Composición del petróleo
La
composición del petróleo es una mezcla natural compleja de hidrocarburos,
inflamable, líquida, aceitosa, de color que varía desde un amarillo pardo hasta
el negro con fluorescencia verde pronunciada. El olor también es variante
dependiendo del tipo y cantidad de componentes volátiles presentes (pueden ser
azufrados, inodoros y hasta repugnantes).
El
petróleo crudo está constituido por miles de compuestos orgánicos. Los alcanos
de cadena lineal constituyen la mayor fracción en la mayoría de los crudos que
cualquier otro tipo de compuesto. La
segunda fracción más importante son los ciclo alcanos; también hay presentes
pequeñas cantidades de alcanos de cadena ramificada, productos aromáticos,
compuestos que contienen azufre, oxígeno, nitrógeno y sal junto con doce
metales como el níquel y el vanadio.
La
composición del petróleo varía dependiendo del yacimiento del cual proviene,
dando por resultado que haya diferentes clases de petróleo. Las proporciones en las distintas clases
varían de forma importante de un crudo a otro.
Clasificación
Los
petróleos crudos pueden clasificarse en diversas formas
I.
una de ellas es con respecto a las
cantidades de ceras y asfaltos:
- Parafínico ligero Pocas ceras
- Parafínico Alto contenido en ceras y bajo asfalto
- Nafténico o asfáltico Trazas de ceras y alto contenido de asfaltos
- Aromático Alto contenido de aromáticos
II.
También pueden clasificarse atendiendo al tipo de moléculas presentes en:
- Pesados (Maya). Abundan moléculas mayores del tipo de ácidos y alcoholes grasos
- Ligeros (Istmo). Abundan hidrocarburos con estructuras simples con pocos átomos de carbono provenientes de la degradación del Kerógeno
- Superligero (Olmeca). Abundan las moléculas sencillas
El más apreciado
es el crudo ligero, ya que permite obtener una mayor cantidad de gasolina y
productos petroquímicos.
III.
Otra clasificación es la que se
refiere al contenido de azufre en el crudo:
Dulces. Tienen un bajo contenido de azufre
Amargos Tienen un alto contenido de azufre
Dulces. Tienen un bajo contenido de azufre
Amargos Tienen un alto contenido de azufre
IV.
La última clasificación se refiere
a la densidad:
La
densidad relativa de un crudo se da en grados API* y la fórmula corresponde al
cociente de la densidad del líquido y la densidad del agua, medidas ambas a una
temperatura de 60 grados Fahrenheit, y como la viscosidad se relaciona con la
densidad, se concluye que mientras más ligero sea el crudo, más fluido será.
Grados
API = 141.5 / densidad relativa – 131.5
*American Petroleum
Institute.
De esta manera la gama de tipos de crudo se
amplia de forma significativa, utilizándose categorías que giran en torno a los
dos tipos genéricos extra ligero, ligero-dulce, ligero-amargo, pesado y
extra-pesado, entre otros.
En
el caso de México, el petróleo producido es: pesado (petróleo con densidad API
inferior a 27, proviene de yacimientos de la sonda de Campeche) y ligero
(petróleo con densidad API superior a 27, proviene además de la sonda de
Campeche, de otros yacimientos del país).
DEJAR UNA HOJA EN BLANCO PARA ACTIVIDAD EN CLASE
Proceso de
refinación
Como ya se
mencionó anteriormente el petróleo varía mucho en su composición, lo cual
depende del tipo de yacimiento de donde provenga, pero en promedio podemos
considerar que tiene entre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13% de hidrógeno.
Mientras
mayor sea el contenido de carbón en relación al del hidrógeno, mayor es la
cantidad de productos pesados que tiene el crudo. Esto depende de la antigüedad y de algunas
características de los yacimientos.
No
obstante, se ha comprobado que entre más viejos son, tienen más hidrocarburos
gaseosos y sólidos y menos líquidos entran en su composición. Algunos crudos contienen compuestos hasta de
30 a 40 átomos de carbono y también algunos derivados de azufre (que huelen a
huevo podrido), además del carbono e hidrógeno.
Además,
los crudos tienen pequeñas cantidades, del orden de partes por millón, de
compuestos con átomos de nitrógeno, o de metales como el hierro, níquel, cromo,
vanadio y cobalto.
Por
lo general, el petróleo tal y como se extrae de los pozos no sirve como
energético ya que requiere de altas temperaturas para arder, pues el crudo en
sí está compuesto de hidrocarburos de más de cinco átomos de carbono, es decir,
hidrocarburos líquidos; por lo tanto, para poder aprovecharlo como energético
es necesario separarlo en diferentes fracciones que constituyen los diferentes
combustibles como el gas-avión, gasolina, turbosina, diesel, gasóleo ligero y
gasóleo pesado.
El
petróleo crudo contiene diversas impurezas inorgánicas que son perjudiciales
para la operación de las unidades de refinación, por ejemplo los cloruros, que
al reaccionar con agua producen ácido clorhídrico que es muy corrosivo; la
arena y otras materias suspendidas causan obturaciones en los platos de las
columnas de destilación; el agua causa problemas durante la destilación y tiene
que eliminarse; la sal puede afectar la operación de los intercambiadores de
calor por incrustación, en tanto que existen otras impurezas que puede
envenenar el catalizador usado en las operaciones de cracking o reformación.
Cuando
el crudo llega a las refinerías, los métodos para llevar a cabo la separación
se efectúa dentro de torres de
fraccionamiento o de destilación primaria.
Para
iniciar el proceso, el crudo pasa a plantas desalinizadoras, donde se elimina
el contenido de sales, y esto se logra añadiendo agua en proporciones de 6 a
15% con respecto al petróleo y
calentando entre 90 y 150º C con una presión suficiente para evitar la
vaporización. La mezcla se emulsifica y la sal pasa a la fase acuosa. Para romper la emulsión se usan aditivos
químicos que permiten sedimentar el agua para extraerla del sistema.
Otro
método para desalinizar consiste en adicionar de 4 a 10% de agua a presión a
una temperatura de 70-150º C para emulsificar e introduciendo la mezcla en un
campo electrostático de alto potencial,
provoca que las impurezas se asocien con la fase acuosa; al mismo tiempo
se aglomera esta fase, permitiendo así
separarla del sistema. Enseguida se elimina agua y arena en asentadores y
filtros.
Posteriormente
se hace pasar por las torres de despunte donde se recuperan los gases
incondensables y el gas licuado.
Luego
se precalienta el crudo a 400º C para que entre vaporizado a la torre de
destilación, con la finalidad de que los vapores suban a través de pisos o
platos que impiden el paso de los líquidos de un nivel a otro. Al ascender por los pisos, los vapores se van
enfriando y por lo tanto se condensan sus distintas fracciones en los platos de
la torre, donde se recuperan en forma líquida.
Esto
es posible gracias a que cada fracción del petróleo posee un punto de
ebullición diferente y una temperatura específica de licuefacción.
De
los gases incondensables el metano es el hidrocarburo más ligero, pues contiene
sólo un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno, y es el principal componente
del gas natural (no obstante contiene cantidades significativas de etano y
suele venderse como combustible); el que sigue es el etano, que está compuesto
por dos átomos de carbono y 6 de hidrógeno.
El
gas LP está formado por hidrocarburos de 3 y 4 átomos de carbono denominados
propano y butano respectivamente y es el combustible que se distribuye en
cilindros y tanques estacionarios para casas y edificios.
La
siguiente fracción está constituida por la gasolina virgen, que se compone de
hidrocarburos de 4 a 9 átomos de carbono, la mayoría de cuyas moléculas están
distribuidas en forma lineal, mientras que otras forman ciclos de 3 a 6 átomos
de carbono. A este tipo de compuestos se
les llama parafínicos y ciclo parafínicos respectivamente. Esta gasolina tal
cual, no sirve para ser usada en automóviles.
La
fracción que contiene de 10 a 14 átomos de carbono tiene una temperatura de
ebullición de 174º a 288º C, que corresponde a la fracción denominada kerosina,
de la cual se extrae el combustible de los aviones de turbina llamado
turbosina.
La
última fracción que se destila de la torre primaria es el gasóleo, que tiene un
intervalo de ebullición de 250º a 310º C y contiene de 15 a 18 átomos de
carbono. De aquí se obtiene el combustible llamado diesel, que sirve para
vehículos que usan este tipo de motores como los tractores, locomotoras,
camiones, trailers y barcos.
Es
decir, los primeros vapores que se licuan son los del gasóleo pesado a 300º C
aproximadamente, después el gasóleo ligero a 200º C; enseguida la kerosina y la
nafta a 175º C, y por último la gasolina y los gases combustibles que salen de
la torre de fraccionamiento todavía en forma de vapor a 100º C. Esta última fracción se envía a otra torre de
destilación secundaria, donde se separan los gases de la gasolina.
Ahora
bien, en esta torre de fraccionamiento se destila a presión atmosférica (1
atm), por lo tanto sólo se pueden separar sin descomponerse los hidrocarburos
que contienen de 1 a 20 átomos de carbono; para poder recuperar más
combustibles de los residuos de la destilación primaria es necesarios pasarlos
por otra torre de fraccionamiento que trabaja al alto vacío (presiones
inferiores a la atmosférica) para evitar su descomposición térmica, ya que los
hidrocarburos se destilarán a más baja temperatura.
En
la torre de vacío se obtienen sólo dos fracciones, una de destilados y otra de
residuos. De acuerdo al tipo de crudo
que se procese, la primera fracción es la que contiene los hidrocarburos que
constituyen los aceites lubricantes y las parafinas, y los residuos son los que
tienen los asfaltos y el combustóleo pesado.
De los destilados obtenidos al vacío, aquellos
que por sus características no se destinen a lubricantes se usarán como materia
prima para convertirlos en combustibles ligeros como el gas licuado, la
gasolina de alto octano, el diesel, la kerosina y el gasóleo.
El residuo de vacío contiene la fracción de
combustóleos pesados que se usan en las calderas de las termo eléctricas.
En la siguiente
tabla se muestra la mezcla de hidrocarburos obtenidos de la destilación
fraccionada del petróleo:
|
FRACCIÓN
|
No. de átomos de carbono del hirocarburo
|
|
Gas incondensable
|
C1 y C2
|
|
Gas licuado (LP)
|
C3 y C4
|
|
Gasolina
|
C5 a C9
|
|
Kerosina
|
C10 a C14
|
|
Gasóleo
|
C15 a C23
|
|
Lubricantes y parafinas
|
C20 a C35
|
|
Combustóleo pesado
|
C25 a C 35
|
|
Asfaltos
|
Mayor a C39
|
El procesado de cada barril de crudo se
destina a la fabricación de combustibles; por lo que la gasolina virgen obtenida
depende del tipo de crudo (pesado o ligero) utilizado, ya que en cada caso el
porcentaje de esta fracción es variable.
Sin embargo, aún
cuando el porcentaje de cada barril es alto en la obtención de gasolina
natural, siempre resulta insuficiente, aunque se destilen crudos ligeros que
llegan a tener hasta 30% de este producto. Además, las características de esta
gasolina no llenan las especificaciones de octanaje necesarias para los motores
de automóviles, a los cuales se destina su uso.
DEJAR UNA HOJA EN BLANCO PARA ACTIVIDAD EN CLASE
PEGAR O DIBUJAR IMAGEN EN OTRA HOJA PARA ACTIVIDAD EN CLASE
No hay comentarios:
Publicar un comentario