que se encuentran en los intersticios de rocas granulares (calizas y areniscas) de los estratos superiores de la Tierra, aprisionados por una capa de rocas no porosas. Cuando se perfora un pozo a través de esta capa, el petróleo sale a la superficie durante algún tiempo debido a la presión del gas, siendo extraído después mediante bombas. Los componentes químicos del petróleo se separan y obtienen por destilación mediante un proceso de refinamiento.

El petróleo puede presentar gran variación en diversos parámetros como color, densidad,

gravedad, viscosidad, capacidad calórica, etc. El petróleo y sus derivados se emplean para fabricar medicinas, fertilizantes, productos

alimenticios, objetos de plástico, materiales de construcción, pinturas y textiles, y para generar electricidad. Propiedades físicas

El petróleo es un fluido algo espeso cuyo color varía bastante, así como su composición. A

veces se presenta amarillo, otras verde, y otras casi negro. Generalmente tiene un olor muy desagradable y su densidad está comprendida entre 0.8 y

0.95 g/mL. En composición varía tanto como en color, y en este sentido nos recuerda al carbón.

COMPOSICIÓN La composición elemental del petróleo normalmente está comprendida dentro de los siguientes intervalos:

Elemento

% Peso

Carbón

84 - 87

Hidrógeno

11 - 14

Azufre

0 - 2

Nitrógeno

0,2

EXTRACCIÓN DEL PETROLEO

Sacar petróleo de las entrañas de la Tierra es más fácil que extraer carbón. Se taladra un agujero pequeño y se bombea, o bien se deja que la presión natural, si existe, lo eleve hasta la superficie.

Previo a extraerlo se llevan a cabo labores y estudios sísmicos, cartográficos, gravimétricos e inclusive arqueológicos para evitar la posibilidad de complicaciones y fundamentalmente para establecer la seguridad de que efectivamente hay un yacimiento. Hasta la fecha el método denominado “del sondeo”, es el más efectivo para asegurar la existencia de un pozo.

En la explotación de un yacimiento se distinguen dos periodos que son la recuperación primaria y la recuperación secundaria.

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En la recuperación primaria, por el efecto de la presión, el petróleo sube por sí mismo a la

superficie. En la recuperación secundaria se utilizan reinyección de gas e inyección de agua o lodo. Llegado a la superficie, el petróleo bruto pasa a una estación de "limpiado", donde se le extrae primero el metano y los gases licuados (estabilización), electrostática y por fin el sulfuro de hidrógeno de desgasificación a contracorriente (stripping).

CALIDAD DEL PETRÓLEO

Los petróleos de mejor calidad son aquellos que se clasifican como "livianos" y/o "suaves" y "dulces".

Los "livianos" son aquellos que tienen más de 26 grados API. Los "intermedios" se sitúan entre 20º y 26º API, y los "pesados" por debajo de 20º API.

La graduación de densidad API es un parámetro internacional (Instituto Americano del

Petróleo), que diferencia a los crudos de acuerdo a su calidad Producción mundial de petróleo EE.UU. es el mayor extractor de petróleo, y hasta tal punto es así, que su producción viene a ser la mitad de la mundial. Ahora bien, en ningún caso posee la mitad de la existencia de petróleo. En el mundo se producen cerca de 6.000 millones de barriles por año (cada barril contiene 160 litros). Aparte de Estados Unidos de América, los otros grandes productores son: Rusia, Venezuela, Irán, Indonesia, México, Rumania, Irak, Colombia, Argentina, Trinidad, Perú, India y Birmania. Canadá produce también una considerable cantidad, y se le abren, en este sentido, magnificas perspectivas. Las mayores reservas de petróleo en el mundo se encuentran, en efecto, en Athabasca (Alberta, Canadá). Reservas de petróleo

Es muy difícil estimar para cuantos años tenemos petróleo y gas natural muchas variables desconocidas. No sabemos cuantos depósitos nuevos se van a descubrir. Tampoco cual va a ser el ritmo de consumo, porque es probable que cuando vayan escaseando y sus precios suban se busque con más empeño otras fuentes alternativas de energía y su ritmo de consumo disminuya. Por esto las cifras que se suelen dar son muy poco fiables. En 1970 había reservas conocidas de petróleo para unos 30 años (hasta el año 2000) ,en cambio en 1990 había suficientes depósitos localizados de petróleo para otros 40 años (hasta el 2030); es decir, en estos años se ha descubierto más de lo que se ha consumido. Por todo esto se puede decir que hay reservas para un tiempo comprendido entre varias decenas y unos 100 años.

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Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP)

La OPEP es una organización Inter gubernamental creada el 14 de septiembre de 1960 en Bagdad, Irak, por cinco países productores de petróleo (Venezuela, Arabia Saudita, Irán, Irak y Kuwait), a la que posteriormente se integraron otros miembros. La OPEP fue registrada en la Secretaría de Naciones Unidas el 6 de Noviembre de 1962.

REFINACIÓN DEL PETRÓLEO.

Cuando se ha extraído y transportado a tierra firme, el petróleo se traslada por oleoductos hasta las refinerías para su procesamiento.

Aquí prácticamente lo que se hace es cocinarlo. Por tal razón es que al petróleo también se

le denomina "crudo". El crudo entra en estado vapor a la torre de fraccionamiento (torre de destilación), y

asciende de modo tal que en la medida que asciende; una columna de agua fría en contracorriente lo condensa. Así los vapores sobrecalentados se recogen en la parte superior de la torre.

Así se obtiene de mayor a menor altura:

FRACCIÓN COMPOSICIÓN RANGO DE DESTILACIÓN

PRINCIPAL (Tº DE EBULLICIÓN) Gas (gas licuado) C 1-C4 Por debajo de 20ºC

Nafta liviana (gasolina) C5-C6 20º- 60ºC Nafta pesada (gasolina) C 4-C12 40º- 200ºC Queroseno C10-C16 175º- 275ºC Aceite combustible, Petróleo Diesel C 15-C20 260º- 400ºC Aceite lubricante C19-C22 Por encima de los 300ºC Parafinas C23-C29 Pf 50º- 60ºC Asfalto Líquido viscoso(“fracción de las colas”) Coque Sólido

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OCTANAJE DE LAS GASOLINAS

Cuando se comenzaron a desarrollar los motores para automóviles, los científicos se dieron cuenta de que algunos tipos de hidrocarburos se quemaban de manera más uniforme y tenían menor propensión a encenderse prematuramente que otros. En 1927 se estableció un estándar de desempeño arbitrario, llamado índice de octano. El índice de octano es una medida de la calidad de una gasolina, respecto a su capacidad “antidetonante”. Dicho de otro modo, la mejor combustión con el consiguiente menor daño al motor indica una gasolina de calidad deseada. Así, una gasolina con un índice de octano alto genera una combustión, más suave y efectiva.

Se le asignó al isooctano (2,2,4 trimetil pentano) un índice de 100 y a un compuesto de

cadena recta, el heptano (n-heptano) el índice 0.

CH3 C CH2 CH

CH3

CH3

CH3

CH3

2, 2, 4 trimetil pentano

isoctano

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

n - heptano

Una gasolina con un índice 95 octanos tiene un comportamiento similar al de una mezcla

con 95% de isooctano y 5% de heptano.

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Un estudio de hidrocarburos sintéticos puros, ha demostrado que en la serie de los alcanos, el índice de octano decrece a medida que se alarga la cadena y aumenta en los compuestos ramificados

Los alquenos tienen índice de octano más elevado que los alcanos del mismo número de carbonos y aumenta cuando el doble enlace se desplaza al centro de la molécula.

Los cicloalcanos son menos propensos a la detonación que los alcanos y los hidrocarburos

aromáticos tienen índices de octano excepcionalmente elevados. Los hidrocarburos aromáticos son los que poseen el mayor número de octanaje, pero su uso está prohibido por lo nocivo de sus gases de combustión. ELEVADORES DEL OCTANAJE

Se descubrieron ciertas sustancias químicas que al añadirse en pequeñas cantidades a la gasolina mejoraban considerablemente sus cualidades antidetonantes, es el caso del compuesto tetra etil plomo que agregado en un 0,1% (1 ml en 1 litro) aumenta el índice de octano en 10 o más.

Desde hace algún tiempo se eliminó el tetra etil plomo de las gasolinas, a raíz de los serios problemas que este metal pesado origina en el organismo. ÍNDICE DE CETANO

Los motores Diesel comprimen aire sólo, elevándose la temperatura de éste a 480º-540º C.

Casi al final de la compresión se inyecta el combustible, que se inflama espontáneamente. El carburante para motor Diesel no necesita ser volátil, siendo generalmente la fracción que hierve entre el queroseno y los aceites lubricantes. Debido a la diferencia en el funcionamiento del motor, los carburantes de índice de octano elevados son aquí peores que los de índice bajo, expresándose la calidad del carburante para Diesel mediante el índice de cetano o cateo, referido a una mezcla de cetano (n-C16H34) de valor 100 y α metil-naftaleno de valor 0.

Muchos motores Diesel de automóviles exigen un índice de cateo superior a 45, vemos pues, que las características más adecuadas para el carburante de un motor a explosión y de un motor Diesel son totalmente distintas.

EL PETRÓLEO EN CHILE En 1893, exploradores franceses llegaron hasta Magallanes, convencidos de que era factible encontrar petróleo en Tierra del Fuego y en la Isla Dawson. Años más tarde, un trabajador de la Hacienda Fiscal de Agua Fresca descubrió por casualidad la existencia de combustibles fósiles en río Canelos, a 30 kilómetros de Punta Arenas. La primera perforación en suelo magallánico con fines exploratorios se llevó a cabo en 1907, en este mismo lugar.

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Empresa Nacional de Petróleo ENAP Casi dos décadas más tarde, el 29 de diciembre de 1945, fluyó por primera vez, desde el pozo de Springhill, en Tierra del Fuego, el primer chorro de petróleo, y cinco años más tarde, el 19 de junio de 1950, el Presidente Gabriel González Videla promulgó la Ley 9.618 que creó la Empresa Nacional del Petróleo, ENAP. El gobierno de la época estableció la dependencia de ENAP en la Corporación de Fomento de la Producción (Corfo), con personalidad jurídica independiente del Estado. Desde 1981, la Empresa Nacional del Petróleo se encuentra organizada como un Grupo de Empresas en la Línea de Negocios de Refinación (Concón, RPC), Logística y Comercialización - Petrox S.A., RPC S. A. y Emalco S.A.- y la Línea de Negocios de Exploración y Producción - bajo la que opera nuestra filial internacional Sipetrol S.A. Paralelamente despliega sus actividades en la Zona Austral del país ENAP Magallanes.

Combustión de Hidrocarburos

Impacto Ambiental

Se ha estimado que un 80% de los contaminantes que recibe la atmósfera provienen de la combustión de sustancias fósiles, carbón y gas natural. Por lo tanto, el impacto ambiental de la combustión de hidrocarburos es el más relevante y el que mayores consecuencias tiene en el deterioro de la vida en el planeta. La combustión completa de un hidrocarburo (HC) sólo genera dióxido de carbono y vapor de agua. Si su combustión es incompleta, se genera toda una gama de productos hidrocarbúricos con estados de oxidación intermedios.

Como en los hidrocarburos también hay azufre, su combustión genera:

R – S- R‘ → 2O SO2 + otros Por otra parte, el calor de combustión puede ser muy elevado, hecho que induce la reacción de los componentes del aire, nitrógeno y oxígeno, para formar monóxido y dióxido de nitrógeno.

N2 + O2 → 2 NOX (x = 1 ó 2)

CO HC C (hollín)

COV (comp. org. volátiles)

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Estas reacciones son denominadas primarias, porque ocurren directamente en la combustión, dan origen a contaminantes que se encuentran en la troposfera junto con partículas tales como polvo del suelo, sales, hollín, carboncillo o cenizas. Estas partículas pueden servir como base para que sobre ellas se catalicen reacciones posteriores, las reacciones secundarias, muchas de ellas ayudadas por la energía luminosa radiante, cuyo componente ultravioleta (Euv) es el más energético. Desde el punto de vista de la agresión ambiental, la reacción secundaria más importante es la formación troposférica de ozono. El dióxido de nitrógeno (NO2) se descompone por la luz ultravioleta formando monóxido de nitrógeno (NO) y oxígeno atómico; este último reacciona con oxígeno molecular para formar ozono (O3):

NO2 →Euv NO + O

O2 + O → O3

El O3 posee vida corta debido a que puede reaccionar con NO para regenerar NO2 , el que vuelve al estado original:

NO + O3 → NO2 + O2 Sin embargo, este ciclo se puede romper por la acción de otros contaminantes, por ejemplo los compuestos orgánicos volátiles (COV), que también oxidan al NO y evitan así que éste reaccione con el ozono para descomponerlo. Los COV, principalmente hidrocarburos, reaccionan con el oxígeno del aire en presencia de la luz ultravioleta para dar radicales libres:

R – R + O2 → R – O – O • + • R’

hidrocarburo radical radical (COV) peróxido hidrocarbúrico

Desafortunadamente, el radical libre peróxido, al oxidar el NO a NO2, contribuye el aumento del O3 en la troposfera:

R – O – O• + NO → NO2 + R – O• Los óxidos de nitrógeno junto a los de azufre provocan un fenómeno aún más complejo para la biosfera. En contacto con agua generan los respectivos ácidos, que por cierto, caen en forma de lluvia, matando y degradando cultivos, y oxidando cuanta estructura esté a su paso. Si bien es cierto, el petróleo es una lastimosa forma de energía, con sentido común y un poco de respeto por el lugar que habitamos, muchos de los graves problemas que nos afectan se podrían, al menos aminorar. El petróleo es por hoy nuestra principal forma de energía, pero en ningún caso se debiera transformar en nuestro enemigo mortal...no olvidemos que el progreso debe ir de la mano con la conservación del entorno.

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TEST EVALUACIÓN MÓDULO 10

1. La empresa petrolera chilena que produce, refina y comercializa hidrocarburos es A) CORFO. B) ENAMI. C) CODELCO. D) ENAP. E) OPEP. 2. En relación al petróleo es incorrecto afirmar que A) flota en el agua porque es menos denso. B) es un fluido espeso cuyo color varía bastante dependiendo de su composición. C) es un recurso energético renovable. D) etimológicamente significa “aceite de roca”. E) de él se obtiene el gas natural. 3. Los tres elementos de mayor presencia en el petróleo son A) carbono, hidrógeno y plomo. B) carbono, azufre y oxígeno. C) carbono, hidrógeno y azufre. D) carbono, oxígeno y plomo. E) carbono, oxigeno y nitrógeno. 4. La única forma de estar seguro de la existencia de un yacimiento de petróleo es por el método A) gravimétrico. B) resonancia magnética. C) del sondeo. D) sísmico. E) geología de superficie. 5. Con respecto al origen del petróleo, se puede afirmar que A) es de origen orgánico y sedimentario. B) es de origen inorgánico. C) es de origen mineral y metálico. D) sólo se forma en los fondos marinos. E) primero se forma metano y luego éste en petróleo. 6. Los hidrocarburos parafínicos son A) los que presentan una proporción elevada de hidrocarburos saturados. B) los compuestos sulfurados. C) hidrocarburos cíclicos. D) compuestos oxigenados. E) compuestos aromáticos.

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7. En relación al gas natural es correcto afirmar A) está formado principalmente por hidrocarburos de 5 y 7 carbonos B) siempre se encuentra como gas asociado C) sus orígenes son distintos al petróleo D) no existe en los yacimientos E) es petróleo en estado gaseoso

8. El petróleo contiene una gran variedad de componentes, pero en todas las variedades de petróleo encontramos A) compuestos cíclicos. B) compuestos sulfurados. C) compuestos aromáticos. D) hidrocarburos parafínicos. E) compuestos oxigenados. 9. El barril de petróleo se utiliza como unidad comercial y contiene A) 100 Litros. B) 290 Litros. C) 160 Litros. D) 140 Litros. E) 260 Litros. 10. El índice de octanaje es una medida de la calidad de la gasolina para motor. El índice 100 se le asigna al hidrocaburo llamado A) n-octano. B) n-heptano. C) isoctano. D) 2- metil heptano. E) 2,2,4 trimetil butano.

DSIQC10