DESTILACIN DE CRUDOS LIVIANOSINTRODUCCINLa destilacin de crudos livianos comprende los principios de la destilacin multicomponente, pero teniendo en cuenta ciertas consideraciones:1. Las alimentaciones a la torre tienen una composicin excesivamente compleja y constante, en el caso del petrleo, de muchos tipos diferentes de hidrocarburos y quiz de compuestos orgnicos e inorgnicos. El nmero de tomos de carbono de estos componentes pueden variar desde 1 hasta ms de 50, por consiguiente los compuestos pueden tener varios puntos de ebullicin, a presin atmosfrica, que varan entre -162C (-259F) hasta ms de 538C (1000F). En un intervalo dado de puntos de ebullicin el nmero de compuestos diferentes que muestran diferencias en la volatilidad se multiplican rpidamente, al incrementarse la temperatura de ebullicin.2. El carcter y los rendimientos de los productos de destilacin varan considerablemente y dependen de la fuente de alimentacin. En algunos casos los petrleos crudos del mismo sitio pueden mostrar grandes variaciones. 3. La escala de operaciones de destilacin del petrleo es por lo general grande y dichas operaciones son comunes en varios procesos de refinacin del petrleo, que incluyen: la destilacin a presin atmosfrica del petrleo crudo; la destilacin al vaco de los fondos residuales obtenidos de la destilacin a presin atmosfrica; el fraccionamiento principal de los efluentes gaseosos, procedentes del craqueo cataltico de varias fracciones del petrleo y el fraccionamiento principal de los efluentes procedentes de la coccin trmica de varias fracciones del petrleo.Caracterizacin del petrleo y sus fraccionesPara el diseo y anlisis de la operacin de la planta de destilacin se necesita realizar la caracterizacin del crudo a refinar, esto se realiza por medio de la gravedad, las curvas de destilacin de laboratorio, el anlisis de los componentes de los fondos ligeros y el anlisis de los tipos de hidrocarburos presentes en los extremos intermedios y pesados. A partir de estos datos se pueden determinar cinco puntos de ebullicin diferentes en promedio y un ndice de parafinidad (D), los cuales se utilizan posteriormente para el clculo de las propiedades fsicas de las mezclas complejas. Se pueden medir otro tipo de propiedades al crudo como el contenido de azufre, punto de vaciamiento, contenido de agua y sedimento, contenido de sales y metales, la presin de vapor de Reid, la viscosidad Saybolt Universal, el punto de anilina y nmero de octanos, el punto de congelacin y de nube, la temperatura de humo, los ndices de refraccin, diesel y cetano, el nmero de neutralizacin, el contenido de cera y carbn y la penetracin. Pero estas caractersticas son de menos inters para el diseo de la planta, aunque las alimentaciones y los productos tienen que estar en un rango especfico.

La gravedad del petrleo crudo o sus fracciones se mide mediante la prueba estandarizada ASTM D287 o su equivalente ASTM D1298 y se informa como la gravedad especfica (SG) 60/60F o ms comnmente conocida como la gravedad API.Gravedad APIGravedad API = La mayora del petrleo y sus crudos tienen valores para la gravedad API que varan entre 10 y 80, los hidrocarburos ligeros tienen valores API de 92,8 o ms.La volatilidad del petrleo crudo y sus fracciones se caracteriza en funcin de una o ms pruebas de destilacin del laboratorio que se resumen en la siguiente tabla:Nombre de la pruebaReferenciaAplicacin principal

ASTM (atmosfrica)ASTM D 86Fracciones o productos del petrleo, que incluyen las gasolinas, combustibles para turbinas, naftas, querosinas, aceite para gas de alumbrado, destilados de aceites combustibles y solventes que no tienden a descomponerse cuando se evaporan a 1 atm de presin.

ASTM (al vaco, a menudo 10 torr (1,3 kPa))ASTM D 1160Fracciones o productos pesados del petrleo que tienden a descomponerse en la prueba ASTM D 86, pero que pueden evaporarse parcial o totalmente a una temperatura mxima de lquido de 750F (400C) y a presiones hasta de 1 torr (0,13 kPa).

TBP (atmosfrica o 10 torr (1,3 kPa))ASTM D 2892Fracciones del crudo y del petrleo

4.1.3. Caractersticas de mezclas de hidrocarburos puros y de fracciones petrolferas

Las mezclas de hidrocarburos puros y de fracciones petrolferas se analizan en laboratorio utilizando normas concretas publicadas por la ASTM (American Society for Testing and Materials), la mayora recogida en las normas internacionales (ISO), europeas (EN) y nacionales (NF, UNE). A continuacin volveremos a sealar la clasificacin de los mtodos de ensayo utilizados en la destilacin:

D 2892 Mtodo de destilacin del crudo de petrleo utilizando una columna compuesta de 15 platos tericos, denominado TBP (True Boiling Point)

D 2887 Mtodo para determinar la distribucin de los puntos de ebullicin de los cortes petrolferos por cromatografa en fase gaseosa, llamado SD (Simulated Destillation).

D 3710 Procedimiento de determinacin de la distribucin de los puntos de ebullicin de naftas ligeras por cromatografa en fase gaseosa.

D 86 Mtodo de destilacin de productos petrolferos ligeros.

D 1160 Norma para la destilacin a presin reducida de los productos petrolferos de punto de ebullicin elevado.

D 1078 Mtodo de destilacin de lquidos orgnicos voltiles.

Tambin se utilizan equipos de destilacin no normalizados, que pueden contener hasta 100 platos tericos y con relaciones de reflujo muy importantes. El fracciona miento es muy eficaz, y proporciona una distribucin precisa de los puntos de ebullicin.

Los ensayos que proporcionan una destilacin poco eficaz (D86, D1160, D1078) son realizados, en general, con los productos refinados, mientras que los que permiten un anlisis detallado (D2887, D2892) se emplean con el crudo de petrleo y las cargas a las unidades de conversin.

A partir de los resultados del anlisis es posible generar un modelo de mezcla, consistente en un conjunto de Nc componentes compuestos de hidrocarburos puros y seudocomponentes, segn el esquema de la Figura 4.1. Los resultados reales o simulados de la TBP atmosfrica son un paso obligado entre los resultados experimentales y la generacin de base de datos que permitan los clculos de propiedades termodinmicas y termofsicas de los distintos cortes.

FRACCIONAMIENTO Y ANLISIS ELEMENTAL DE LOS CRUDOS PETROLFEROS Y SUS CORTES

Los crudos constituyen un medio continuo de especies qumicas; desde los gases hasta los productos ms pesados, constituidos por asfltenos, siendo conocida la complejidad de dichas mezclas, no se plantea un anlisis detallado de las mismas.

El hecho de su diversidad y complejidad, as como la internacionalizacin progresiva de las diferentes reglamentaciones, ha demostrado la necesidad de uniformizar, a lo largo de todo el proceso de separacin y tratamiento, los mtodos de conservacin, de extraccin, de fraccionamiento y de anlisis. Todas estas etapas son objeto de protocolos precisos establecidos por los organismos oficiales nacionales e internacionales que describen lo ms minuciosamente posible los procesos empleados, no solamente para cada determinacin sino que adems dan procedimientos diferentes para una misma determinacin con matices diferentes. Estos son los mtodos normalizados:

2.1. Fraccionamientos analticos y preparativos

2.1.1. Destilacin

Se distinguen las destilaciones preparativas destinadas a separar las fracciones para su anlisis posterior y las destilaciones analticas no preparativas destinadas a caracterizar la propia carga. Por ejemplo, la curva de destilacin que da el volumen o el peso recogido en funcin de la temperatura de destilacin, caracteriza la volatilidad del producto.

En el mismo orden de ideas, se puede simular una destilacin por cromatografa en fase gaseosa. Igual que en refinera, la destilacin en el laboratorio es la primera operacin a realizar ya que nos dar los rendimientos de los diferentes cortes: gasolina, queroseno, etc, y permitir posteriormente la determinacin de sus caractersticas

Destilacin preparativa de laboratorio (Temperatura de ebullicin real (TBP TRUE BOILING POINT)Este tipo de destilacin est descrita en el mtodo ASTM D2892, el cual corresponde a una tcnica de laboratorio, definida por una columna de 15 a 18 platos tericos con una relacin de reflujo de 5:1, y se le conoce bajo el nombre de (TBP True Boiling Point).

Este mtodo se aplica a los crudos de petrleo estabilizados (desbutanizados) pero puede aplicarse tambin a cualquier mezcla de fracciones petrolferas salvo a los gases Iicuados del petrleo, naftas muy ligeras y a las fracciones que posean un punto inicial de ebullicin superior a los 400C.

La carga puede variar de 0,5 a 30 L, lo cual permite:

Recoger los gases licuados, los cortes de destilacin y un residuo. La determinacin de los rendimientos de los cortes a la vez en peso y en volumen. El trazado de una curva de destilacin representando la temperatura en funcin del % en peso o % en volumen recogido.

El equipo permite la destilacin a presin atmosfrica y a presin reducida (hasta 2 mm de mercurio 0,266 kPa).

En efecto si se sobrepasa la temperatura de 340C en el matraz de destilacin se pro duce un craqueo trmico del residuo. Si se detiene en este punto la destilacin, el residuo contenido en el matraz constituye el residuo atmosfrico. Para poder continuar la destilacin, ha de hacerse bajo vaco, lo que permite reducir la temperatura en el matraz.

La destilacin se contina hasta un punto de ebullicin correspondiente de 535C, si la operacin se hubiese realizado a presin atmosfrica. El residuo del matraz constituye el residuo de vaco (RV).

Existen equipos comerciales que pasan automticamente de la destilacin atmosfrica a la destilacin a presin reducida, expresando la curva final la temperatura de ebullicin a presin atmosfrica en funcin del % en peso o en volumen recogido.

. Destilacin no preparativa

Productos cuyos puntos de ebullicin estn comprendidos entre 0 y 400C

Esta destilacin corresponde al mtodo ASTM D86 (NF M 07-002).Este mtodo se aplica a la destilacin de gasolinas, querosenos, gasleos y productos petrolferos similares.

En la prueba ASTM D 86, se introduce al matraz una muestra de 100 ml y se calienta a una velocidad suficiente para producir la primera gota de destilado, en el extremo inferior del tubo durante 5 a 15 minutos dependiendo de la naturaleza de la muestra. En ese instante, se registra la temperatura del vapor, como el punto inicial de ebullicin (IBP). Se calienta continuamente a una velocidad tal que el tiempo transcurrido desde el punto inicial de ebullicin hasta la recuperacin del 5% del volumen de la muestra en la probeta sea de 60 a 75 s. En ese instante, nuevamente se registra la temperatura del vapor. A continuacin, se registran las temperaturas sucesivas del vapor, desde 19 hasta 90% del volumen de muestra recuperado, a intervalos de 10, y al 95% de recuperacin, con la velocidad de calentamiento ajustada de tal forma que se recolecten de 4 a 5 ml por minuto. Al 95% de recuperacin, la flama del mechero se incrementa, si es necesario, para lograr una temperatura mxima del vapor, a la que se conoce como punto final (EP) y se contina el calentamiento, durante 3 a 5 minutos ms. El porcentaje de recuperacin se informa como el porcentaje mximo recuperado en la probeta. Cualquier residuo que quede en el matraz se informa como el porcentaje de residuo y la diferencia a 100 ml, es decir, la suma de los porcentajes recuperado y el residuo se informa como el porcentaje de prdida. Si la presin de la prueba es distinta a 101.3 kPa (760 torr), las lecturas de temperatura se pueden corregir por el efecto de la presin, mediante la ecuacin de Sidney Young, que para grados Fahrenheit es:T760 = TP +0.00012 (760 P) (460 + TP)Por lo general, se supone que el porcentaje de prdida corresponde a los incondensables voltiles, que destilan al principio de la prueba. A pesar de que la mayor parte del petrleo crudo se puede calentar hasta 6000F (3160C) sin un craqueo apreciable, cuando las temperaturas de la prueba ASTM exceden a 4750F (2460C) pueden desarrollarse vapores, lo cual indica descomposicin, que pueden hacer que las lecturas del termmetro sean bajas. En este caso, se aplican la siguiente correccin atribuida a S.T Hadden:

T = Temperatura medida, F

La cantidad de muestra es de 100 mL, las condiciones de la destilacin estn especificadas en funcin de la naturaleza de la muestra. Se va observando simultneamente la lectura de la temperatura y del volumen condensado; el resultado del ensayo se calcula y refleja bajo la forma de temperatura de ebullicin en funcin del volumen destilado (vase Tabla 2.1).

Tabla 2.1. Resultado tipo de una destilacin ASTM 086 de una gasolina.VolumenTemperatura

Destilado (%)(0C)

Pl33,0

542,5

1045,5

2050,0

3055,0

4062,5

5075,0

6099,0

70131,0

80151.5

90167,5

95177,5

PF183,5

Destilado, %97,8

Residuo, %0,8

Prdidas, %1,4

Fracciones pesadas

Como habamos visto en la destilacin TBP, no se puede calentar ms all de los 340C a presin atmosfrica un producto petrolfero ya que provoca el craqueo de sus molculas. Por esta razn la destilacin analtica de las fracciones pesadas se efecta segn el mtodo ASTM D 1160, aplicable a los productos petrolferos que pueden ser parcial o completamente vaporizados a una temperatura mxima de 400C en un inter valo de presiones de 50 a 1 mm Hg (6,55 a 0,133 kPa).

La muestra se destila a temperaturas predeterminadas con un control muy preciso, en unas condiciones que simulan aproximadamente un fraccionamiento de 1 plato terico.

La presentacin de resultados consiste en una curva de destilacin en la cual aparece el volumen destilado, el punto de ebullicin a presin reducida y el punto de ebullicin corregido a presin atmosfrica.

CARACTERIZACIN DE CRUDOS Y DE PRODUCTOS PETROLFEROS (otras)

Aunque la destilacin y el anlisis elemental de los productos proporcionan una buena informacin de la calidad de un crudo, sin embargo son insuficientes. Debido a los numerosos usos del petrleo es necesario un anlisis molecular detallado de todas las fracciones obtenidas por destilacin. As, algunos crudos se valoran fundamental mente por sus fracciones ligeras usadas como carburantes, otros son de inters porque proporcionan aceites lubricantes de calidad y otros porque dan excelentes bases para la formulacin de asfaltos de carretera.

Por otra parte, la industria del refino necesita el anlisis molecular para poder interpretar los procesos qumicos que se utilizan y evaluar la eficiencia de los procesos, sean trmicos o catalticos. En este captulo se presentan los mtodos fsicos de anlisis utilizados para la caracterizacin molecular de los crudos.

3.1. Caracterizacin de crudos segn su carcter dominante a partir de las propiedades fsicas globales

Debido a las diferencias que existen entre la calidad de las diferentes fracciones obtenidas por destilacin y las que resultan de sus tratamientos posteriores es interesante clasificarlas segn su carcter dominante, es decir, su distribucin entre las tres series qumicas principales que las forman: parafinica, naftnica y aromtica. Segn la reactividad qumica de estas series, desde el punto de vista molecular, pueden ordenarse as:

parafinicas < naftnicas < aromticas

Conviene aclarar este vocabulario, tanto en el plano molecular como en el at mico.

Tomando por ejemplo la molcula que se indica a continuacin, en el plano atmico un tomo comn a dos estructuras, aromtica y naftnica o aromtica y parafinica o naftnica y parafnica, ser primeramente aromtica, despus naftnica y despus parafnica.

Es decir, los tomos de carbono 1,2,3,4,5 Y 6 son aromticos, los tomos 7, 8 Y 9 son naftnicos y los tomos 10, 11, 12 Y 13 son parafnicos.

Es preciso entender bien estas diferencias, ya que segn los mtodos de caracteriza cin elegidos se hablar, bien del porcentaje de un tipo de molculas, bien del porcentaje de un tipo de tomos. Una molcula es aromtica desde el momento en que tiene al menos un anillo bencnico (caso de la molcula del ejemplo) y es naftnica si tiene al menos un anillo naftenico. Sin anillos aromticos ni naftnicos la molcula sera parafnica. As, en el plano molecular, la molcula indicada es 100% aromtica, mientras que sus porcentajes segn cada tipo de carbono son de 6/13 para carbonos aromticos, 3/13 para carbonos naftnicos y 4/13 para los carbonos parafnicos.

La experiencia ha demostrado que algunas propiedades fsicas se pueden corre la cionar con la composicin dominante de una fraccin del petrleo o de un crudo.

3.1.1. Caracterizacin de un crudo por los valores de las densidades de una fraccin ligera y de una fraccin pesada

A partir de la densidad de la fraccin de nafta pesada y de la del residuo de destilacin atmosfrica a una temperatura superior a 350C se han definido 11 grupos diferentes de crudos (ver Tabla 3.1).

Tabla 3.1. Estimacin de la naturaleza de un crudo por medida de dos densidadesBase de crudoDensidad del corteDensidad del residuo

de nafta pesadadestilado a T > 350C

ParafinicoInferior a 0,760Inferior a 0,930

Parafinico intermedioInferior a 0,760Entre 0,930 y 0,975

Parafinico asflticoInferior a 0,760Superior a 0,975

Intermedio parafinicoEntre 0,760 y 0,780Inferior a 0,930

IntermedioEntre 0,760 y 0,780Entre 0.930 y 0,975

Intermedio asflticoEntre 0,760 y 0,780Superior a 0,975

Naftnico parafinicoEntre 0,780 Y 0,800Inferior a 0,930

Naftnico intermedioEntre 0,780 Y 0,800Entre 0,930 y 0,975

Aromtico parafinicoSuperior a 0,800Inferior a 0,930

Aromtico intermedioSuperior a 0,800Entre 0,930 y 0,975

AsflticoSuperior a 0,780Superior a 0,975

3.2. Caracterizacin de crudos y de fracciones del petrleo a partir de anlisis estructurales

A medida que aumenta su temperatura de ebullicin las fracciones del petrleo son cada vez ms complejas y los mtodos analticos deben adaptarse a esta complejidad. Las Tablas 3.4 y 3.5 describen el esquema ms corriente de separacin de productos petrolferos y los anlisis que generalmente se les realizan.

Si para un gas o una gasolina el anlisis por cromatografia de gases nos da la concentracin de cada especie qumica presente, no se puede obtener el mismo resultado para las fracciones ms pesadas, para las que slo se puede obtener bien un anlisis de su familia qumica, bien un reparto de sus tipos de tomos de carbono o bien la representacin del total de la muestra por una molcula media.

MTODOS DE CLCULO DE LAS PROPIEDADES FSICAS DE LOS HIDROCARBUROS

El conocimiento de las propiedades fsicas de los fluidos es esencial para el ingeniero de procesos, ya que permite especificar, dimensionar o verificar el funciona miento de los distintos equipos de una unidad de produccin. El propsito de este captulo es proporcionar un conjunto de mtodos que permitan el clculo de las propiedades fsicas de las mezclas existentes en la industria del petrleo, compuestas de hidrocarburos de diferente naturaleza as como de varios compuestos simples.

Los mtodos que se van a describir se utilizan profusamente y estn integrados en la mayora de los programas comerciales de simulacin, tales como PR02, ASPEN+, o HYSYM. Constituyen de hecho los estndares, y se olvida frecuentemente que su precisin es limitada y con rango de aplicacin restringido. A partir de su integracin en los simuladores, son objeto frecuentemente de modificaciones y generalizaciones abusivas.

A pesar del considerable desarrollo de la termodinmica y de las teoras moleculares, la mayora de los mtodos utilizados hoy da son empricos, y su utilizacin exige el conocimiento de valores experimentales. Sin embargo la adquisicin de datos experimentales parece ralentizarse, justamente cuando aumenta la necesidad de conocer valores precisos. Por este motivo, se recurre a mtodos predictivos, los cuales no son ms que una estimacin.

La generalizacin del empleo de los ordenadores ha permitido realizar con facilidad clculos que parecan ser relativamente complejos: no obstante, los grficos y las tablas mantienen todo su inters cuando se desea obtener valores aproximados o se trata de mostrar la sensibilidad de una propiedad en funcin de las condiciones de operacin o de las caractersticas de la mezcla.

4.1. Caracterizacin necesaria en el clculo de las propiedades fsicas

Los mtodos actuales de clculo estn basados en la hiptesis de que toda mezcla cuyas propiedades deseen conocerse, pueda expresarse por un conjunto de componentes puros y fracciones petrolferas con punto de ebullicin conocido y cuyas proporciones relativas tambin se conocen.

El nmero de componentes debe ser razonable, siendo habitual Iimitarlo a 50. En ciertos casos excepcionales, ser necesario utilizar hasta 100 componentes.

Debido a la existencia de numerosos ismeros, las mezclas de hidrocarburos que contienen molculas con elevado nmero de tomos de carbono difcilmente pueden ser analizadas en detalle. Es habitual, bien agrupar los componentes en torno a los componentes clave de concentracin dominante y propiedades conocidas, o bien utilizar el concepto de fraccin petrolfera. Es evidente que agrupar en torno a un componente o una fraccin no puede utilizarse a menos que la estructura qumica sea parecida. Debemos notar que disminuir la precisin en la estimacin de ciertas propiedades especialmente sensibles a la estructura molecular, tales como el nmero de octano o el punto de cristalizacin.

En los siguientes apartados del captulo, pasaremos revista a los principales conceptos cuyo conocimiento es necesario para su utilizacin en los clculos.

4.1.1. Caractersticas de los hidrocarburos puros

Se trata del conjunto de datos experimentales que permiten calcular las propiedades fisicas de los hidrocarburos puros y de sus mezclas. Distinguiremos varias categoras:

Caractersticas principales. Propiedades crticas, necesarias para aplicar la ley de los estados correspondientes. Coeficientes especficos para el clculo de ciertas propiedades.

a. Caractersticas principales

Limitaremos las caractersticas principales a las propiedades siguientes:

Nombre. Frmula qumica estructural. Temperatura de ebullicin. Densidad o densidad relativa a una temperatura determinada. En los lquidos, viscosidad a dos temperaturas. Peso molecular.

b. Propiedades crticas

Temperatura crtica. Presin crtica. Factor de compresibilidad crtico.

c. Coeficientes especficos

Estos coeficientes son de conocimiento indispensable para la determinacin precisa de las propiedades:

Factor acntrico. Coeficientes para el clculo de la entalpa, entropa y calor especfico del gas ideal. Calor latente de vaporizacin en el punto de ebullicin normal. Temperatura de fusin. Calor latente de fusin. En los lquidos, conductividad a dos temperaturas.

4.1.2. Caractersticas de fracciones petrolferas

Utilizaremos la denominacin de fracciones petrolferas para designar una mezcla de hidrocarburos cuyos puntos de ebullicin estn comprendidos en un estrecho intervalo de temperaturas, tpicamente:

10C para las fracciones ligeras cuyo punto de ebullicin es menor de 200 0e. 15C para las fracciones cuyo punto de ebullicin est comprendido entre 200 y 400 0e. 20C para las fracciones cuyo punto de ebullicin est en el intervalo de 400 a 600 0e. 30C en los restantes.

4.1.3.1. Destilacin ASTM D 86 de cortes ligeros de petrleo

Es el mtodo ms corriente. Se utiliza para naftas, querosenos, gasleos y productos similares. Se realiza a presin atmosfrica, no siendo apropiado para las naftas que contengan cantidades importantes de gases disueltos, o en disolventes cuyos puntos de corte sean muy prximos.Los resultados consisten en una curva de destilacin que indica la temperatura en funcin del % del volumen destilado (punto inicial, 5, 10,20,30,40, 50, 60, 70, 80,90 y 95 % del volumen destilado, punto final).Los resultados se pueden transformar en los de una curva TBP atmosfrica por medio de una relacin equivalente a la propuesta por Riazi y publicada por API.

T = aTb [4.19]

Con:

T' = Temperatura del ensayo simulado TBP

T = Temperatura del ensayo D 86 [K]a, b = Constantes, dependientes de la fraccin destilada [K]

La Tabla 4.5 presenta los coeficientes a y b, as como un ejemplo de conversin de resultados D 86 en TBP atmosfrica.

La precisin de la conversin depende de la regularidad de la curva D 86. Los errores afectan esencialmente a los puntos de menor % destilado. La precisin media es del orden de 5C, cuando se trata de una curva regular.

EVALUACIN DE LOS CRUDOS DE PETRLEO

Los crudos de petrleo se presentan generalmente bajo la forma de liquidos mas o menos viscosos. Su color vara del verde (crudo de Moonia: Australia) al negro (crudo de Ghawar: Arabia Saudita). Desprenden un olor a sulfuro de hidrgeno, a trementina o, simplemente, a hidrocarburo.

Su composicin qumica es muy compleja y depende esencialmente de su edad, es decir, de la etapa de evolucin del kerogeno, independientemente de su origen (Speight, 1991) (vase Captulo 1).

El conocimiento de las caractersticas fisicoqumicas globales de los crudos va a condicionar su tratamiento inicial (separacin de los gases asociados y estabilizacin en el campo de produccin), su transporte, almacenamiento y, por supuesto, precio.

Un anlisis detallado de las propiedades de los productos que se extraen de ellos es de una importancia tcnica y econmica primordial, pues permitir al refinero hacer una eleccin para seleccionar las cargas de las diferentes unidades de separacin, de transformacin y de conversin, y fijar sus condiciones operatorias, con el fin de satisfacer las exigencias del mercado en las mejores condiciones.

8.1 Propiedades fsicoquimicas globales de los crudos de petrleo ligadas al transporte, al almacenamiento y al precio

8.1.1 Densidad (speeifie gravity) de los crudos de petrleo

El conocimiento de la densidad tiene un importante valor comercial ya que la cotizacin de los crudos depende en parte de esta propiedad. La densidad se expresa frecuentemente en grados API (ver Captulos 1 y 4).

Durante la carga y descarga de los petroleros se mide la densidad del crudo con el fin de examinar si es conforme con el contrato, en el caso en el que el pago se haga en base al volumen, o para transformar este volumen en peso si las transacciones estn basadas en un precio por tonelada (Hayward el al. 1980).

En una misma regin geogrfica, la densidad del crudo vara de un yacimiento a otro. En Arabia Saudita, por ejemplo, el crudo del campo de Ghawar tiene una densidad estndar media del orden de 0.850 (34 o API) mientras que la densidad del crudo del campo de Safaniyah, prximo, alcanza 0,893 (27 o API).

En un mismo campo se observan tambin variaciones de densidad de un pozo a otro. Por ejemplo, 0,848 (38,4 o API) Y 0,861 (32,8 o API) en el campo de Ghawar.

Las densidades de los crudos se mueven generalmente entre 0,800 y 1,000, como lo indica la Tabla 8.1, an cuando se han observado crudos con densidades que se sitan fuera de este intervalo, 0.787 (48,2 API) para los crudos de Barrow South, Alaska, Estados Unidos, y Santa Rosa, Venezuela, y 1,028 (6 o API), para el crudo de Bradley Canyon, California, Estados Unidos.Generalmente, se clasifican los crudos de petrleo en funcin de la densidad en 4 grandes categoras:

los crudos ligeros < 0,825 los crudos medios 0,825 < < 0,875 los crudos pesados 0,875 < < 1,000 los crudos superpesados > 1,000

La Tabla 8.1 presenta las densidades medias de algunos crudos de petrleo representativos:

Tabla 8.1. Densidades de algunos crudos de petrleo.Nombre del crudoPas de origenDensidad ()

Hassi MessaoudArgelia0,804

Bu-AttifelLibia0,822

ArjunaIndonesia0.836

Bonny LightNigeria0.837

KirkukLrak0.845

EkofiskMar del Norte (Noruega)0.846

MinasLndonesia0,845

Arabian LightArabia Saudita0,858

KuwaitKuwait0,870

CyrusIrn0,940

BoscanVenezuela1,000

8.2 Destilacin TBP de los crudos de petrleo.

Anlisis de las fracciones

La destilacin TBP (True Boiling Point) permite dar una imagen casi exacta de la composicin de un crudo por la medida de la temperatura de ebullicin de los constituyentes que lo componen, de ah su nombre.El crudo se descompone en una cincuentena de cortes con un intervalo de destilacin muy estrecho, lo que va a permitir considerarlos como hidrocarburos puros ficticios, cuyo punto de ebullicin ser igual a la media aritmtica de las temperaturas inicial y final de destilacin Tm = (Ti + Tf)/2, siendo las otras caractersticas fsicas las propiedades medias medidas en cada corte.Se recogen los diferentes cortes obtenidos, se anotan sus temperaturas de destilacin inicial y final, y se miden su peso, densidad y las otras caractersticas fsicas: nmero de octano, presin de vapor, peso molecular, PONA, % azufre, etc. para las fracciones ligeras; punto de anilina, densidad, viscosidad, contenido en azufre, contenido en asfaltenos, etc., para las fracciones pesadas.La determinacin de las propiedades de cada corte permite trazar las curvas propiedades-rendimiento y las curvas de isopropiedades que sirven en el estudio de valoracin de los crudos.

Es posible calcular las propiedades de cortes ms anchos a partir de caractersticas de fracciones ms pequeas, cuando estas propiedades son aditivas en volumen, peso o moles. Slo la densidad, la presin de vapor, el contenido en azufre, el contenido en aromticos, presentan esta ventaja. Todas las dems propiedades, tales como la viscosidad, el punto de inflamacin, el punto de congelacin, deberan ser medidas. En este caso es preferible proceder a una destilacin TBP con cortes idnticos a los producidos en refinera, a los que se miden sus propiedades.

Los cortes llamados anchos ms frecuentemente utilizados son los siguientes:

Se representan todos los resultados de los anlisis bajo forma de curvas que permiten un uso sencillo y racional.

En algunos casos, las curvas T = f (% destilado) o densidad = f (% destilado) presentan irregularidades en los cortes ligeros ricos en aromticos (Figura 8.3: Crudo sahariano). Cuando nos desplazamos hacia los cortes pesados, las curvas se hacen regulares ya que el nmero de ismeros llega a ser muy grande y su temperatura de ebullicin y densidad tienen valores muy prximos.Ciertas curvas T=/(% destilado) presentan un pequeo escaln a temperatura elevada debido al cambio de presin y a la utilizacin de bacos para convertir las temperaturas a presin reducida a temperaturas equivalentes a presin atmosfrica.

Actualmente los bacos ms generalmente utilizados para este fin son los publicados por el A.P.I. (baco s de Maxwell y Bonnel) del Techllical Data Book (ver Captulo 4).

INTRODUCCIN AL REFINO

El refino del petrleo ha sufrido importantes transformaciones debido al continuo incremento de las necesidades de productos ligeros (gasolinas, gasleos) a costa de los productos pesados (Fuel Oil), la evolucin de la demanda mundial de estos productos a travs de los aos se muestra en la siguiente tabla:Tabla??. Evolucin de la demanda mundial de los productos petrolferos (% pesos).197319902000

Productos ligeros29,53537 39

Destilados medios30,003639 41

Productos pesados40,52920 24

A medida que aumenta la demanda de los productos ligeros tambin aumenta la calidad de los mismos, desarrollando nuevos ndices de calidad para los mismos, como son: el ndice de octano para las gasolinas y el ndice de cetano de los gasleos.Con esta evolucin de la demanda de estos productos y las nuevas exigencias de calidad a mediano y largo plazo (2010 2020) se espera la formacin de una refinera compleja, que respete el medio ambiente y con una conversin total de los crudos pesados.Para adaptarse a dicha evolucin, se debe recurrir a una serie de procesos para el total aprovechamiento del refino, entre los cuales se distinguen los siguientes grupos: Procesos de separacin que divide el crudo en fracciones ms simples o ms estrechas. Procesos de transformacin que generan nuevos compuestos. Procesos de acabado que eliminan (por hidrogenacin principalmente) los compuestos indeseables. Procesos de proteccin del medio ambiente que tratan los gases de refinera (fuel gas), los humos y las aguas residuales.10.2 Los procesos de separacinLos principales procesos de separacin son: Destilacin. Absorcin. Extraccin. Cristalizacin. Adsorcin.

El procedimiento de separacin por excelencia es la destilacin del crudo, y en segundo lugar, si se considera una conversin ms profunda, la extraccin por di solventes (desasfaltado).

DESTILACIN PRIMARIA (A PRESIN ATMOSFRICA) DEL CRUDOLa destilacin primaria es el primer tratamiento al que se le somete el crudo despus de su extraccin.Los principales productos de esta destilacin son: Gases de refinera. Gases licuados de petrleo (propano/butano). Naftas (ligeras/pesadas). Querosenos, petrleos lampantes, combustibles de aviacin. Gasleos de automocin y gasleo de calefaccin (GO, GOD). Fuelleos pesados industriales.

DESTILACIN SECUNDARIA O A VACO DEL CRUDOLa destilacin a vaco del residuo de la destilacin primaria permite extraer de los mismos destilados pesados, las cuales sufren transformaciones posteriores para su empleo como bases lubricantes. El residuo de vaco que contiene la mayor parte de las impurezas del crudo (metales, sales, sedimentos, azufre, nitrgeno, asfaltenos) se utiliza para la fabricacin de betunes, produccin de fueles pesados o como carga a otros procesos de trasformacin.

En la siguiente tabla se muestran para un crudo tpico, los rendimientos y caractersticas medias de los diferentes cortes obtenidos comnmente despus de una operacin de destilacin.