Caracterización Caracterizac ión de Petróleo Crudo
Análisis Petróleo Crudo - Análisis de Calidad, ensayos y caracterización RETO DE LA INDUSTRIA Un ensayo de petróleo crudo es la evaluación de la composición física y química de las materias componentes del petróleo crudo. Cada tipo de petróleo crudo tiene características moleculares y químicas únicas, que son importantes para los refinadores, comerciantes de petróleo y productores de todo el mundo. os resultados de las caracterizaciones apoyan a in!enieros y refinadores en determinar si cierto tipo de crudo es compati"le con una refinería en particular y tam"ien permite que los proveedores, prevean y tomen decisiones comerciales adecuadas. Una evaluación de crudo puede ser una simple determinación de rendimiento o un análisis c omple#o de la calidad del petróleo crudo y de todas sus fracciones. $in los ensayos de del crudo, e%iste potencial para una p&rdida económica si!nificativa en las inversiones del crudo y'o pertur"aciones en el proceso de refinación que tienen un impacto en el rendimiento, calidad, producción, y el medio am"iente.
SOLUCIONES ANÁLISIS PETRÓLEO CRUDO (nspectorate ofrece servicios de caracterización del crudo que rinden valor a su actividad comercial utilizando la red de t&cnicos profesionales, la"oratorios de van!uardia, y la tecnolo!ía de análisis más reciente. (nspectorate cumple con los estándares industriales y emplea t&cnicas de calidad para !arantizar que la inte!ración de datos fia"les y precisos. os ensayos se )acen a la medida de cada cliente y pueden producirse en una !ran variedad de formatos electrónicos permitiendo su inte!ración en sistemas de soft*are y modelos de pro!ramación ineal de las refinerías.
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Análisis y caracterización de crudos crudos de petróleo utilizando el simulador de procesos Aspen ysys Para modelar un proceso que involucre petróleo es necesario conocer o al menos estimar las propiedades del mismo. a determinación e%acta de la composición del crudo no es posi"le de"ido a la enorme cantidad de componentes que inte!ran la mezcla. +n su lu!ar, es práctica !eneralizada caracterizar el petróleo por medio de una curva de destilación /temperatura frente a porcenta#e acumulado de líquido destilado0 realizada de acuerdo a procedimientos estandarizados por normas. +n "ase a las curvas de destilación, se emplean correlaciones e%istentes para estimar las propiedades físicas del petróleo a partir de las temperaturas que conforman la curva de destilación. +n "ase a lo anterior, el crudo puede ser modelado como un !rupo de componentes )ipot&ticos cuyas propiedades dan forma a la curva de destilación. a incorporación de mediciones e%perimentales adicionales, como el peso molecular, la densidad, o la viscosidad en función del porcenta#e acumulado de líquido destilado, !eneran nuevas curvas que permiten refinar las estimaciones para el c rudo. Por lo !eneral, el peso molecular y la densidad se miden para el volumen total de la muestra. Caracterización del petróleo. a destilación de petróleo en la"oratorio es de !ran utilidad en el refinamiento y formulación de com"usti"les. res de los ensayos más importantes son1 la curva A$2 /la más difundida0, la 3P y la +45. +n "ase a al!una de ellas se realiza la caracterización del petróleo. a caracterización del crudo consiste en encontrar las distintas temperaturas medias, el peso molecular, el factor de caracterización 6, temperatura, presión crítica y el factor ac&ntrico. Análisis del crudo. 7el mismo modo que el ensayo ensayo de destilación se traduce !ráficamente por una curva, el resto de los análisis que se realizan so"re el crudo son suscepti"les de ser representados !ráficamente. +%isten tres tipos clásicos de representación !ráfica de un crudo, las curvas de propiedades instantáneas, las curvas de propiedades-rendimientos y las curvas de isopropiedades. 7entro de las curvas de propiedades 8 rendimientos están las curvas de propiedades de porcenta#es medios /2(790. +l o"tener las distintas curvas de destilación de un crudo de petróleo, su caracterización y análisis, lleva muc)o tiempo de tra"a#o. Con el simulador ysys la car!a de datos y la o"tención de las distintas curvas, la caracterización y análisis sólo tarda lo que tardamos en car!ar los datos. as tareas a realizar en ysys son1 :.:- (n!resar los datos de la"oratorio para definir el ensayo /Assay0 :.;- Crear, a partir de dic)os datos, una mezcla de pseudo-componentes representativa del crudo /3lend0. Utilizar la opción Auto Cut de ysys para esta"lecer los ran!os de 3P y número de componentes por ran!o. :.<- (nstalar el crudo calculado :.=- +ncontrar los datos necesarios para realizar la caracterización y análisis de crudo.
UNI VERSI DADI NDUSTRI ALDESANT ANDERESCUELADEI NGENI ERÍ ADE PETRÓLEOS
"# INTRODUCCIÓN +l petróleo en su estado natural es una mezcla de compuestosor!ánicos de estructura variada y de pesos moleculares diferentes.Por ello, se presenta una !ran variación de las propiedades de cadauno de ellos lo que permite encontrar desde crudos e%tra-livianos)asta crudos altamente asfálticos. +l contenido normal de car"onoestá dentro del ran!o de ><->?9, y el contenido de )idro!eno varíaentre :@ y :=9 además pueden e%istir componentes inor!ánicoscomo Bitró!eno, %i!eno, Azufre y metales /Bi y 50, en pequeascantidades.7e"ido a la comple#a composición de los crudos, no es posi"lecaracterizarlos por tipo de mol&culas individuales, y los análisiselementales no son los me#ores porque proporcionan informaciónlimitada de la composición del petróleo. +n vez de ello, es comúnemplear análisis por tipo de !rupo de idrocar"uros, ya que sonnecesarios y de mayor importancia para la industria. Con ellos sepueden )acer estudios del yacimiento, mi!ración y maduración delcrudo, procesos de de!radación, procesamiento del crudo y efectosmedioam"ientales.Un e#emplo de tal análisis por tipo de !rupo de idrocar"uros es elAnálisis $ADA, el cual separa los aceites crudos en cuatro clasesquímicas principales "asándose en diferencias de solu"ilidad ypolaridad. as cuatro fracciones $ADA que con ella son $aturados /$0,Aromáticos /A0, Desinas /D0, y Asfaltenos /A0. +stas fracciones son de!ran importancia de"ido a que, mediante diversos estudios ydiferentes análisis, se pueden predecir posi"les depositación deasfaltenos, que resulta en un pro"lema que !enera un !ran incrementode costos en la industria, dado que afecta la producción y los procesosde refinamiento.
ABE($($ 7+ CDU7$ F+valuar un crudo si!nifica encontrar la funcionalidad que ri!e el comportamiento termodinámico y cin&tico de los distintos parámetros que determinan el espectro de alternativas de utilización de cada crudo y de las posi"les mezclas a refinarF
(ntroducción +n la misma se pretende unir en una frase los dos caminos que conver!en en la evaluación tecnoló!ica de un petróleo crudo, el de la in!eniería de productos con su o"#etivo de calidad y el de la in!eniería de procesos con las realidades que impone la e%istencia de tecnolo!ías o el costo de procesamiento. Considerando el aspecto estrat&!ico, la definición anterior de"e ser ampliada porque su o"#etivo es la optimización de la utilización de la materia prima en estudio, contemplando la inte!ración de todas las áreas de la industria petrolera, y de las distintas renta"ilidades que las mismas poseen, pero sin aislar el análisis del conte%to económico Acondicionamiento de un Crudo para su +valuación as distintas etapas que conforman la metodolo!ía de tra"a#o, se encuentran esquematizadas en la 4i!ura :. o que se )a dado en llamar acondicionamiento del crudo, comprende1 Delevamiento del Gacimiento Consiste en detectar los aportes al oleoducto en estudio, determinando las corrientes principales y actualizando datos de producción al momento del estudio.-+sta etapa finaliza cuando, previa u"icación !eo!ráfica de la cuenca a la que pertenece el crudo se esta en condiciones de lle!ar a un esquema de aportes o curso!rama, donde se encuentra identificada la producción de la zona, en lo que al ori!en de los aportes y al peso relativo de lo mismos, se refiere /un e#emplo se muestra en la 4i!. ;0.2uestreo "tener una muestra representativa de la producción del yacimiento previamente relevado. as muestras de petróleo son utilizadas para ser e%aminadas en diferentes test de la"oratorio /características físicas y químicas 0. +l resultado podrá determinar un ne!ocio de transferencia y )asta valorizar por precio un crudo. 2uestra representativa es una muestra que representa una pequea porción del material del total del volumen /Por e#. tanques, contenedores,
oleoductos0 o"tenida con una precisión i!ual o mayor a la del m&todo de la"oratorio con la cual será analizada. 7el curso!rama sur!en tam"i&n los puntos de toma de muestra. a misma se efectúa se!ún m&todos estandarizados, y de la forma que sea considerada más conveniente en cada caso en particular. 2uestra oficial es una muestra tomada en el punto acordado para transferencia de petróleo crudo y usada para realizar determinaciones que afecten la relación contractual acordada. +l muestreo es una operación que permite o"tener una cantidad de material que represente lo más apro%imadamente posi"le a la masa !lo"al del mismo, de"ido a que dic)a muestra se utilizara para realizar las prue"as o ensayos cuyos resultados decidirán su futuro empleo. Por lo tanto, se #ustifica tomar las precauciones necesarias que contri"uyan a que la misma represente lo me#or posi"le al material en su totalidad.
4i!ura BH :
os m&todos de muestreo y las cantidades a e%traer, se "asan en e%periencias estadísticas y teoría de los promedios. +%isten normas de diferentes orí!enes para la o"tención de una muestra representativa de petróleo crudo /A$2 7-;?@, A I=?-+, A$2 7-=@I?0. a norma A$2 7-;?@, cu"re tanto la toma de muestra en oleoducto como en tanque, "uque-tanque y ferrocarril. os recipientes utilizados para o"tener la muestra, están indicados en forma y dimensiones standard Al realizar un muestreo completo de un tanque, de"en reunirse muestras procedentes de los distintos niveles inte!rándose lue!o como lo indica la norma. a norma A I=? /+0, descri"e un procedimiento de muestreo y envasado de petróleos crudos esta"ilizados a presión atmosf&rica sin que e%ista una perdida aprecia"le de )idrocar"uros livianos. +sta forma de muestreo se aplica a1 íneas de descar!a. íneas de car!a a tanque. íneas de flu#os desde pozos a unidades a la intemperie. $alida o entradas a planta de producción.+l m&todo no es adecuado para pequeas cantidades de muestra o "a#o condiciones de alta presión. +l petróleo crudo es tomado en tam"ores conectados entre ello a trav&s de un manifold. +s introducido a trav&s de una línea que lle!a al fondo del primer tam"or, el fluido fluye llenando el mismo y de#ando un volumen li"re so"re la superficie li"re del crudo. ue!o pasa al se!undo tam"or de la misma manera y por ultimo a un tercero que sirve como cierre )idráulico. +l tam"or que se toma como muestra es el se!undo. a !eometría y medidas del manifold y caerías están normalizadas. a norma A.$..2. 7-=@I? /2uestreo representativo y uniforme de muestras de petróleo y productos de petróleo con .5.D. menor a ;J psi0,
es para muestreo continuo e individual. Bo es apta para productos que son !ases a temperatura am"iente. Para el muestreo en tanque )ay que tener en cuenta 1 $i el tanque presenta una )etero!eneidad. $i el contenido es )omo!&neo desde el tope )asta el fondo del tanque, cosa muy rara en el tratamiento de sistemas con petróleo. +l muestreo será acepta"le si cumple 1
Kue el tanque ten!a el componente pesado separado, por e#. a!ua.
Kue el tanque est& equipado con descar!a para componentes pesados.
Kue el componente más pesado no se muestr&e.
Usualmente los sistemas de petróleo son )etero!&neos. +n estos casos se recomienda el muestreo automático, considerando las determinaciones de a!ua y sedimentos y densidad. +n forma !eneral, los datos con los que se de"en identificar las muestras, son1 2uestra de omada de emperatura de muestreo
Caudal de aporte de la corriente muestreada o volumen del recipiente muestreado se!ún se tome en conducto o en tanque Porcenta#e de a!ua enor salino Además la identificación de"erá contener toda aquella información que se considere necesario para tener en cuenta en el momento de la evaluación de los resultados.
4i!ura BH ;
Análisis Composicional +l petróleo es una mezcla no )omo!&nea de sustancias de las cuales la mayoría de los constituyentes son )idrocar"uros, #unto con cantidades varia"les de derivados )idrocar"onados de azufre, o%í!eno y nitró!eno. Puede contener tam"i&n cantidades varia"les de !as disuelto y componentes metálicos en pequeas proporciones. Además !eneralmente )ay a!ua no disuelta. a composición apro%imada de un petróleo se puede esquematizar así1
C
>< a >? 9
;
:: a := 9
;
@aI9
$
@aJ9
B;
@ a @.I 9
C. (nor!ánicos
@ a @.: 9
+n cuanto a sus propiedades físicas difieren muc)o entre si, desde amarillentos y líquidos )asta ne!ros y viscosos. +stas variaciones están dadas por las distintas relaciones entre los tipos de )idrocar"uros
presentes. 7ic)as relaciones son importantes para determinar los m&todos de refinación a utilizar.idrocar"uros +l número de compuestos de C es e%tremadamente !rande. )e American Petroleum (nstitute Desearc) Pro#ect J / AP(DP-J 0 tiene aislados ;?? compuestos para el crudo 2ind-continent desde que empezó el proyecto en :L;?. AP(DP-J es !eneralmente el que provee las "ases para cualquier tipo de discusión so"re composición del petróleo. A modo de e#emplo se puede decir que en el crudo de referencia se )an aislado en la fracción de nafta, todos los isómeros del )e%ano, siete del )eptano /so"re L posi"les0, :J isómeros de octano /so"re :> posi"les0, cinco C?-ciclopentanos /so"re J posi"les0, once C>-ciclopentanos /so"re :I posi"les0, siete C>-ciclo)e%anos /so"re :I posi"les0 y todos los isómeros C> y CL de alquil"encenos. +l número de C presentes en el !as oil y aceites lu"ricantes es muc)o mayor que en las !asolinas alcanzando a al!unos cientos de compuestos. A partir del conocimiento de una cantidad limitada de ellos se pueden )acer !eneralizaciones concernientes a las fraccione de alto P.2. as mol&culas de parafinas son consideradas como cadenas lineales de ;@ a I? átomos de car"ono. ay evidencia de que )ay presentes ramas en las cadenas. +n !eneral el mayor !rado de ramificaciones da menor punto de fusión y mayor !rado de solu"ilidad para un dado punto de e"ullición. os lu"ricantes son mezclas de parafinas sustituidas y no sustituidas, naft&nicos y aromáticos y la relación entre las cantidades de estos componentes depende del ori!en del crudo. a mayoría de los C aislados por el AP( en su proyecto BH J fueron u"icados dentro de los si!uientes tipos 1 idrocar"uros parafínicos /<< 90 4ueron separadas todas las parafinas normales desde C: )asta C<<.
+l "utano normal es isomerizado y es usado en varios procesos de alquilación. +l normal pentano y normal )e%ano !eneralmente son isomerizados a isoestructuras por el alto número de octano de los isómeros ramificados. as isoparafinas son las que tienen un !rupo metilo en el C;. $e )an separado desde C= aC<<. as parafinas ramificadas tienen un/os0 !rupo/s0 alquilo/s0 /!eneralmente metilo 0, más le#os, dentro de la cadena car"onada. as isoparafinas son las más a"undantes se!uidas en orden por los compuestos <-metil y =-metil monosustituídos. as parafinas di y tri sustituidas son menos a"undantes /principalmente en las fracciones de alta e"ullición0. os isómeros iso )ierven a menor temperatura que los normales correspondientes, la diferencia se )ace menor a medida que el !rupo metilo se corre )acia el centro de la mol&cula. Predominan en las !asolinas. +n el ran!o del Merosen las normales son más importantes y a"undantes que las isoparafinas. os únicos )idrocar"uros parafínicos presentes en los productos de alto punto de e"ullición. son los que se encuentran en la parafina y su cantidad, aún en los productos de "ase parafínica es relativamente pequea. Cicloparafinas-Baftenos /;:90 7erivan del ciclopentano y ciclo)e%ano. 2uc)os de estos C cíclicos saturados contienen !rupos metilo en contacto con las cadenas parafínicas ramificadas, las cicloparafinas son más a"undantes con dos o más sustituyentes. as fracciones de punto de e"ullición relativamente "a#o contienen aprecia"les cantidades de ciclopentano y ciclo)e%ano,. se analizan en la fracción nafta y se o"tienen como impurezas en la fracción Merosene. a presencia de altos porcenta#es de ciclopentano y ciclo)e%ano en la fracción !asolina es importante porque ellos son los precursores de los C aromáticos. idrocar"uros aromáticos /=?90
+n las fracciones lu"ricantes se )an detectado naftalenos sustituidos, "enzeno, fenantreno y policíclicos aromáticos. a proporción relativa de varios tipos de compuestos en los lu"ricantes marcan sus propiedades físicas, entonces la preponderancia de naft&nicos y aromáticos da un aceite cuyo espesor disminuye rápidamente cuando se calienta y espesa rápidamente cuando se enfría. +n otras pala"ras, la curva de la relación viscosidad - temperatura tiene un pendiente empinada. Por otro lado, una mayor proporción de parafinicos aplana la curva viscosidad temperatura. +s desea"les tener un aceite con una curva tan plana como sea posi"le, la mayoría de los cortes lu"ricantes es refinado directamente en vías a tener la mayor cantidad posi"les de componentes parafinicos, sin lle!ar al límite de ser sólidos a temperatura am"iente.
Compuestos no idrocar"uros 5arios de estos compuestos se encuentran en el crudo y en las corrientes refinadas. os más importantes son sulfuros or!ánicos, compuestos de nitró!eno y de o%í!eno /en ese orden0. am"i&n )ay trazas de compuestos metálicos que pueden ser causa de pro"lemas en ciertos procesos catalíticos. Compuestos de Azufre odos los petróleos tienen compuestos de azufre, desde @,@<9 en los crudos de Pennsylvania )asta I,@9 en los crudos me#icanos. os compuestos de azufre determinan la corrosividad potencial del crudo. +n las naftas presentan dificultades en cuanto a corrosión, olor y e%plosiones deficientes de las mismas. +l crudo que contiene $; se denomina FCrudo ácidoF, pero al!unas tecnolo!ías se refieren descuidadamente a crudo Fi!) sulp)urF como crudo ácido. +n el crudo Fi!) sulp)urF, el $; puede ser "a#o, pero el porcenta#e de compuestos que contienen azufre es alto. +l crudo ácido tiene muc)o $; , el crudo a!rio tiene muc)os mercaptanes, por e#emplo y es muy corrosivo. an sido aislados una !ran cantidad de derivados de azufre incluyendo azufre elemental, sulfuro de )idro!eno, mercaptanes, tio&teres disulfuros y tiofenos. os compuestos de azufre son comple#os y !eneralmente t&rmicamente inesta"les. os cíclicos como el tiofeno son más esta"les. $e eliminan craqueandolos durante el proceso de refinación en el cual se forma $; y compuestos or!ánicos simples de azufre.
Ciertos compuestos de azufre que son corrosivos por su acidez como $; y mercaptanos, se eliminan con tratamientos químicos. os compuestos de azufre no ácidos se transforman en $; durante el tratamiento. os tipos de compuesto de $ y los cortes en los cuales se encuentran, fi!uran en la a"la ;. +ndulzar un petróleo si!nifica transformar los mercaptanes en sulfuros o polisulfuros, que no son corrosivos. $e aplica en las fracciones livianas de petróleo a las que se me#ora color, olor y esta"ilidad. Compuestos de Bitró!eno +l contenido de nitró!eno en la mayoría de los crudos e%istentes, es relativamente "a#o, !eneralmente menor que @,:9 en peso aumentando en las fracciones de alto punto de e"ullición. ay varios tipos de )idrocar"uros nitro!enados y son considera"lemente más comple#os que los compuestos )idrocar"onados de azufre. $on completamente esta"les t&rmicamente y por esta razón en los cortes livianos solo aparecen trazas de nitró!eno. $e cree que son derivados de las proteínas presentes en los materiales a partir de los cuales se formó el crudo. Una pequea cantidad presente en el !asoil de la alimentación para cracMin! catalítico tiene un efecto adverso so"re la selectividad de la catálisis. a separación de los diferentes tipos de compuestos es dificultosa y los mismos son suscepti"les de alteración y perdidas por manipuleo. $e!ún sus características se los clasifica en "ásicos y no "ásicos. Para reducir su presencia en la car!a a procesos catalíticos se efectúa )idrotratamiento. +n los petróleos crudos no e%isten compuestos "ásicos de B;, estos se forman por descomposición en la destilación. Compuestos de %í!eno Al i!ual que los compuestos de nitró!eno, estos son !eneralmente mas comple#os que los de azufre. +n su mayor parte son ácidos car"o%ílicos, fenoles y cresoles, con menores cantidades de tipos no ácidos como &steres, amidas, cetonas y "enzofuranos.
+l total de ácido contenido en el petróleo varía desde @.@<9 /petróleo iraquí y e!ipcio0 a <9 /al!unos petróleos de California0. Bormalmente es menor al @,:9 peso. os ácidos naft&nicos que representan la acidez primaria del crudo, son de considera"le importancia petroquímica. os que se encuentran en nafta pesada, Merosene y !as oil, se destruyen en el cracMin!. os que se encuentran en la fracción !as oil son cadenas de alquil- cicloparafinas, se eliminan como naftenato de sodio por e%tracción con soda caustica. a presencia de compuestos de o%i!eno en la alimentación a procesos catalíticos, no presenta mayores pro"lemas. os asfaltos contienen al!unos compuestos altamente o%i!enados que son fácilmente separados del crudo y sus fracciones.
Compuestos 2etálicos os compuestos metálicos de"en conocerse dado trazas de metales tales como 4e, Ba, Bi, 5, P", y As tienen efectos adversos so"re los procesos de refinación. +l que se encuentra en forma más a"undante es el vanadio #unto con menores niveles de niquel y )ierro. +l 3oscan de 5enzuela por e#emplo, tiene :;@@ ppm de 5 y :I@ ppm de Bi. +l 3re!a de y"ia tiene ; ppm y : ppm respectivamente. +l mayor pro"lema es que aun en pequeas cantidades estos elementos son veneno en varios etapas del procesamiento. as porfirinas son las unicas especies or!anometalicas aisladas del crudo. as trazas de metales presentes en al!unos crudos son frecuentemente mayores que las que pueden esperase por la cantidad de porfirinas. Bo se )an encontrado evidencias de sales de ácidos car"o%ílicos. a presencia de vanadio es indesea"le por ser veneno del catalizador. a misma se comprue"a mediante prue"as de a"sorción o emisión atómica. +l Ba puede causar pro"lemas en el enladrillado de los )ornos. $e encuentran !eneralmente como sales disueltas en el a!ua suspendida o como compuestos or!anometalicos y #a"ones metálicos. +%isten
numerosas t&cnicas para su determinación , siendo las más utilizadas las de a"sorción atómica. am"i&n e%isten en el petroleo trazas de metales en solución o en suspensión como entidades inor!ánicas. A!ua +l a!ua en )idrocar"uros puede encontrarse en suspensión o en emulsión. +l a!ua en suspensión se separa por decantación. Con respecto a la emulsión se de"en efectuar consideraciones relativas al tipo de emulsión, presencia de sustancia emulsificadora, e%istencia de movimiento de a!itación, edad de la emulsión, características del petróleo, presencia de sales disuelta en el a!ua, presencia de !as disuelto en el petróleo, contenido de a!ua.as sales del crudo están compuestas principalmente por cloruros en la si!uiente relación1 Cl Ba N ?I9 Cl; 2! N :I9 Cl; Ca N :@9 +l mas daino es el Cl; 2! por su facilidad de descomposición con formación de Cl. Aparte de cloruros, )ay sulfatos y car"onatos presentes en menor cantidad. $on mas dainos los sulfatos y de estos el de calcio que por encima de =@HC da incrustaciones muy duras. a cantidad de sales es muy varia"le, desde vesti!ios )asta mas de :I@@ !r'm<.os procesos de desalación se "asan en el in!reso de a!ua dulce al petróleo, en porcenta#es que van desde el I9 al :@9, para proceder a la des)idratación posterior. 7e esta manera, el a!ua dulce disminuye la concentración de sales a valores acepta"les. Conviene que este proceso se )a!a en yacimiento pues se evitan procesos corrosivos en caerías y fondo de tanques de almacena#e, pero en la mayoría de los casos los yacimientos no poseen a!ua dulce y se des)idratan solamente.
+l contenido de sales se encuentra en un amplio ran!o, las mismas resultan principalmente de la operativa de producción en campo y el manipuleo del crudo en refinerías.
7eterminaciones a efectuar so"re un Petróleo Crudo 7ensidad +s la masa /medida en vacío0, e%presada en !ramos, de la cantidad de volumen medida en cm< o ml de la temperatura a que se determina. a !ravedad específica es la relación de la masa a la unidad de volumen de un líquido, al peso del mismo volumen de a!ua pura a :IHC ó J@H4. +n la actualidad, en el la"oratorio se determina con densímetro automático /A.$..2. 7-I@@;0. +n caso de crudos pesados se determina con )idrómetro /A.$..2. 7-:;L>0. +n el casos de aceites muy viscosos o semi-sólidos se determina con picnómetro. a densidad tiene importancia en la industria del petróleo de"ido a varios motivos, al!unos de ellos1
os tipos de )idrocar"uros se distin!uen por su densidad. a densidad crece en el orden parafínicos, naft&nicos y aromáticos.
+n las relaciones comerciales para convertir peso a volumen y viceversa.
+%isten varios índices empíricos que se "asan en la relación entre la densidad y otra propiedad.
Oeneralmente se usa el !rado A.P.(. como una forma más sencilla de e%presar la densidad. +n las operaciones comerciales de crudos la densidad es uno de los parámetros considerados. Contenido de a!ua a especificación del contenido de má%imo de a!ua esta relacionada al costo de transporte y procesamiento. +l porcenta#e no de"e ser mayor del : al ;9. a determinación se efectúa por destilación /A.$..2. 7=@@J0. +l equipo de destilación consiste en un "alón que lleva una trampa !raduada en el cono inferior en ml. o d&cimas de ml. $e coloca en el "alón una determinada cantidad de crudo y una cantidad i!ual de un FcarrierF que codestila con el a!ua presente en la muestra. os productos livianos y el a!ua condensan y por re"alse los livianos vuelven al "alón en tanto que el a!ua desciende al fondo del cono !raduado, donde se mide. /4i!.<0. A!ua y $edimentos +s común que el petróleo crudo conten!a arcilla que interfiere o"turando equipos. os m&todos para su determinación pueden diferir entren la campo y la refinería por razones prácticas y económicas. Bo o"stante en caso de transacciones comerciales de"e especificarse e%actamente cuál será el m&todo acordado para su control. +n las refinerías se utiliza la A.$..2. 7-=@@J para la determinación de a!ua y la A.$..2. 7-=>@? para la determinación de sedimentos por filtración. +n el campo suele utilizarse la A$2 7-LJ /A!ua y sedimentos 0 por uno de los tres m&todos de centrifu!ación se!ún el tipo de crudo 1 Crudos parafinosos 1 con calentamiento Crudos asfálticos 1 $olventes aromáticos / tolueno0 tras muestras 1 emulsificadores Punto de +scurrimiento
unto con la viscosidad, son dos determinaciones que se utilizan para resolver pro"lemas asociados al transporte de crudos. +l punto de escurrimiento es la temperatura mas "a#a e%presada como múltiplo de
a determinación de azufre se efectúa se!ún la norma A$2 7-=;L=. Actualmente se utiliza la t&cnica de quimiluminiscencia. a radiación característica derivada a partir de una fuente de Dayos Q, es comparada con la de muestras patrón, cuyo contenido de azufre /9 en peso0 es conocido. a determinación de mercaptanes se efectúa por medición de la cantidad de nitrato de plata que se com"ina con ellos. Car"ón Conradson +ste m&todo cu"re la determinación de la cantidad de residuos lue!o de la evaporación y pirólisis de un petróleo, y el o"#etivo es proporcionar una indicación de la sustancias con tendencia a la formación de coque. +l residuo car"onoso !uarda una relativa proporción con la cantidad de asfalto duro presente en el petróleo. 5iscosidad +s una medida de la resistencia a fluir de un líquido. a viscosidad de los crudos varia ampliamente desde fluidos como el a!ua )asta sólidos que no pueden movilizarse sin calentamiento. Una "a#a viscosidad indica !eneralmente alto rendimiento en nafta o diesel, y una alta viscosidad indica alto rendimiento en asfalto, pero en nin!ún caso da indicación de calidad . +l parámetro de viscosidad se utiliza en el diseo de tu"erías de yacimientos y los ductos y "om"as entre el almacena#e en refinerías y la instalaciones de procesamiento. +%isten diferentes m&todos de la"oratorio para determinar este parámetro, y se tra"a#a a distintas temperaturas, teniendo en cuenta que el flu#o del fluido sea constante y no o"ture los tu"os. Actualmente se utiliza mas la viscosidad cinemática /A.$..2.. 7-==I0, pues e%iste una relación lineal entre el lo!aritmo de la inversa de la temperatura y el lo!aritmo de la viscosidad a dic)a temperatura, que permite inferir teóricamente datos, si se cuenta con dos puntos de dic)a recta /ey de Ralt)er0. a viscosidad cinemática se determina con pipetas viscosim&tricas que se suspenden directamente en un "ao de temperatura constante. a serie de pipetas cu"re un amplio ran!o de viscocidad. +stas pipetas
tienen mayor e%actitud, usan una pequea cantidad de muestra, pero de"en estar "ien cali"radas. os m&todos más tradicionales son1 a viscosidad $AG3 UB(5+D$A es el tiempo medido en se!undos para el flu#o de J@ c.c. de muestra contenida en tu"o, a trav&s de un orificio cali"rado, a temperatura constante. a viscosidad $AG3 4UD es determinada e%actamente i!ual, salvo que el orificio es mayor pues es para líquidos más viscosos. +%isten factores de conversión a trav&s de ta"las y á"acos para el pasa#e de una viscosidad a otra. ensión de vapor +n un producto de petróleo, la presión de vapor refle#a un valor resultante de las distintas presiones de vapor de las fracciones que la forman. a presión de vapor de un líquido es una medida de su tendencia a vaporizarse, de"ido a la presión e#ercida por las mol&culas del líquido en su superficie li"re. Para un líquido dado esta presión es solamente función de la temperatura. a presión de vapor del a!ua a su temperatura de e"ullición es :=,? psi que es la presión atmosf&rica.+n el la"oratorio se determina la ensión de vapor D+(7 /.5.D.0, se!ún la norma A.$..2. 7-<;< en una "om"a de do"le cámara a una temperatura de HC..+sta 5D es al!o menor que la presión de vapor verdadera /> a L90, está en función de las varia"les que intervienen y es solo un camino apro%imado a fin de o"tener el valor correcto. +l dato o"tenido se utiliza para el diseo de tanques de almacena#e. $ales +s importante su determinación por los pro"lemas de corrosión que puedan ori!inar. Oeneralmente se determinan como cloruros realizando una e%tracción con a!ua y determinando en el e%tracto la cantidad de
cloruros presente por cualquier m&todo volum&trico. Actualmente se utiliza el m&todo A$2 7-<;<@ que es un m&todo potenciom&trico. os procesos de desalado se "asan en el in!reso al petróleo de a!ua dulce, en porcenta#es que van del I al :@9, para proceder a la des)idratación posterior con al!unos de los sistemas conocidos. Conviene realizar este proceso en yacimientos pues se evitan procesos corrosivos en caerías y fondo de tanques de almacena#e pero en la mayoría de los casos, los yacimientos no poseen a!ua dulce y se limitan a des)idratar solamente.as venta#as que ori!ina el desalado del crudo pueden enumerarse1 (ncremento de la economía de com"usti"le. Deducción de las tareas de limpieza. Deducción de las tareas de mantenimiento. 2enor consumo de B<. Aumento de la vida útil del catalizador. Aumento de la eficiencia operativa de la destilería. Deducción de la corrosión por sulfuro. Actualmente se utiliza el m&todo A$2 7-<;<@ que es un m&todo potenciom&trico.
Clasificación de los petróleos crudos +l conocimiento de los constituyentes del petróleo crudo es muy importante para el refinador. as características que permiten clasificar al crudo se determinan por procesos simples y económicos. 7ic)a clasificación se puede efectuar se!ún la composición química, la densidad o la cantidad de azufre total presente en el crudo. Clasificación se!ún la composición química
am"i&n denominada "ase del crudo. +n este caso se consideran las cantidades relativas de parafinas y asfaltos que contienen, se!ún el si!uiente esquema1
Petróleos Crudos Parafínicos1 ienen alto contenido de )idrocar"uros parafínicos y "a#o contenido de asfalto en el reducido.
Petróleos Crudos Baft&nicos1 ienen trazas de )idrocar"uros parafínicos y alto contenido de asfalto en el reducido.
Petróleos Crudos 2i%tos1 Contienen ceras parafínicas y asfaltenos. +stán presentes sustancias parafícicas, naft&nicas y aromáticas, aunque nin!una en forma preponderante. $us propiedades son intermedias entre los otros dos tipos mencionados.
+sta clasificación es la conocida comercialmente. Kuímicamente se pueden identificar los crudos li!eramente parafínicos y los crudos aromáticos. os m&todos utilizados para determinar la "ase de un crudo son1 a0 3ase de ane y Oarton A partir de la destilación 3ureau of 2ines /Ane%o :0, se define1 4racción llave BH:1 +s la que destila entre ;I@ y ;?I C. a presión atmosf&rica, es la representante de las fracciones livianas.
4racción llave B ;1 +s la que destila entre ;?I y <@@ C. a =@mm!, es la representante de los destilados pesados. $i la densidad de la fracción llave B : es menor que @,>;I:, la fracción es parafínica, se es mayor que @,>J@; es naft&nica, entre am"os valores es intermedia.$i la densidad de la fracción llave B ; es menor que @,>?J la fracción es parafínica, si es mayor que @,L<= es naft&nica, entre am"os valores es intermedia.+n la a"la I fi!uran todas las posi"ilidades, con la fracción B : se entra en la ta"la y la fracción B ;, determina la "ase. A los efectos de la utilización comercial, se tra"a#a con HAP(. a aplicación práctica del m&todo, merece al!unos considerandos, por e#emplo1
$i el punto de escurrimiento de la fracción llave B ; esta por de"a#o de /-:I C0, se considera que el petróleo no contiene parafinas y es de "ase naft&nica o intermedia naft&nica /punto de nie"la menor a ;H4, se considera li"re de parafinas0.
$i el punto de escurrimiento de dic)a fracción esta por encima de /:I C0, el petróleo se desi!na como de "ase parafínica /P. de nie"la mayor a IH40
+s imposi"le en la práctica encontrar petróleos de "ase parafinicanaft&nica o naft&nica-parafinica.
"0 4actor de Caracterización 6uop +n el caso de la mezcla pueden darse dos posi"ilidades, se!ún se conozca o no, la composición de la mezcla, esto implica una forma de cálculo distinta para la 3, se!ún se detalla1 2ezcla de composición conocida1 .3. N .+.2.C. N S / Qi % i :'< 0< 7onde1 Qi N 4racción volum&trica i N emperatura de e"ullición del componente i ";0 2ezcla de composición desconocida .3. N .+.2.C. N .+.2.5.T7 7onde1 .+.2.5. N emperatura de e"ullición media volum&trica 7 N 4unción de la pendiente A.$..2.:@-?@ +n este caso se!ún los valores de 6UP, será la "ase del crudo1 6uop::,=
3ase Baft&nica
::,=6oup:;,;
3ase (ntermedia
6oupV:;,;
3ase Parafínica
+l conocimiento de este factor, permite la utilización de una !ran variedad de á"acos e%istentes en la industria petrolera
Clasificación se!ún la densidad A los fines de unificar la terminolo!ía utilizada internacionalmente, la FComisión de Pro!ramas CientíficosF del Con!reso 2undial del Petróleo, acuerda la si!uiente clasificación adoptando como límite de valor definitivo la densidad del a!ua a =HC /:.@@@ 6!. de a!ua 'm< o, en t&rminos de HAP( N :@0 (P 7+ CDU7
HAP(
7+B$(7A7 /M!'m<0
iviano
V <:,:
>?@
2edio
;;,< - <:,:
L;@ - >?@
Pesado
:@,@ - ;<,<
:.@@@ - L;@
Por re!la !eneral, los petróleos más livianos son los más caros pues los crudos destinados a lu"ricantes requieren mayores condiciones de planta y de ela"oración que los destinados a com"usti"les, pero sus productos finales son me#or pa!os Clasificación se!ún el tenor de azufre presente os compuestos de azufre presentes en el crudo, pueden ser corrosivos o no. Atendiendo a la cantidad de azufre presente, los crudos suelen denominarse corrosivos /a!rios0 o dulces. Bo e%iste mundialmente un criterio num&rico, para la clasificación pero los valores adoptados comercialmente, se encuentran entre los si!uientes limites1 Petróleo dulce1 2enos del @,I9 $ Petróleo medio1 +ntre @,I y ;9 $ Petróleo a!rio1 2as del ;9 $
