Química del petróleo

QUÍMICA DEL PETRÓLEO

El principio básico en la refinación del crudo radica en los procesos de destilación y de conversión, donde se calienta el petróleo en hornos de proceso y se hace pasar por torres de separación o fraccionamiento y plantas de conversión.

En las distintas unidades se separan los productos de acuerdo a las exigencias del mercado.

La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa molecular.

El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, donde la temperatura disminuye con la altura.

Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen.

Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí.

Destilación básica

La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación . El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua.

Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes.

El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno.

En las antiguas destilerías, el residuo que quedaba en la caldera se trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de agua.

Las zonas superiores del aparato de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados, mientras que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto.

Refinería de petróleo

3.3 REFINADO

3.1 Exploración

Craqueo térmico

El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a presión, se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento de la destilación.

No obstante, su eficiencia era limitada, porque debido a las elevadas temperaturas y presiones se depositaba una gran cantidad de coque (combustible sólido y poroso) en los reactores. Esto, a su vez, exigía emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo.

Este proceso se desarrollará a continuación.

Las refinerías de petróleo funcionan veinticuatro horas al día para convertir crudo en derivados útiles. El petróleo se separa en varias fracciones empleadas para diferentes fines. Algunas fracciones tienen que someterse a tratamientos térmicos y químicos para convertirlas en productos finales como gasolina o grasas.

Exploración es el término utilizado en la industria petrolera para designar la búsqueda de petróleo o gas. Los métodos empleados son muy variados:

BIBLIOGRAFÍA:

- Exploración Geológica.

Tiene por objeto detectar las áreas más propicias para realizar posteriormente reconocimientos más profundos.

El geólogo observa y examina las capas de la corteza terrestre que se ven en la superficie, los tipos de rocas que afloran y sus características de dureza, porosidad, contenido orgánico, edad y condiciones estructurales.

- Exploración Geofísica

Se basa en que las rocas que constituyen la corteza terrestre poseen diversas propiedades físicas. Dichas propiedades son:

- La elasticidad, que afecta la propagación de las ondas sísmicas.

- El magnetismo, que se relaciona directamente con la composición de las rocas.

- La densidad, que origina variaciones en el valor de la gravedad.

Estas propiedades permiten calcular la constitución y profundidad de las rocas del subsuelo.

- Exploración Sísmica

Mediante explosivos y vibraciones se obtienen gráficos que producen las ondas sísmicas y que dan información de la forma y profundidad de los estratos en el subsuelo.

- Exploración Gravimétrica

Estudio del subsuelo mediante mediciones de la atracción de gravedad de las rocas,

esta información complementa a otras para calcular la naturaleza del subsuelo.

- Exploración Magnética

Usando un magnetómetro se miden las fluctuaciones del campo magnético terrestre y se puede reconocer, indirectamente, la presencia de rocas sedimentarias indicadoras, generalmente, de la posible presencia de hidrocarburos.

Sin embargo, a pesar de la utilización de todas estas técnicas, la existencia de yacimientos no está asegurada, por lo que se hace necesario PERFORAR para comprobarlos.

Alquilación y craqueo catalítico

La alquilación y el craqueo catalítico aumentan adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo.

En la alquilación, las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador.

Esto produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades (por ejemplo, mayores índices de octano-octanaje) como combustible de motores de alta potencia, como los empleados en los aviones comerciales actuales.

Este proceso se desarrollará a continuación.

Petroquímica y reservas petrolíferas del mundo:

3. PROCESOS EN LA INDUSTRIA PETROLERA

EXPLORACIÓN, EXTRACCIÓN Y REFINADO

• http://www.foronuclear.org/es/energia-nuclear/faqas-sobre-energia/capitulo-1/115480-ique-es-el-petroleo-y-que-usos-tiene
• http://conceptodefinicion.de/petroquimica/
• https://www.msn.com/es-cl/noticias/fotos/oro-negro-los-pa%C3%ADses-con-la-mayor-reserva-petrol%C3%ADfera-del-mundo/ss-AAu5jZL

• https://www2.petroperu.com.pe/museo/exploracion-petrolera/
• http://www.maremundi.com/hidrocarburos.asp?pg=1&id=3
• http://www.monografias.com/trabajos100/exploracion-petrolera/exploracion-petrolera.shtml
• http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/petroleoRefineria.htm

Derivados del petróleo:

ÍNDICE

• https://es.wikipedia.org/wiki/Derivado_del_petr%C3%B3leo
• http://www.pps.k12.or.us/district/depts/edmedia/videoteca/curso3/htmlb/SEC_76.HTM
• https://geoinnova.org/blog-territorio/objetos-derivados-del-petroleo/
• https://es.wikipedia.org/wiki/Petroqu%C3%ADmica

Agotamiento de las reservas:

• https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_pico_de_Hubbert
• https://juanjogabina.com/2010/05/16/el-agotamiento-de-las-reservas-de-petroleo/

Definición y origen del petróleo:

Cracking:

3.2 Extracción

• https://es.wikipedia.org/wiki/Craqueo
• https://somechemistry.wordpress.com/2011/03/09/el-craqueo-o-cracking/
• https://es.slideshare.net/alice236/cracking-del-petrleo
• https://es.slideshare.net/monomalcriado/craqueo-termico
• https://www.modeladoeningenieria.edu.ar/images/procesos2/material_de_apoyo/CRAQUEOCATALITICO.pdf
• https://es.wikipedia.org/wiki/Craqueo_catal%C3%ADtico
• https://es.wikipedia.org/wiki/Refiner%C3%ADa_de_petr%C3%B3leo#Hidrocraqueo
• https://es.slideshare.net/alvaromanriquealiaga/hidrocraqueo

• http://www.monografias.com/trabajos45/petroleo/petroleo.shtml
• http://www.monografias.com/trabajos16/derivados-petroleo/derivados-petroleo.shtml
• https://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo
• http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/39/html/sec_8.html
• https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/2011/02/27/como-se-formo-el-petroleo
• https://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo#Origen_del_petróleo
• https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburo
• https://es.wikipedia.org/wiki/Origen_inorg%C3%A1nico_del_petr%C3%B3leo

1. INTRODUCCIÓN

La extracción, producción o explotación del petróleo se hace de acuerdo con las características propias de cada yacimiento. Para poner un pozo a producir se baja una especie de cañón y se perfora la tubería de revestimiento a la altura de las formaciones donde se encuentra el yacimiento. El petróleo fluye por esos orificios hacia el pozo y se extrae mediante una tubería de menor diámetro, conocida como "tubería de producción".

¿Qué es el petróleo?

1. Introducción

2. Origen del petróleo

3. Procesos en la industria petrolera

3.1 Exploración

3.2 Extracción

3.3 Refinado

3.4 Cracking

3.5 Petroquímica

4. Derivados del petróleo

5. Mayores reservas de petróleo en el planeta

6. Consecuencias del uso del petróleo

6.1 Impacto ambiental

6.2 Agotamiento de las reservas

7. Resumen

8. Bibliografía

El petróleo extraído generalmente viene acompañado de sedimentos, agua y gas natural, por lo que deben construirse previamente las facilidades de producción, separación y almacenamiento. Una vez separado de esos elementos, el petróleo se envía a los tanques de almacenamiento y a los oleoductos que lo transportarán hacia las refinerías o hacia los puertos de exportación.

Vídeo sobre la exploración y extracción del petróleo

El petróleo es una fuente de energía no renovable, la más importante de la sociedad actual. Consiste en un aceite mineral insoluble en agua de color muy oscuro o negro, menos denso que el agua y de un olor acre característico.

El significado etimológico de la palabra es "aceite de piedra", por tener la textura de un aceite y encontrarse en yacimientos de roca sedimentaria.

Si no existe esa presión, se emplean otros métodos de extracción. El más común ha sido el "balancín", el cual, mediante un permanente balanceo, acciona una bomba en el fondo del pozo que succiona el petróleo hacia la superficie.

Si el yacimiento tiene energía propia, generada por la presión subterránea y por los elementos que acompañan al petróleo (por ejemplo gas y agua), éste saldrá por sí solo. En este caso se instala en la cabeza del pozo un equipo llamado "árbol de navidad", que consta de un conjunto de válvulas para regular el paso del petróleo.

Es un compuesto químico complejo en el que coexisten partes sólidas, líquidas y gaseosas.

Lo forman, por una parte, unos compuestos denominados hidrocarburos, formados por átomos de carbono e hidrógeno (en su mayoría parafinas, naftenos y aromáticos) y, por otra, pequeñas proporciones de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales.

Su fórmula química general es:

Se presenta de forma natural en depósitos de roca sedimentaria y sólo en lugares en los que hubo mar.

CnH2n+2

Fórmulas químicas que forman el petróleo

3.4 Cracking

Hecho por:

• María Alonso Díaz
• Antonio Lao García
• Mª Carmen Torres Fdez
• Juan Carlos Cara Sánchez

El CRAQUEO o CRACKING es un proceso químico por el cual un compuesto químico (normalmente orgánico) se descompone o fracciona en compuestos más simples.

2. Origen del petróleo

En relación al petróleo, es la descomposición de los hidrocarburos más pesados para obtener hidrocarburos más ligeros.

Proceso fluido

¿Cómo se realiza el cracking?

Factores para su formación:

Mediante la ruptura de los enlaces entre moléculas de un compuesto (hidrocarburo).

Una modalidad moderna del craqueo catalítico del petróleo es el proceso fluido. Éste utiliza un “fluid cat cracker”, que es una máquina de hasta 70 m de altura.

A lo largo de km de tuberías y reactores circulan a elevadas temperaturas grandes cantidades de vapor, aire y catalizador pulverizado. A una determinada altura los finos granos del catalizador se revisten del carbón separado del petróleo, y dejan entonces de actuar mediante la acción de un regenerador; sin embargo, se quema y consume el carbón y el catalizador queda nuevamente en condiciones de funcionar una y otra vez.

El catalizador es tan fino que cuando es agitado mezclado con aire u otros gases, aumenta su volumen y fluye como un líquido, pudiendo así ser controlado por válvulas.

Según el método utilizado para romper estos enlaces existen varios métodos:

Hidrocraqueo

Craqueo térmico

El método de craqueo térmico, también conocido como “proceso de cracking Shújov”

es un proceso de transformación en el que los enlaces de los HC son rotos por la acción de la presión y el calor(de 500 a 900 ºC). Fue inventado por el ingeniero ruso Vladimir Shújov.

El hidrocraqueo es un procedimiento usado para convertir los destilados de petróleo pesados en fracciones ligeros de alto valor de mercado. Este método se implementa bajo una alta temperatura (450 ° C) y una fuerte presión de hidrógeno (entre 50 y 150 bar) en presencia de un catalizador en un lecho fijo.

A esta temperatura y con hidrógeno a alta presión, se craquean las moléculas largas, aparecen moléculas de olefinas y se forman compuestos aromáticos. Con este proceso, el consumo de hidrógeno es bastante grande.

El proceso industrial utilizado más comúnmente es el hidrocraqueo de Chevron.

Craqueo catalítico

El craqueo del petróleo permite obtener de un barril de petróleo crudo una cantidad dos veces mayor de fracción ligera (naftas) que la extraída por simple destilación.

Actualmente es un procedimiento fundamental para la producción de gasolina de alto octanaje.

Es un proceso destructivo mediante el cual las grandes moléculas son descompuestas térmicamente en otras más pequeñas de menor punto de ebullición. El interés de este proceso reside en el hecho de que las moléculas de menor peso molecular que se obtienen son de alto valor económico y no se encuentran en el petróleo. Es un proceso endotérmico, por lo que el aporte de temperatura, realizado por medio de un horno y otros elementos, es fundamental.

Este método se rige por tres variables: temperatura, tiempo de residencia y carga. El manejo de cada una de ellas permite lograr una diversidad de productos, que van de aquellos de uso directo como combustibles a materias primas para la industria petroquímica como el etileno a partir de etano.

Teoría sobre el origen inorgánico

El craqueo o cracking catalítico es un proceso de la refinación del petróleo que también consiste en la descomposición por la acción del calor y la presión de los hidrocarburos pero con ayuda de un catalizador, con el objetivo de craquear hidrocarburos pesados cuyo punto de ebullición es igual o superior a los 315 °C, y convertirlos en hidrocarburos livianos cuyo punto de ebullición se encuentra por debajo de los 221 °C.

Método de craqueo térmico

El primer uso del craqueo catalítico se produjo en 1915, cuando Almer M. McAfee desarrolló un proceso utilizando cloruro de aluminio para romper aceites de petróleo pesado.

Dichos catalizadores , los cuales evitan reacciones secundarias indeseadas, se presentan en forma granular o microesférica. Los catalizadores usualmente se componen por óxido de silicio (SiO2) y alúmina (Al2O3). El mineral más comúnmente usado para este fin es la faujasita.

SiO2

Al2O3

Faujasita

Algunos científicos apoyan la hipótesis del origen inorgánico del petróleo y sostienen que éste se forma en el interior de la Tierra a partir de hidrocarburos de origen estrictamente abiogenético, ya que se ha descubierto que el etano y otros hidrocarburos más pesados pueden ser sintetizados bajo las condiciones del manto superior.

Sin embargo, esta teoría no puede explicar muchos procesos de formación del petróleo y es muy minoritaria entre los geólogos.

cracking

Ejemplo de los beneficios del cracking

Compuestos que se forman mediante el cracking del petróleo

Origen inorgánico del petróleo

• Ausencia de oxígeno
• Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino)
• Gran presión de las capas de la Tierra
• Altas temperaturas
• Acción de bacterias

El hecho de que el origen del petróleo sea muy diverso, dependiendo de la combinación de los factores anteriormente citados, provoca que su presencia sea también muy variada:

• Líquido, dentro de rocas porosas y entre los huecos de las piedras.
• Volátil, es decir, un líquido que se vuelve gas al contacto con el aire.
• Semisólido, con textura de ceras.

En cualquier caso, el petróleo, de por sí, es un líquido y se encuentra mezclado con gases y con agua.

7. RESuMEN

Betún

Hidrocarburos

El petróleo es una mezcla de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua. También es conocido como petróleo crudo o simplemente crudo u oro negro.

El petróleo es de origen fósil, fruto de la transformación de materia orgánica procedente de zooplancton y algas que, depositados en grandes cantidades en fondos anóxicos (carentes de oxígeno) de mares o lagos del pasado geológico, fueron posteriormente enterrados bajo pesadas capas de sedimentos.

Durante millones de años, estos fósiles enterrados en capas sedimentarias estuvieron sometidos a distintos procesos físicos y químicos: altas presiones y temperaturas y acción de bacterias anaerobias (aquellas que no necesitan oxígeno para vivir).

Durante la diagénesis de las rocas sedimentarias, estos procesos produjeron en sucesivas etapas desde betún a hidrocarburos cada vez más ligeros (líquidos y gaseosos).

cracking

refinado

Según la composición del crudo y la demanda, las refinerías pueden producir distintos productos derivados del petróleo. La mayor parte del crudo es usado como materia prima para obtener energía, por ejemplo, la gasolina. Debido a que el petróleo contiene un 2% de azufre, también se obtienen grandes cantidades de éste.

El craqueo o cracking es un proceso químico por el cual se quiebran las moléculas de un compuesto produciendo así compuestos más simples El procedimiento original, todavía en uso, empleaba calor y presión y se denomina “craqueo térmico” a una temperatura de 850-810 °C ("Shújov de craqueo"). Después se ideó un nuevo método: “craqueo catalítico” a una temperatura de 450-500 °C, que utiliza un catalizador (sustancia que determina en otras cambios químicos sin modificarse ella misma). En el caso de este tipo de craqueo, el catalizador (como Al2O3 o SiO2) es una especie de arcilla que puede darse en forma de terrones, píldoras, granos pequeños o como un polvo superfino y cuya acción desintegradora sumada a la del calor y la presión, favorece el fraccionamiento en componentes más livianos y produce más y mejor compuesto como resultado.

Cuando se dan las circunstancias geológicas que impiden dicho ascenso (trampas petrolíferas como rocas impermeables, estructuras anticlinales, márgenes de diapiros salinos...) se forman entonces los yacimientos petrolíferos.

Los hidrocarburos ascienden hacia la superficie debido a su menor densidad (gracias a la porosidad de las rocas sedimentarias).

PETROQUÍMICA

La petroquímica es la industria dedicada a obtener derivados químicos del petróleo y de los gases asociados. Es aquella rama de la química que en forma de industria explota, refina y produce todos los derivados del petróleo y el gas natural.

3.5 PETROQUÍMICA

La Petroquímica es aquella rama de la química que en forma de industria explota, refina y produce todos los derivados del petróleo y el gas natural. El procedimiento realizado por el campo de la petroquímica es muy complejo, las materias primas que se derivan de estas industrias son hoy en día fundamentales para el desarrollo de la vida en sociedad.

En la petroquímica para la extracción del petróleo y gas natural, se utilizan procesos complejos para abrir huecos profundos en la corteza terrestre, porque el contenido fósil que se requiere está en las capas más cercanas al centro de la tierra en pequeños (en relación con el tamaño del planeta) reservorios. Con taladros mecánicos gigantes y tuberías especiales que mantienen la cavidad lubricada y en su posición. Luego de la extracción este producto bruto viaja a través de grandes tubos conductores hasta plantas refinadoras de “Crudo”, tal como se le denomina al petróleo o gas natural antes de ser procesado.

4. Derivados del petróleo

Son obtenidos mediante la industria petroquímica, la cual se dedica a obtener derivados químicos del petróleo y de los gases asociados, como se ha dicho anteriormente.

Combustibles fósiles

Lubricantes: aceites para motores y máquinas

Propano

Gasolina

Metano

Pesticidas

Fertilizantes

Butano

Queroseno

Pinturas

Gasoil

Plásticos

Asfaltos de carreteras

Fibras sintéticas

Vídeo sobre los derivados del petróleo que se obtienen mediante el refinado y la petroquímica

6. CONSECUENCIAS DEL USO DEL PETRÓLEO

5. MAYORES RESERVAS DE PETRÓLEO EN EL PLANETA

CANADÁ

VENEZUELA

6.1 Impacto ambiental

Venezuela es conocida como el país con mayor volumen de reservas de petróleo probadas del mundo, con más de 298 bbl (mil millones de barriles de petróleo) registrados. El país se ha situado en primera posición con el descubrimiento de enormes reservas petrolíferas.

En 2014, el país tenía casi 172.900 millones de barriles de reservas de petróleo comprobadas en la provincia de Alberta, donde se encuentran la mayor parte de las reservas de petróleo accesibles del país. Entonces, las empresas de petróleo empezaron a invertir en la extracción de aceites de menor densidad y mayor valor.

RUSIA

ESTADOS UNIDOS

El país posee muchos recursos naturales y enormes reservas de petróleo bajo las llanuras de Siberia. La producción nacional de petróleo cayó bastante tras el colapso de la antigua Unión Soviética, pero en los últimos años se está recuperando. La nación todavía puede aumentar más sus reservas de petróleo y de gas en el futuro con la explotación de las aguas árticas y de hielo. Actualmente, la reserva estimada es de 103.200 millones de barriles.

Las reservas de petróleo del país aumentaron en los últimos años debido al uso de nuevos métodos de perforación no convencionales. De esta forma, es posible extraer más petróleo y gas lutita que nunca. Ese aumento resultó en más de 36.000 millones de barriles en 2012, algo que no pasaba desde 1975.

Arabia Saudita

son las segundas más grandes del mundo, sólo detrás de las reservas de Venezuela. Están estimadas en 267 mil millones de barriles. Esto es alrededor de un quinto del total de las reservas de petróleo del mundo.

Aunque Arabia Saudita cuenta con alrededor de 100 campos de petróleo y gas, más de la mitad de sus reservas de petróleo se encuentran en sólo ocho campos gigantes de petróleo, incluyendo el campo del Campo Ghawar, el más grande del mundo con un estimado (70 mil millones de barriles).

6.2 Agotamiento de las reservas

La teoría del pico de Hubbert, también conocida como cenit del petróleo o agotamiento del petróleo, es una influyente teoría acerca de la tasa de agotamiento a largo plazo del petróleo.

Predice que la producción mundial de petróleo llegará a su fin en apenas 40 años y después declinará tan rápido como creció, resaltando el hecho de que el factor limitador de la extracción de petróleo es la energía requerida y no su coste económico.

Esto provocará una escasez de dicho recurso cuyo motivo fundamental será la falta de crudo suficiente para abastecer a toda la demanda.

Los efectos y la gravedad de dicha escasez dependerán de lo rápido que decrezca la producción y de si se adoptaron medidas preventivas para adaptar la sociedad al uso de energías alternativas y renovables.

Pero puede que esas alternativas ni siquiera lleguen a tiempo. En ese caso todos los productos y servicios que requieran el uso de petróleo escasearán, disminuyendo así el nivel de vida de todos los países.

Una curva de producción del petróleo, como sugirió originalmente M. King Hubbert en 1956