caracterización de productos petroleros mediante las...
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Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química.
Mérida – Venezuela.
Caracterización de Productos Petroleros mediante las normasASTM
Carolina Orcini16.861.587Jelvin Torres18.097.519
Merivette Arellano19.048.719
Resumen
Los productos derivados del petróleo son químicos muy complejos y se requiere de unconsiderable esfuerzo para caracterizar sus propiedades químicas y físicas con un altogrado de precisión y exactitud. El análisis de productos de petróleo es necesario paradeterminar sus propiedades las cuales pueden ayudar a resolver un problema de procesoasí como indicar la función y el rendimiento del producto en el servicio. El InstitutoAmericano del Petróleo (API) y la Sociedad Americana de Ensayos de Materiales (ASTM)han estandarizado los diversos ensayos que permiten evaluar las propiedades ycaracterísticas del crudo y sus productos. Dos de los ensayos más importantes llevados acabo son los establecidos en las normas ASTM D68 y ASTM D1160; a partir de los datosrecogidos siguiendo la destilación D86 se logró determinar que el crudo Pilón posee unatemperatura media de ebullición (MeABP) de 429,87ºF y un TBP promedio de 455,09ºF yse clasifica como un hidrocarburo aromático por tener un factor de caracterización (Kuop)igual a 10,5, de esta destilación también podemos obtener el índice de refracción de cadafracción del crudo destilado. A partir del procedimiento D1160 (llevada a cabo a10mmHg) se obtiene una TBP la cual se lleva destilación atmosférica, registrando unvalor de temperatura de ebullición media para la muestra de crudo Merey de 548,49ºF.Con la destilación D86 de obtuvieron 5 cortes de crudo que fueron estudiados más afondo; se llevaron a cabo los procedimientos ASTM D1298, D445, D2161 y D1218 que dancuenta de la gravedad específica (con la cual se calculó el Kuop), viscosidad cinemáticade Ostwald, viscosidad cinemática de Saybolt e índice de refracción respectivamente.Además se determinó la presión de vapor de Reid del heptano y la gasolina siguiendo lanorma ASTM D323; y empleando el ensayo D611 para calcular el punto de anilina sedemuestra que la gasolina tiene mayor cantidad de aromáticos que el kerosene y elgasoil, siendo estas tres de mayor contenido de aromáticos que el heptano, debido a laafinidad de cada uno de ellos con la anilina. Por último se determina el residuo de carbónpor el método Conradson (ASTM 189) para una muestra de crudo.
Introducción.
El petróleo es una mezcla de hidrocarburosen variadas proporciones, acompañadospor otros compuestos de azufre, oxígeno,
fósforo y nitrógeno. Sin embargo, loscomponentes principales del petróleo ocrudo son los alcanos, naftalenos yaromáticos. De acuerdo a losconstituyentes predominantes en el crudo,
se puede hacer una distinción entre crudosparafinados y crudos nafténicos oasfálticos. [1]
Por décadas el petróleo ha sido utilizadocomo materia prima para la producción decombustibles de motor, lubricantes y fueloil. Debido a la compleja composición delcrudo, la industria química ha desarrolladogran cantidad de procesos en los cuales elpetróleo constituye la base de numerososplásticos. [1]
Para la comercialización del petróleo esimportante el conocimiento de suspropiedades, ya que las mismasdeterminan el desempeño de este comomateria prima así como de sus derivados.Para esto, se realizan ensayos de diversaíndole con el fin de caracterizar el crudo ysus productos, entre estos ensayos seencuentran la destilación, determinaciónde viscosidad, grados API, índice derefracción, entre otros. Para el estudio delas propiedades del petróleo y susderivados, el Instituto Americano delPetróleo (API) y la Sociedad Americana deEnsayos y Materiales (ASTM) hanestandarizado diversos ensayos quepermiten evaluar las propiedades ycaracterísticas del crudo y sus productos.
Aunque la destilación y el análisiselemental de los productos proporcionanuna buena información sobre la calidad deun crudo, estos son insuficientes. Debido alos numerosos usos del petróleo esnecesario un análisis molecular detalladode todas las fracciones obtenidas pordestilación. Así, algunos crudos se valoranfundamentalmente por sus fraccionesligeras usadas como carburantes, otros sonde interés porque proporcionan aceiteslubricantes de calidad y otras porque danexcelentes bases para la formulación deasfaltos de carretera. [4] El punto de ebullición de un hidrocarburoes función del número de átomos decarbono que este posee, por lo tanto en ladestilación de un crudo se presentandiferentes puntos de ebullición en funcióndel tipo de hidrocarburo que estedestilando. [2]
La destilación atmosférica se rige por lanorma ASTM D86, la cual establece el tipode destilación mencionado del crudomediante una unidad de destilación batchde laboratorio para determinarcuantitativamente las características deacuerdo al rango de ebullición deproductos tales como gasolinas naturales,destilados livianos y medianos,combustibles para automóviles deencendido por chispa, gasolinas de avión,combustibles para turbinas de aviación,1-D y 2-D, combustibles diesel de bajo ymediano contenido de azufre, gasolinasespeciales derivadas del petróleo, naftas,kerosenes y combustibles paraquemadores. [3]
Fig 1. Equipo para destilación atmosféricade crudo
La volatilidad de hidrocarburos tiene unefecto importante en cuanto a la seguridady desempeño, especialmente en el caso decombustibles y solventes. El intervalo deebullición proporciona información sobre lacomposición, propiedades, elcomportamiento del combustible durantesu almacenamiento y uso. La volatilidad esel factor más importante a la hora dedeterminar la tendencia de una mezcla dehidrocarburos a producir vaporespotencialmente explosivos. [3]
Con los datos obtenidos en el ensayo sedetermina la temperatura de ebulliciónmedia y con esta se calcula el factor decaracterización (Kuop), definido por esta
ecuación: Ec. (1), el cual esun factor que clasifica al hidrocarburo de lasiguiente manera:
Tabla 1. Clasificación de los hidrocarburossegún el factor de caracterización Kuop.
Kuop Tipo dehidrocarburo
>12 Parafínicos
11 – 12 Nafténicos
<11 Aromáticos
Los datos de temperatura y volumen dedestilado son utilizados para laconstrucción de la curva de destilación, apartir de la cual se pueden obtener otraspropiedades de la fracción como suviscosidad, presión de vapor, capacidadcalorífica, peso molecular, entre otras. [2]
Una vez dado el tratamiento adecuado delos datos, la curva de destilación ASTMD86 toma la forma mostrada en la figura 2.
Fig 2: Curva de Destilación ASTM D86.
Otro método utilizado para la destilaciónes el que se rige por la norma ASTMD1160. La destilación al vacío es unmétodo de ensayo que cubre ladeterminación, a presiones reducidas, delos diferentes de puntos de ebullición delas fracciones de petróleo que puede serparcial o completamente vaporizada en unmáximo temperatura del líquido de 400 °C. [3]
Este método de prueba se utiliza para ladeterminación de las características dedestilación de productos derivados delpetróleo y sus fracciones, las cualespueden descomponerse si son destiladas apresión atmosférica. Estos intervalos deebullición, obtenidos en condiciones paraobtener aproximadamente unfraccionamiento plato teórico, se puedenutilizar en cálculos de ingeniería para eldiseño de equipos de destilación, parapreparar las mezclas adecuadas para usoindustrial, para determinar cumplimientode las normas reglamentarias, paradeterminar la adecuación del productocomo alimento a un proceso de refinado,entre otros usos. El intervalo de ebullición está directamenterelacionado con la viscosidad, el vapor depresión, poder calorífico, el peso molecularmedio, y muchas propiedades químicas,físicas y mecánicas. [3]
La gravedad API es el criterio másempleado para clasificar un crudo,además, es un factor que gobierna lacalidad y el precio del petróleo a nivelmundial. El estudio de esta propiedad serige por la norma ASTM D1298. La mismaespecifica la determinación de la densidad,densidad relativa o gravedad API,mediante el uso de un hidrómetro devidrio, de un crudo, productos petroleros,mezclas de estos o incluso de mezclas deproductos no petroleros que se manejencomo líquidos y tengan una presión deVapor Reid de 101.325 Kpa o menor a estevalor. [3], [2]
La gravedad API se calcula a partir delpeso específico o gravedad específica
determinado a una temperatura de 60 °Fmediante la ecuación:
,las unidades son los grados API.
La siguiente tabla, permite hacer unaidentificación del tipo de crudo de acuerdoal valor de su gravedad API.
Tipo deCrudo
Gravedad
Condensado >42Liviano 30 - 42
Mediano 22,0 - 29,9Pesado 10 – 21,9
Extrapesado Hasta 9.9Bitumen promedio 8,2
Tabla 2: Clasificación del tipo de crudo deacuerdo a °API
Es importante tener en cuenta que ladensidad de un hidrocarburo puro estáligada a la relación H/C de dichohidrocarburo, siendo la densidad menor alaumentar la cantidad de hidrógeno.Además, la densidad también varía deacuerdo a la estructura química delhidrocarburo y con su peso molecular en elsentido .[4]
Una determinación acertada de ladensidad, densidad relativa o gravedad APIdel petróleo y sus productos, es necesariapara la conversión de volúmenes medidosa masas a la temperatura de referenciaestándar, sin embargo, el métodoempleado bajo esta norma es másacertado para fluidos de baja viscosidad otransparentes. [2]
La viscosidad, es otro parámetro deimportancia a la hora de caracterizar uncrudo, ya que esta se define como laresistencia que un líquido presenta cuandofluye a través de un ducto. Mientras mayorsea dicha resistencia, más difícil será eltransporte del crudo a la refinería. Elestudio de la viscosidad se hace mediantela norma ASTM D445, la cual establece elprocedimiento para la determinación de la
viscosidad cinemática. Esta viscosidad sedefine como la resistencia de un fluido afluir bajo la acción de la gravedad. Lanorma estipula el estudio de la misma paraun producto petrolero líquido, transparenteu opaco, mediante la medición del tiempoen el que un volumen de líquido fluye bajogravedad a través de un viscosímetrocapilar de vidrio calibrado. El rango deviscosidad cinemática cubierto por esteensayo oscila entre los 0.2 a los 300 000mm2/s a todas las temperaturas.
Para este ensayo se utiliza el viscosímetrode Saybolt y el viscosímetro de Ostwald,(Figuras 3 y 4 respectivamente). Con elprimero se mide el tiempo en que 60 ml demuestra caen en un recipiente.
Fig 3: Viscosímetro Saybolt.
El viscosímetro de Ostwald se basa en laley de Poisseuille que permite conocer lavelocidad de flujo de un líquido a través deun tubo, en función de la diferencia depresiones bajo las que se establece eldesplazamiento.
Fig 4: Viscosímetro Ostwald.
Muchos productos petroleros, y algunos nopetroleros, se utilizan como lubricantes, yla correcta operación del equipo dependede la viscosidad apropiada del líquido queestá siendo utilizado. Además, laviscosidad de muchos combustiblesderivados del petróleo es importante parala estimación de un almacenamientoóptimo, manejo de los mismos y lascondiciones operacionales.
Mediante la norma ASTM D2161, es posiblehacer una conversión de la viscosidadcinemática a viscosidad Saybolt Universala la misma temperatura. A través de talprocedimiento, se logra la conversión deunidades para cada viscosidad, es decir,de centistokes a Segundos SayboltUniversales y Segundos Saybolt Furol (SUSy SFS por sus siglas en inglés).
En algún momento la industria del petróleose basó en la medición de la viscosidadcinemática mediante un viscosímetroSaybolt expresando la viscosidadcinemática en unidades de SUS. Sinembargo esta práctica es ya obsoleta.
Al igual que la densidad, el índice derefracción varía de acuerdo a la estructuraquímica y el peso molecular delhidrocarburo. Se han establecidocorrelaciones entre el índice de refracción,densidad y peso molecular por una parte ylos porcentajes de carbono parafínico,nafténico y aromático por otra. El índice derefracción es uno de los ensayos más
precisos que se pueden realizar en unafracción de petróleo. El método ASTMD1218 tiene una reproducibilidadexcepcional del 0,00006, por lo cual esmuy utilizado, porque permite conocerpequeñas diferencias en la calidad de losproductos, que no se podrían detectar porotros métodos.
El método ASTM D 1218 cubre la medicióndel índice de refracción para muestras decolor claro en el rango de 1.3300 a 1.5000a temperaturas entre 20 y 30 °C medianteprocedimientos manuales o automáticos.El índice de refracción es una propiedadfísica fundamental que puede ser utilizadaen conjunto con otras propiedades paracaracterizar hidrocarburos puros y susmezclas.
El punto de anilina es la temperaturamínima a la cual una mezcla a igualesvolúmenes de anilina y producto a analizarforman un sistema monofásico. Este esmedido por la norma ASTM D611. Esteprocedimiento se lleva a cabo en un tuboen el cual se vierte la mezcla de sustanciaa estudiar con la anilina, el tubo sesumerge en un baño de liquidotransparente lo que permite la observaciónde los cambios experimentados por lamezcla sumergida, el liquido del baño nodebe ser volátil ya que si el compuesto aanalizar es altamente parafínico y su puntode anilina es muy alto se corre el riesgo deque el líquido del baño se pierda porvaporización. [8]
El punto de anilina (o punto mixto deanilina) es útil como ayuda en lacaracterización de los hidrocarburos purosy mezclas de hidrocarburos. Loshidrocarburos aromáticos presentan losvalores más bajos, y las parafinas losvalores más altos. Cicloparafinas y olefinasexhiben valores que se encuentran entrelos de parafinas y aromáticos. Los puntosde anilina también incrementan con elaumento de peso molecular. A pesar deque en ocasiones se utiliza en combinacióncon otras propiedades físicas en losmétodos de análisis de correlación para loshidrocarburos, el punto de anilina es más a
menudo se utiliza para proporcionar unaestimación de la contenido dehidrocarburos aromáticos de las mezclas.[3]
Fig 5 Equipo manual para determinar el Puntode Anilina de una sustancia. [10]
La determinación del carbón residual delos combustibles se basa en el métodoregido por la norma ASTM D189, la cualcubre la determinación de la cantidad deresiduos de carbono dejada después de laevaporación y pirólisis de un aceite, y tienepor objeto proporcionar una idea de lapropensión de formación de coque. Estemétodo de ensayo es de aplicación generala los productos derivados del petróleorelativamente no volátil que parcialmentese descomponen en la destilación apresión atmosférica. [3]
Una cantidad pesada de la muestra secoloca en un crisol y es sometida adestilación destructiva. El residuo sesomete a craqueo y reaccionescarbonización durante un período decalefacción. Al final del periodo decalentamiento especificado, la pruebacrisol que contiene el residuo carbonoso seenfría en un desecador y se pesa. Elresiduo que queda se calcula como unporcentaje de la muestra original, y sereporta como residuos de carbonoConradson. [3]
El valor de esta propiedad es muy útil en laindustria ya que permite conocer latendencia del combustible y de los aceiteslubricantes a depositar algún residuocarbónico en el fondo de recipientescontentivos, información necesaria en eldiseño de unidades de operación, debido aque el carbón depositado en la cámara decombustión de un motor es proporcional alresiduo de carbón del combustible y delaceite, por lo que la cantidad depositadadepende de las condiciones de operación yde otros factores tales como la viscosidaddel aceite y desempeño del motor;también es un indicativo de la cantidad demateriales de alta temperatura deebullición presente en los combustibles.[8]
La presión de vapor de un crudo no volátilse puede determinar empleandocorrelaciones que se basan en la presiónde vapor de Reid, que da una idea de quetan volátil es determinada muestra, y esdescrito en la norma ASTM D323. LaPresión de vapor Reid tiene pequeñasvariaciones respecto a la presión de vaporverdadera de una muestra debido a que elequipo utilizado contiene trazas de vaporde agua y aire confinados en el depósito.[8]
Este método de ensayo cubre losprocedimientos para la determinación lapresión de vapor de la gasolina, crudosvolátiles y otros productos derivados delpetróleo volátiles. [3]
La presión de vapor es una propiedad físicaimportante de líquidos volátiles. Estemétodo de prueba se utiliza paradeterminar el vapor presión a 37.8 ° C(100 ° F) de los productos petrolíferos ycrudo aceites con el punto inicial deebullición por encima de 0 ° C (32 ° F). [3]
La volatilidad de algunos solventestambién se puede asociar indirectamentecon una medida de la presión de vaporReid. La presión de vapor es un parámetroimportante cuando de combustibles setrata, ya que tiene efectos en la ignición,
calentamiento y vaporización en losmotores de automóviles y aviones, efectosgenerados por los cambios de temperaturay presión que los motores experimentan.[9]
Fig 6 Bomba para medir la presión de vaporReid. [8]
Parte Experimental.
Materiales y equipos.
Sustancias:
• Anilina: fabricante BGH, patenteAnalak, pureza 99.9%.
• Crudo Merey: productor PDVSA,procedencia Cuenca de Maturín,gravedad específica: 16.18 °API a60ºF.
• Crudo Cerro Negro: productorPDVSA, procedencia Cuenca deMaturín, Crudo extrapesado.
• Crujo Pilón: productor PDVSA,procedencia Cuenca de Maturín,Estado Monagas. Este crudo fueusado en los siguientes cortes:
Tabla 3. Rangos de temperatura de cortes decrudo Pilon
Cortes dePilón T (ºC)
1er Corte140-17
0
2do corte170-24
0
3er corte240-28
0
4to corte280-35
0
• n_heptano: fabricante IQE, pureza100%.
• Kerosene: comercial, pureza 100%.
• Gasolina: comercial, pureza 100%.
• Gasoil: comercial, pureza 100%.
Procedimiento Experimental.
En esta práctica se llevaron cabo variosexperimentos siguiendo las normas ASTMcorrespondientes a cada procedimiento.
La destilación atmosférica ASTM D86se lleva a cabo en un destilador a escalaexperimental tipo batch. 100ml de lamuestra se vertieron en un balón dedestilación de 500ml el cual fueintroducirlo en el equipo de destilación,luego se le aplicó calor al balón de formamoderada. Se procede a tomar latemperatura a la que cae la primera gotade destilado y se va registrando ésta paracada 1 ml hasta que la temperaturaalcanza 350ºC. Con estos datos seconstruye una curva TBP. Los productosdestilados son luego sometidos a otroensayo, el del índice de refracciónASTM D1218, se toman muestras de cadadestilado y estas se llevan al refractómetrodonde debe realizarse la medición a 20ºC.
La destilación al vacío ASTM D1160 serealiza con los residuos de destilaciónatmosférica. Se pesa un balón dedestilación y 100ml de residuoaproximadamente, se conecta el balón alequipo de destilación que ya estáensamblado en el laboratorio y se colocaun termómetro para medir la temperaturadel fondo, luego de ajustada la presiónmenor a 50mmHg se suministra calormediante una manta de calentamiento, seleen los datos de temperatura de tope yfondo cada 2ml de recolectado y con ellosdibuja la curva de Temperatura deebullición vs. %Volumen destilado,llevando las temperaturas de destilación alvacío a una TBP a presión atmosféricasegún las normas API.Para la determinación de la presión devapor de Reid se sigue la norma ASTMD323. Se miden 100ml de n-heptano ygasolina que luego se colocan endiferentes cámaras de presión de vapor,estas cámaras se introducen en un equipotermostatizado a 100ºF se deja reposar elsistema por 10 minutos y se registra lapresión que se observa en la parte superiordel aparato (manómetro), cuando lalectura de presión se mantiene constantese dice que es la presión de vapor de Reid.La medida de presión se registra cada 2 o3 minutos, agitando vigorosamente elcilindro después de cada anotación, laagitación se lleva a cabo para inducir elequilibrio liquido-vapor dentro del aparato.
El punto de anilina corresponde a lanorma ASTM D611. Primero se miden 5mlde muestra problema y de anilina, loscuales son mezclados e introducidos en unrecipiente que permita la transferencia decalor, la mezcla se calienta con agitaciónconstante hasta conseguir esta se vuelvahomogénea, se toma la temperatura a laque la mezcla se diluye completamente yluego se deja enfriar y se registra latemperatura cuando se presente turbidezen el sistema, la cual es conocida como elpunto de anilina. En este experimento sepresenta el cambio de sistema monofásicoa bifásico.
En la determinación de las viscosidades dediferentes cortes de crudo se emplearondos métodos distintos. Uno de los métodosusa el viscosímetro de Ostwald que serige según la norma ASTM D445, yconsiste en agregar la muestra a un capilarpreviamente seleccionado y aplicandovacío se hace que la muestra llegue hastael aforo superior, se introduce en un bañotermostatizado, y se mide el tiempo en elque tarda la muestra en bajar desde elprimer aforo hasta el segundo. El segundométodo usa un viscosímetro de Sayboltcorrespondiente a la norma ASTM D2161,se toman 60 ml de muestra y se vierten enel contenedor del viscosímetro, luego secoloca otro recipiente en la parte inferiordel viscosímetro y se quita el tapónmidiendo el tiempo transcurrido para quetoda la muestra caiga de nuevo en elrecipiente de la parte inferior.
Para la determinación de la gravedadespecífica ASTM D1298 se utilizaron 4cortes de crudo Pilón, y esta medición sellevo a cabo por 2 métodos. En el primermétodo se usa un hidrómetro, que consisteen agregar las muestras problemas encilindros graduados, luego se introduce elhidrómetro en el líquido hasta el fondo delcilindro y se espera hasta que el empujeocasionado por el líquido se iguale a la delhidrómetro para leer la densidad delliquido. El otro método utilizado es el de labalanza de Westphal, la muestra se colocaen cilindros graduados, se introduce elflotador de la balanza en el cilindro y seempiezan a agregar pesos en el brazo dela balanza hasta que esta alcanza elequilibrio, se calcula la densidad de lamuestra a partir del tamaño de las pesas yde la distancia a un punto de referencia delas pesas.
El método de residuo de carbónConradson que cumple con la normaASTM D189 consiste en pesar 1 muestrade cada uno de los 4 cortes de crudo Pilónen un crisol, éste se coloca en la mufla yse empieza a calentar variando de 100°Cen 100°C cada 5 minutos hasta alcanzar500C y se deja reposar por 45 minutos,
después se enfría y se pesa el residuoobtenido.
Resultados Obtenidos.
Destilación ASTM D86:
Fig 7. Curva de destilación ASTM D86
Tabla 4. Temperaturas características de ladestilación ASTM D86
T ºF ASTM D86
tw= 434,0293491
tm= 429,3830281
tcu= 430,9305917
tMe= 429,866288
Donde:
twABP: weight average boiling point
tmABP: Molal average boiling point
tcuABP: Cubic average boiling point
tMeABP: Mean average boiling point
La destilación atmosférica se realizó conuna muestra de crudo Pilón, donde serecogieron 5 cortes de 5 ml cada uno,obteniendo la gráfica de la curva dedestilación ASTM D86 representada en lafigura 7, a partir de esto se obtuvo latemperatura promedio del punto deebullición MeABP para ASTM D86resultando igual a 429,87°F arrojando unfactor de caracterización Kuop de 10,51 loque determina que el crudo destilado es uncrudo aromático ya que el Kuop es menora 11, rango perteneciente a loshidrocarburos aromáticos. La destilaciónse llevo a cabo siguiendo la norma ASTMD86 donde la temperatura inicial dedestilación fue de 323,6°F y alcanzó unmáximo de 545°F en el último corte.Además se pudo calcular el peso moleculardel crudo Pilón mediante la ecuación dadapor el manual API la cual es función de latemperatura promedio de ebullición de ladestilación ASTM D86 y de la gravedadespecífica del crudo resultando un pesomolecular ajustado al tipo de crudo. Acontinuación se presentan los valorescaracterísticos del crudo Pilón.
Tabla 5. Valores característico del crudo.
PARA EL CRUDO TOTAL
°API 23
Kuop 10,50090075
tMeABP 889,87°R
SG 0,915857605
PM 156,6202672
I 0,302591144
n 1,517114819
V 0,040850591
W 0,018110156
%CA 40,93437716
RA 0,791891674
%CR 75,95145218
RT 1,639404391
%CN 35,01707503
%CP 24,04854782
RN 0,847512717
Con las fracciones obtenidas de ladestilación ASTM D86 se determinó elíndice de refracción para los 5 cortesmediante un refractómetro y mediantecálculos según el manual API:
Tabla 6. Índice de Refracción medido ycalculado.
Corte IR medidoIR
calculado
1er corte 1,435571,39799
9
2do Corte 1,444461 1,424411
3er Corte 1,452648 1,44499
4to Corte 1,4576085 1,468133
7
5to Corte 1,4769585 1,486269
3
Resultando el primer corte con el menoríndice de refracción y el último con elmayor índice de refracción, tanto para elmedido como el calculado. El hecho deque el índice de refracción sea mayor alaumentar el número del corte es debido ala mayor cantidad de átomos de carbonoque posee mientras mayor es latemperatura del corte, lo que se traduceen que el corte es de menor gravedad APIo es más pesado.
Curva TBP Para ASTM D86
Fig 8. Curva de destilación TBP para ASTMD86
A partir de la ASTMD86 (50) y según loscálculos realizados siguiendo el manualAPI se procedió a la construcción de lacurva TBP obteniendo el valor de laTBP(50)=455,09°F
Destilación al vacio ASTM D1160
Tabla 7. Características de crudo utilizado.
Destilación alvacio
Crudo Merey
Masa gr 125,2
ºAPI 16,18
Densidad 0,958152763
Volumen 130,6680989
Fig 9. Curva de destilación al vacio ASTMD1160
Tabla 8. Temperaturas de destilación ASTMD1160, y conversión a TBP 10mmHg y760mmHg
%DT°F ASTM
D116010mmHg
TBP10mm
Hg
TBP760
mmHg
10 299,842 162,2 380
30 360,322 286,2 535
50 399,2 354,2 612
70 435,56 390,56 658
90 475,16 397,56 664
Curva TBP para Destilación al Vacío
Fig 10. Curva de destilación al vacio ASTMD1160 llevado a TBP.
Tabla 9. Temperaturas características de ladestilación ASTM D1160 convertidas enTBP a 760mmHg, Kuop y PM.
T (ºF) TBP a 760 mmHg
WABP 575,91
MABP 534,80
CABP 562,75
MeABP 548,49
Koup 8,54319642
PM 199,74
En la destilación al vacio se empleó unamuestra de crudo Merey, tomando latemperatura cada 2 ml de destiladomanteniendo a 10 mmHg, obteniendo lacurva de la destilación al vaciorepresentada en la figura 9, obtenido pormedio de conversiones según manual APIlas TBP a los porcentajes de destiladosrequeridos para obtener la temperaturapromedio de ebullición y obteniendo elKuop igual a 8,3, definiendo el crudo comoun hidrocarburo aromático, ya que esmenor que 11, rango de los aromáticos.Además el PM calculado=199,74 resultológico con respecto al crudo destilado yaque era un crudo pesado de alto pesomolecular, por su gran cantidad de átomosde carbono, azufre entre otros
Gravedad API
Tabla 10. Gravedades especificas decortes de pilón según la balanza Westphaly el hidrómetro.
Gravedades especificas (g/cc)
Cortes pilón WESTPHALHIDRÓMETR
O
1ER CORTE 0,8649 0,87
2DO CORTE 0,9078 0,91
3ER CORTE 0,93 0,93
4TO CORTE 0,9605 0,96
Tabla 11. Gravedad API de cortes de pilónsegún la balanza Westphal y elhidrómetro.
°API
WESTPHAL HIDRÓMETRO
32,10272864 31,14367816
24,3713373 23,99450549
20,65053763 20,65053763
15,81910463 15,89583333
En la experiencia de la gravedad API, seutilizaron 4 cortes de crudo pilón comosustancias de estudio, obteniendo la
gravedad API según la balanza deWestphal y según el hidrómetro, Se puedenotar que a medida que aumenta elnúmero del corte en el caso del hidrómetroel cual es el más exacto, su gravedad APIdisminuye, lo que quiere decir que a mayorgravedad API el corte es más liviano, deigual manera a mayor gravedad especificael corte es más pesado, por lo tanto loscortes se pueden clasificar como livianopara el 1er corte, mediano para el 2docorte, y pesado para el 3er y 4to corte. Sedice que el hidrómetro es más exactoporque para el uso de la balanza Westphalse requiere un volumen exacto de muestraya que la balanza se diseña calibrada paradicho volumen, mientras que el hidrómetrono requiere un volumen establecido solorequiere de quedar suspendido sobre lamuestra para dar así un resultadoapropiado.
Viscosidad Cinemática y dinámica
Tablas 12 y 13. Viscosidad de Ostwaldpara distintos cortes de crudo pilón.
Tabla 14 y 15. Viscosidad de Saybolt para distintoscortes de pilón.
T = 28°C 82,4°F
μ=v*ρ
SUS(s)
v(cst)ec.
11A1.1-2
v(st) ge μ(poise)
μ(centipois
e)
Viscosidad Oswald
Tamaño(CAPILA
R)
c(cSt/
s)
t (s,T=40°
C)
v(cSt)
geμ
(centipoise)
μ(pois
e)
1ERCORT
E100 0,01
5283,02
54,24
50,87 3,6935 0,036
9
2DOCORT
E350 0,5 79,915 39,9
60,91 36,361 0,363
6
3ERCORT
E350 0,5 43,53 21,7
70,93 20,241 0,202
4
Viscosidad Oswald
Tamaño(CAPILA
R)
c(cSt/
s)
t (s,T=23°
C)
v(cSt)
geμ
(centipoise)
μ(poise
)
1ERCORTE 100
0,015
482,055
7,231 0,87 6,29082 0,063
2DOCORTE 350 0,5
115,435
57,72 0,91 52,5229 0,525
3ERCORTE 350 0,5
409,315
204,7 0,93 190,331 1,903
1ERCORTE
118,343
25,5725
0,25573 0,87
0,22248
22,248099
2DOCORTE 125,83
27,1905
0,2719 0,91
0,24743
24,743351
3ERCORTE
223,195 48,23
0,4823 0,93
0,44854
44,853913
4TOCORTE 994
214,793
2,14793 0,96
2,06201
206,20089
T = 40°C 104°F μ=v*ρ
SUS(s)
v (cst)ec.
11A1.1-2
v(st) geμ
(poise)
μ(centipois
e)
1ERCORTE 40,6
8,76284
0,08763 0,87
0,07624
7,6236726
2DOCORTE 80,41
17,3552
0,17355 0,91
0,15793 15,79321
3ERCORTE 132,33
28,5613
0,28561 0,93
0,26562
26,561966
4TOCORTE 522,16 112,7 1,127 0,96
1,08192
108,19166
En la determinación de la viscosidadcinemática y dinámica, se emplearon losmismos 4 cortes de la experiencia de lagravedad API, utilizando el método deOstwald y el de Saybolt, como se puedeobservar en las tablas que resulta paraambos el corte mas viscoso el numero 4,mientras que el corte 1 resultó ser elmenos viscoso en ambos métodos, sepuede relacionar entonces la viscosidad delos cortes con la gravedad APIdeterminándose que a medida que el cortees más pesado es mas viscoso y que amedida que se aumente la temperatura laviscosidad disminuye.
Caracterización de fracciones de petróleo por su índice de refracción, densidad ypeso molecular
Tabla 17. Valores característicos de las fracciones del crudo destilado.
Pozoilustrad
oCalculo de la Composición del HC por el Método nMd a 20°C
%S Corte n d V W %CA RA %CR RT %CN %CP RN
0,0161
1,43557 0,708
0,044031
-0,09923
44,605951
0,785245
68,59
1,21851
23,98436
31,40968
2,003753
0,1 21,444
46 0,7620,0123
47-0,055
131,3296
470,5477
9712,86
90,2586
818,460
5387,130
88 0,80648
0,1 31,452
65 0,801-0,006
1-0,025
1916,8661
270,3547
1924,11
820,5223
797,2520
675,881
81 0,16766
1,11 41,457
61 0,843-0,035
650,0113
05-4,9630
910,11163
57,6452
1,492491
52,6821
42,35481
1,380864
1,11 51,476
96 0,875-0,019
080,0218
264,70312
270,1205
0362,35
291,8272
8557,649
8137,647
071,70678
2
Donde:
%CA: porcentaje en peso de carbonosaromáticos%CN: porcentaje en peso de carbonosNafténicos. %CP: porcentaje en peso de carbonosParafínicos.%CR: porcentaje en peso de carbonos enanillosRA: numero de anillos aromáticos en unamolécula media.RN: numero de anillos Nafténicos en unamolécula mediaRT: número total de anillos en unamolécula media%S: porcentaje en peso de azufre.
A partir de los resultados de índice derefracción, peso molecular y densidad fueposible calcular cada composición ynumero de anillos aromáticos, Nafténicos yanillos totales en una molécula media decada fracción del crudo Pilón destiladomostrado en la tabla 17, obteniendo así lacalidad de cada fracción según el uso quese le desee dar a la fracción, por lo tantopor este método podemos caracterizarcualquier hidrocarburo que se deseeconocer su composición en peso dearomáticos, Parafínicos y Nafténicos.
Presión de Vapor de Reid
Tabla 18. Presión de Vapor de Reid paradiferentes muestras
Presión de vapor de Reid
Compuesto
Volumen(ml)
PVR(psig)
PVR(psia)
n_Heptano
100 1,5 16,2
gasolina 100 6,85 21,55
En la determinación de la presión de vaporde Reid, se emplearon como muestran_heptano y gasolina, cada ciertos minutosde la experiencia se anotaban la presiónmanométrica, dando como resultado finaluna presión de equilibrio mostrada en la
tabla 18 para cada muestra, donde sepuede observar que la presión de vaporReid para la gasolina es mayor que la delheptano, indicando que la gasolina es másvolátil. En Mérida funciona bien laexperiencia, ya que fue realizada a 100ºF yla temperatura ambiental es menor por lotanto la PVR es menor.
Punto de anilina
Tabla 19. Punto de Anilina.
Punto deanilina
PA(°C)Experimenta
l a 640mmhg
PA exp a760mmgh
n_Heptano 70 83,125
Gasoil 63 74,8125
Kerosen 56 66,5
Gasolina Temp. Amb. (22) 26,125
Para la experiencia del punto de anilina serealizaron 4 experimentos para determinardicho punto, realizados con mezclas deanilina y cada una de las muestras, dondese encontró que para el n_heptano unpunto de anilina alto con respecto a lasotras muestras, lo que indica que es unaparafina, ya que la anilina es uncompuesto aromático y no se diluye atemperatura ambiente con el n_heptano,con respecto al Gasoil y kerosene se diluyoa una temperatura menor lo que indica qposee una cierta cantidad de aromáticos, adiferencia de la gasolina que posee unagran cantidad de aromáticos ya que sediluyó a temperatura ambiente, la cualpara ese día era de 22°C. Mediante esteexperimento podemos determinar el índicediesel de los gasóleos, observando siposee mayor cantidad de aromáticos oparafinas, y mientras este punto seamayor, mayor será el índice diesel ya queposeerá mayor cantidad de parafinas por
lo que tendrá mayor poder de arranque porcombustión.
Conclusiones.
• La destilación ASTM D86 sirve paraconocer el comportamiento delcrudo y realizar una posteriorcaracterización de los cortesdestilados y obtener valores deMeABP, Koup, densidad, pesomolecular, densidad API y conocer lacantidad relativa de los tipos decarbono en cada corte.
• Los cortes de crudo más livianos sonaquellos con mayor gravedad APIpresentando menor viscosidad, alcontrario de cortes pesados conmenor gravedad API presentandomayor viscosidad
• El kerosene tiene un alto contenidode aromáticos lo cual la hace másafín con la Anilina.
• Se comprobó la dependencia delíndice de refracción con la densidaddel petróleo, es decir, cuanto másliviano son los petróleos, los índicesresultan más elevados.
• Con la norma ASTM D323 sedetermina que los componentes quetienen mayor presión de vapor deReid son los más volátiles, tal comose comprueba que la gasolina esmás volátil que el n-heptano.
• Los crudos livianos presenta menor% de carbón que los crudospesados.
Bibliografía.
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[2]. N., M. A. (2002). El Petróleo.Mérida:Publicaciones ULA.
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[9] Imagen extraída de:http://es.wikipedia.org/wiki/Destilaci%B3n#Destilaci.C3.B3n_a_vac.C3.ADo el04/02/2011
[10] Imagen extraída de:http://www.laqq.com.ar/equipamiento_listado.asp?rubro_id=2&categoria=ANALIZADORES%20DE%20PETR%D3LEO%20Y%20DERIVADOS&categoria_ID=25&SUBCATEGORIA=PUNTO%20DE%20ANILINA&SUBCATEGORIA_ID=261 el03/02/2011
Anexos
DestilaciónAtmosférica
ml T (°C) T(F) %
0 154 309,2 0
1ercorte
1 162 323,6 4
2 168 334,4 8
3 172 341,6 12
4 176 348,8 16
5 181 357,8 20
2docorte
6 186 366,8 24
7 192 377,6 28
8 196 384,8 32
9 200 392 36
10 206 402,8 40
3er 11 212 413,6 44
corte
12 220 428 48
13 222 431,6 52
14 225 437 56
15 230 446 60
4tocorte
16 243 469,4 64
17 244 471,2 68
18 252 485,6 72
19 254 489,2 76
20 258 496,4 80
5tocorte
21 265 509 84
22 279 534,2 88
23 280 536 92
24 281 537,8 96
25 285 545 100
PARA EL CRUDO TOTAL
°API 23
Kuop 10,50090075
tMeABP 889,87°R
SG 0,915857605
PM 156,6202672
I 0,302591144
n 1,517114819
V 0,040850591
W 0,018110156
%CA 40,93437716
RA 0,791891674
%CR 75,95145218
RT 1,639404391
%CN 35,01707503
%CP 24,04854782
RN 0,847512717
Según el manual API
Transformación T°C T°F
T10 170 338
T30 194 381,2
T50 221 429,8
VABP= 432,5°F T70 248 478,4
T90 279,5 535,1
Slope:
SL= 2,46375 °F/%destilado
Por el procedimiento 2.B.1 se calcula el MeABP
tv= 432,5 FT ºF ASTM D86
Δ1= 1,5293491 tw=434,029349
1
Δ2=3,1169718
84 tm=429,383028
1
Δ3=1,5694082
87 tcu=430,930591
7
Δ4= 2,63371203 tMe= 429,866288
59070503010 TTTTT
VABP++++
=
Índice de Refracción y características de las fracciones:
Pozoilustra
doCalculo de la Composicion del HC por el Mètodo nMd a 20°C
%S Cort
en d V W %CA RA %CR RT %CN %CP RN
0,0161
1,4356 0,708
0,04403
-0,0992
44,606
0,78524
68,59
1,2185
23,9844
31,4097
2,00375
0,12
1,4445 0,762
0,01235
-0,0551
31,3296
0,5478
12,87
0,2587
18,4605
87,1309
0,80648
0,13
1,4526 0,801
-0,0061
-0,0252
16,8661
0,35472
24,118
0,52238
7,25206
75,8818
0,16766
1,114
1,4576 0,843
-0,0357
0,0113
4,96309
0,1116
57,645
1,49249
52,6821
42,3548
1,38086
1,115
1,477 0,875
-0,0191
0,02183
4,70312
0,1205
62,353
1,82729
57,6498
37,6471
1,70678
ASTM D86 a TBP
Calculo de la Curva TBP para ASTMD86
TBP(50)= 455,0976°F
Tabla Obtenida delManual API
CutPoint
iRang
e A B(Xi)ma
x Xi Yi
1100-9
00,117
98 1,6606 - 3,6 0,98993
2 90-70 3,041 0,7549 100 50, 58,67173
9 7 4
3 70-502,528
20,8200
2 15075,6 87,74793
4 50-303,030
50,8007
6 250 36 53,42433
5 30-104,900
40,7164
4 25050,4 81,26824
6 10%-07,401
20,6024
4 10032,4 60,16098
%Destilado TBP(ºF)
0 260,2441
10 320,405
30 401,6733
50 436,2665
70 542,8455
90 601,5173
100 602,5072
Destilación al vacio ASTM D1160
Crudo: Merey
destilación al vacio
Masa gr 125,2
ºAPI 16,18
Densidad0,9581527
63
Volumen130,66809
89
m= 125.20 gr
Tfondo (°C)Ttope(°
C)Ttope(°F)
VolDestilado
(ml)
183 86 186,8 0
199 140 284 2
207 151 303,8 4
213 160 320 6
220 166 330,8 8
232 180 356 10
235 186 366,8 12
241 193 379,4 14
246 198 388,4 16
253 204 399,2 18
258 210 410 20
262 214 417,2 22
268 220 428 24
276 227 440,6 26
282 234 453,2 28
288 238 460,4 30
295 245 473 32
301 251 483,8 34
309 257 494,6 36
%DTºF ASTM D1160
10mmHgTBP
10mmHgTBP 760mmHg
10 299,842 162,2 380
30 360,322 286,2 535
50 399,2 354,2 612
70 435,56 390,56 658
90 475,16 397,56 663
Tv 569,60 Slope 3,5375
Ln Δ1=1,842451
38 Δ1=6,311992
42
Ln Δ2=3,549621
9 Δ2=34,80015
69
Ln Δ3=1,924520
48 Δ3=6,851862
26
Ln Δ4=3,049942
55 Δ4=21,11413
14
TºF TBP a 760 mmHg
WABP 575,91
MABP 534,80
CABP 562,75
MeABP 1008,49°R
Koup 8,54319642
PM 199,74
Punto de Anilina
Punto deanilina
Tb(°R)
SG Kuop PA PA °CPA
(°C)Experimental a 640mmhg
PA exp a760mmgh
n_Heptano668,
40,684
12,7827
625,559
74,38 70 83,125
Kerosén (204a300)
945,6
0,82511,89
73614,0
6867,99
956 66,5
Gasolina
22 26,125
Gasoil 63 74,8125
Presión de Vapor Reid
Presión de vapor de reíd final
Compuesto Volumen (ml)PVR
(psig)PVR
(psia)
n_Heptano 100 1,5 16,2
gasolina 100 6,85 21,55
Viscosidad Oswald
ViscosidadOswald
Crudo pilón a23°C t1 (min) t2 (min)
1er corte 08:02:10.08:02:01
.
2do corte 01:55:17.01:55:70
.
3er corte 06:51:70.06:46:93
.
Crudo pilón a40°C t1 (min) t2 (min)
1er corte 04:47:00.04:39:05
.
2do corte 01:00:43.01:39:40
.
3er corte 00:43:00
.00:44:0
6.segundo
s
Viscosidad Oswald
Tamaño(CAPILAR)
c(cSt/s
)
t (s,T=40°C)
v(cSt)
densidad
μ(centipois
e)
μ(poise)
1ERCORTE
100 0,015 283,0254,2454 0,87
3,69347625
0,036935
2DOCORTE
350 0,5 79,91539,958 0,91
36,361325
0,363613
3ERCORTE
350 0,5 43,5321,765 0,93
20,241450,2024
15
Viscosidad Oswald
Tamaño(CAPILAR)
c(cSt/s
)
t (s,T=23°C)
v(cSt)
densidad
μ(centipois
e)
μ(poise)
1ERCORTE
100 0,015 482,0557,2308 0,87
6,29081775
0,062908
2DOCORTE
350 0,5 115,43557,718 0,91
52,522925
0,525229
3ERCORTE
350 0,5 409,315204,66 0,93
190,331475
1,903315
Viscosidad Saybol
Viscosidad Saybol V:60ml Viscosidad
Saybol V:60ml
Tempcortes
Crudo pilón a 28°C(82,4 °F)
t1(seg)
t2(seg)
Tempcortes
Crudo pilóna 40°C (104
°F) t1 (seg)
140-170°C 1er corte 53,24 49,16
140-170°C 1er corte 40,6
170-240°C 2do corte 125,83
110,855
170-240°C 2do corte 80,41
240-280°C 3er corte 222,06
224,33
240-280°C 3er corte 132,33
280-320°C 4to corte 994 -
280-320°C 4to corte 522,16
T = 28°C82,4°F
μ=v*ρ
B tabla 11A1.3 SUS (s)
v(cst)ec.
11A1.1-2
v(st) densidad μ (poise)μ
(centipoise)
1ERCORTE
4,62772118,34
2525,57
250,255725
282 0,870,22248099
522,248099
2DOCORTE
4,62772 125,8327,19
050,271904
955 0,910,24743350
924,743351
3ERCORTE
4,62772223,19
548,23
0,482300139 0,93
0,448539129
44,853913
4TOCORTE
4,62772 994214,7
932,147925
977 0,962,06200893
7206,20089
T = 40°C 104°F μ=v*ρ
B tabla 11A1.3 SUS (s)
v (cst)ec.
11A1.1-2
v(st) densidad μ (poise)μ
(centipoise)
1ERCORTE
4,6332 40,68,762
840,087628
4210,87
0,076236726
7,6236726
2DOCORTE
4,6332 80,4117,35
520,173551
7570,91
0,157932099
15,79321
3ERCORTE
4,6332 132,3328,56
130,285612
5360,93
0,265619658
26,561966
4TOCORTE
4,6332 522,16 112,71,126996
460,96
1,081916602
108,19166
Densidad
DENSIDADES (g/cc) °API
WESTPHAL HIDRÓMETRO WESTPHALHIDRÓMETR
O
1ER CORTE 0,8649 0,8732,102728
6431,1436781
6
2DO CORTE 0,9078 0,9124,371337
323,9945054
9
3ER CORTE 0,93 0,9320,650537
6320,6505376
3
4TO CORTE 0,9605 0,9615,819104
6315,8958333
3
Carbón Conradson
CarbónConradson
Muestra Nº
PesoCrisol(
g)
muestra+crisol
muestra
crisol+ceniza
ceniza
%carbón
Ceniza
prom.
Muestra
prom.
%carbón prom.
CerroNegro
1 16,35 17,53 1,18 16,44 0,097,6271
190,08
51,155
7,359307
2 16,38 17,51 1,13 16,46 0,087,0796
46
CrudoCarabo
bo
3 12 13,56 1,56 12,8 0,851,282
050,43
51,53
28,43137
4 21,1 22,6 1,5 21,17 0,074,6666
67