1. PROPIEDADES DE LOS
HIDROCARBUROS Y
COMPORTAMIENTO DE
FASES Guido Yánez Quintana, PhD
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2. CONTENIDO DEL CURSO
1. Introducción
2. Composición química del petróleo
3. Propiedades físico químicas de los hidrocarburos
4. Comportamiento cualitativo de las interfases roca-
petroleo-agua-gas
5. Sistemas coloidales. Emulsiones
6. Tratamiento químico del petróleo (demulsificación,
tratamiento antiescala, antiparafínicos, antifricción)
7. Riesgos ambientales de la explotación del petróleo
8. Prácticas: Pruebas de laboratorio y de campo del
tratamiento del petroleo (al fin del curso)
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3. TEMA 1.
INTRODUCCIÓN
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4. ¿Cómo se originó petróleo?
Origen Orgánico: Hipótesis de Engler
Petróleo y gas natural se habrían
formado hace millones de años, por la
acumulación de restos animales y
vegetales que se fueron acumulando
Origen volcánico: en el fondo del océano. Factores:
Se habría formado a partir - Ausencia de aire.
de la actividad volcánica hace - Restos de plantas y animales (sobre
milones de años. todo, plancton marino)
- Gran presión de las capas de tierra.
- Altas temperaturas.
Origen químico: - Acción de bacterias anaerobicas
El petróleo y el gas natural
serían producto de la mezcla Las bacterias presentes habrían
y reacción de una o varias descompuesto esta materia muy
sustancias minerales con el lentamente, por la escasa cantidad de
oxígeno presente en esas
agua del mar. profundidades.
Con el paso de tiempo, se incremento
la capa de fango y sedimento sobre
esta materia orgánica, aumentando la
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6. HIPÓTESIS CÓSMICA. Sokalov, Rusia, 1892
• Hipótesis inorgánica
• El metano se formó a
partir de la caída de los
meteoritos durante la
formación de la tierra
• En los meteoritos se han
encontrado mas de 40
tipos de HC, similares al
keroseno
• La atmósfera de otros
planetas tienen metano
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7. ¿Qué es el petróleo crudo?
• Es un recurso natural no renovable
y actualmente también es la principal
fuente de energía en los países
desarrollados. El petróleo líquido
puede presentarse asociado a capas
de gas natural, en yacimientos que
han estado enterrados durante
millones de años, cubiertos por los
estratos superiores de la corteza
terrestre.
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8. ¿Qué es el petróleo crudo?
El petróleo crudo es una mezcla compleja de
químicos orgánicos, hidrocarburos en su
mayoría.
Los hidrocarburos son compuestos
orgánicos formados como dice su nombre
por hidrógeno y carbono (H y C)
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9. ¿Dónde se encuentra?
- El petróleo, junto con el gas natural, se
encuentra en los intersticios de rocas
porosas (caliza o areniscas), en los
estratos superiores de la corteza
terrestre, aprisionados por rocas no
porosas. Las aguas comprimen al
petróleo que queda sobre ellas por su
menor densidad.
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10. ¿Qué es el gas natural?
• El gas natural es una fuente de energía no
renovable formada por una mezcla de gases que
se encuentra frecuentemente en yacimientos
fósiles, no-asociado (solo), disuelto o asociado
con (acompañando al) petróleo o en depósitos de
carbón
• Aunque su composición varía en función del
yacimiento del que se extrae, está compuesto
principalmente por metano en cantidades que
comúnmente pueden superar el 90 ó 95% (p. ej., el
gas no-asociado del pozo West Sole en el Mar del
Norte), y suele contener otros gases como
nitrógeno, CO2,Tecnología
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H2S, helio y mercaptanos.
15. COMPUESTOS ORGANICOS
Se conoce mas de 9 millones de compuestos
orgánicos y aproximadamente 500.000
compuestos inorgánicos
Antes se refería a los compuestos que
contienen carbono y presentes o son
producidos por los organismos vivos
Hoy se ampliado el concepto: se sintetizan
compuestos orgánicos a partir de inorgánicos
(cianato de potasio + cloruro de amonio = la
urea)
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16. CARACTERISTICAS DE LAS
MOLECULAS ORGANICAS
hibridación
• Tetravalencia: s2p2 s p x py pz
400 kJ/mol
(enlaces muy fuertes, se desprenden 830 kJ/mol al formar 2
enlaces C–H)
• Las moléculas orgánicas poseen tres tipos de
hibridaciones
sp3, alcanos, tetrahédrica, 109.5º
sp2 , aquenos, trigonal planar, 120º
sp , alquinos, lineal, 180º
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17. CARACTERISITICAS DE LAS
MOLECULAS ORGANICAS
• Electronegatividad intermedia. Enlace covalente con
metales . como con no metales
• Los carbonos forman enlaces estables con los átomos
de H, O, S.
• Las cadenas de carbono pueden ser lineales,
ramificadas y formando anillos.
• Los triples enlaces son mas fuertes que los dobles
enlaces y mas fuertes que los enlaces simples.
• La longitud entre C-C es mayor que C=C y mayor que
carbono-carbono triple enlace
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18. La química del carbono o química orgánica, estudia todas aquellas
sustancias en cuyas moléculas toma parte el carbonoLos átomos de
carbono, tienen mucha facilidad para unirse entre sí y formar
cadenas muy variadas. Todos sus átomos forman siempre cuatro
enlaces covalentes
H H H H H
| | | | | Cadena abierta
H-C-C-C-C-C-H ramificada
| | | | |
H H H H H
H H
H C H
Cadena abierta
C C
lineal
H C C H
H H
H H
Cadena cerrada: ciclo 18
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20. CARACTERISITICAS DE LAS
MOLECULAS ORGANICAS
• El C y el H tienen electronegatividades
similares, por lo tanto, el enlace C-H son no-
polares.
• Los compuestos que poseen enlaces C-C y C-H
son termodinámica y cinéticamente estables.
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21. SOLUBILIDAD Y PROPIEDADES
• Los hidrocarburos son no-polares y son
solubles en solventes no-polares y muy poco
solubles en agua.
• Los compuestos orgánicos solubles en agua
poseen grupos funcionales tales como: -OH,
-COOH, - CHO.
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22. Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más
sencillos, y solo contienen átomos de carbono e hidrógeno
H I D R O CAR B U R O S
Alifáticos Aromáticos
Saturados Insaturados
Alcanos Alquenos Alquinos
22
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24. PROPIEDADES DE LOS
HIDROCARBUROS
• Punto de fusión: Bajo, se incrementa al
aumentar su peso molecular.
• Solubilidad: Insolubles en agua la gran mayoría,
pero solubles en disolventes orgánicos.
Compuestos polares, de bajo peso molecular y
formadores de puentes de hidrógeno son solubles
en agua: sales orgánicas, alcoholes
• Densidad: pesan menos que el agua
• Inflamabilidad: son inflamables
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26. Alifáticos: cadenas abiertas
Alicíclicos: cadenas cerradas
Fórmulas estructurales y geométricas
Carbono (6): cuatro enlaces por efecto de la
hibridación sp3
Saturados con hidrógeno
Cadenas lineales (alcanos nornales) y
ramificadas (isoalcanos)
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30. Alcanos
Isómeros estructurales
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31. PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS
• C1-C4 (gases), C5-C16 (líquidos), <C17 (sólidos)
• Incoloros, indoros, insaboro
• Insolubles en agua
• Menos densos que el agua
• Combustión: CO2 y agua
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32. • Nomenclatura: ciclo-----ano
• Estructura cíclica (formando anillos)
• Fuente natural: petróleo de California
• Los cicloalcanos se convierten en aromáticos
mediante reformado catalítico
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34. Estructura: hibridación sp2
Enlace doble covalente, enlace pi
Propiedades similares a los alcanos: insolubles en agua,
solubles en líquidos no polares, menos densos del agua, al
aumentar el peso molecular aumenta el punto de ebullición
Fuente industrial: craqueo catalítico
Principales productos: etileno, propileno
Usos: políetileno, polipropileno, producción de etanol,
caucho, PVC, sarán, Teflón, orlón.terpenos, vitamina A,
betacarotenos
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37. Estructura del triple enlace C-C: hibridación sp
Nomenclatura: …..ino
Propiedades físicas similares a los alcanos,
alquenos y cicloalcanos: insolubles en agua,
solubles en disolventes no polares, Pe. superior
al correspondiente alcano y alquenos.
Aplicaciones: acetileno, fungicidas, reguladores
del crecimiento de las plantas, inhibidores de la
corrosión de los metales.
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38. Sustancias similares al benceno en su
comportamiento químico.
El anillo bencénico: estructura atómica plana,
simétrica y resonante. A ello se debe su
estabilidad
Hibricación sp2.
Carácter aromático: anillo bencénico, insaturados
Nomenclatura: Base benceno: metil benceno,
etilbenceno, propilbenceno, etc
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39. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS: EL BENCENO
H
H C H Molécula de benceno
(C6H6)
C C
El círculo central representa tres
C C enlaces dobles entre átomos de
carbono, es decir, 6 electrones, que no
H C H se encuentran localizados en
posiciones fijas
H
Nube “” común
Esqueleto “”
Hibridación sp2 del benceno. Nube electrónica “”
39
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40. PROPIEDADES FISICAS: No polares e insolubles
en agua
FUENTE NATURAL: El petróleo, la hulla
FUENTE INDUSTRIAL: Reformado catalítico,
craqueo y platforming.
APLICACIONES: Solventes, naftalina, colorantes,
detergentes, materia prima para síntesis orgánica
de colorantes, fármacos.
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44. ASFALTENOS
Los asfaltenos del petróleo son hidrocarburos
que presentan una estructura molecular
extremadamente compleja, los cuales están
conformados por diferentes proporciones de
nitrógeno, azufre y oxígeno.
Estos compuestos ocasionan diversos problemas como el
bloqueo de tuberías de extracción y transporte de crudo,
reducción de su aprovechamiento económico y contaminación
de los ecosistemas.
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48. PETROLEO FRACCION Atomos de Intervalo de
Es una sustancia
INICIAL C ebullición
SUBFRACCIONES
compleja y de Gas ligero C 1 -C 5 a - 20
composición química A Metano y Etano C1 - C 2 Gas
variable. B Olefinas C2 - C4
C Propano y Butano C3 - C 4
Está compuesto, Gasolina C 5 - C 10 20 - 200
principalmente, por una A Eter de petróleo C 5 - C6 30 - 60
mezcla de B Ligroína C 6-C 8 60 - 100
hidrocarburos y algunos C Naftas C 8 - C 11 100 - 200
compuestos orgánicos Queroseno C 12 - C 16 200 - 300
de oxígeno, azufre y
Aceite combustible C 15 - C 18 280 - 380
nitrógeno
Aceites lubricantes C 16 - C 20
Petrolato o vaselina C 18 - C 22
Parafina sólida C 20 - C 30 p.f. 50 - 60
Los distintos Cera microcristalina C 30 - C 50 p.f. 50 - 60
compuestos se separan Asfalto Muchos
mediante destilación Carbón de Petróleo Muchos
fraccionada
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55. 120
Variedad de crudos
100
80
60 Gas y Gasolina
Queroseno
40
Gasóleo
20 Destilado de vacío
Betún (pen 200)
0
Vittorio
Kuwait
Gippsland
Safaniya
Iran LT
Qatar
Bachaquero
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56. Destilación atmosférica
Condensador
de agua
125 °C Gas
150 °C Gasolina
165 °C Queroseno
250°C
300 °C Gasóleo
Crudo
Pre-calentado
280 °C
Residuo atmosférico
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57. Destilación de vacío
Condensador
46 °C de agua
Vacío
}
110 °C
185 °C Destilados
260°C de vacío
340 °C
Residuo
atmosférico 385 °C
precalentado 350 °C
(525 °C) Residuo de vacío
(Base para betunes)
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