Petroleo temas1y2gyq1-111030003301-phpapp02

Gerencia General de Tecnología
PROPIEDADES DE LOS
HIDROCARBUROS Y
COMPORTAMIENTO DE
FASES Guido Yánez Quintana, PhD

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)

TEMA 1.
INTRODUCCIÓN

¿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
en el fondo del océano. Factores:
- Ausencia de aire.
- Restos de plantas y animales (sobre
todo, plancton marino)
- Gran presión de las capas de tierra.
- Altas temperaturas.
- Acción de bacterias anaerobicas
Las bacterias presentes habrían
descompuesto esta materia muy
lentamente, por la escasa cantidad de
oxígeno presente en esas
profundidades.
Con el paso de tiempo, se incremento
la capa de fango y sedimento sobre
esta materia orgánica, aumentando la
presión sobre ella.
Origen volcánico:
Se habría formado a partir
de la actividad volcánica hace
milones de años.
Origen químico:
El petróleo y el gas natural
serían producto de la mezcla
y reacción de una o varias
sustancias minerales con el
agua del mar.

Origen Orgánico: Hipótesis de
Engler

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

¿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.

¿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)

¿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.

¿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, H2S, helio y mercaptanos.

Gerencia General de Tecnología Fuente Preceptor

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)

CARACTERISTICAS DE LAS
MOLECULAS ORGANICAS
• Tetravalencia: s2p2 s px 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
hibridación

• 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
CARACTERISITICAS DE LAS
MOLECULAS ORGANICAS

18
C C
C H
HH
H
H
H H H
H H
C C
H - C - C - C - C - C - H
H
|
H
|
H
|
H
|
H
|
|
H
|
H
|
H
|
H
|
H
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


Cadena abierta
lineal
Cadena abierta
ramificada
Cadena cerrada: ciclo

TIPOS DE ENLACES

• 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.
CARACTERISITICAS DE LAS
MOLECULAS ORGANICAS

• 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.
SOLUBILIDAD Y PROPIEDADES

22
 Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más
sencillos, y solo contienen átomos de carbono e hidrógeno
Alcanos Alquenos Alquinos
Alifáticos Aromáticos
H I D R O C A R B U R O S
Saturados Insaturados

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

Temperastura
Número de carbonos
Punto de fusión
Punto de ebullición

 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)

Isómeros estructurales
Alcanos

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

• Nomenclatura: ciclo-----ano
• Estructura cíclica (formando anillos)
• Fuente natural: petróleo de California
• Los cicloalcanos se convierten en aromáticos
mediante reformado catalítico

 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

 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.

 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

39
HIDROCARBUROS AROMÁTICOS: EL BENCENO
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
El círculo central representa tres
enlaces dobles entre átomos de
carbono, es decir, 6 electrones, que no
se encuentran localizados en
posiciones fijas
Molécula de benceno
(C6H6)
Hibridación sp2 del benceno. Nube electrónica “”
Nube “” común
Esqueleto “”

 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.

HIDROCARBUROS AROMATICOS POLICICLICOS,
HAP´s

DISTRIBUCION DE LOS HAP´S

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.

TEMA 2.
COMPOSICIÓN QUIMICA DEL
PETROLEO

Composición elemental del petróleo
ELEMENTOS
Carbono 83 – 87
Hidrógeno 12 – 14
Azufre 0 – 4
Nitrógeno 0,2
Metales (V, Ni, Fe, Mo, Co, Cr, 0.02 – 0.03
Cu. Mn, Pb, Ga, Ag, Ti, Na, K, Ba)
PORCENTAJE, % masa

COMPOSICIÓN QUIMICA DEL PETROLEO
• Alcanos (parafinas)
• Cicloalcanos (naftenos)
• Compuestos aromáticos (derivados del
benceno)
• Hidrocarburos aromáticos policíclicos
• Componentes minerales
• Compuestos heteroatómicos
– Compuestos oxigenados
– Compuestos azufrados
– Compuestos nitrogenados
• Asfaltenos
• Resinas

MuchosMuchosCarbCarbóón de Petrn de Petróóleoleo
MuchosMuchosAsfaltoAsfalto
p.f. 50p.f. 50 -- 6060CC 3030 -- CC 5050Cera microcristalinaCera microcristalina
p.f. 50p.f. 50 -- 6060CC 2020 -- CC 3030Parafina sParafina sóólidalida
CC 1818 -- CC 2222Petrolato o vaselinaPetrolato o vaselina
CC 1616 -- CC 2020Aceites lubricantesAceites lubricantes
280280 -- 380380CC 1515 -- CC 1818Aceite combustibleAceite combustible
200200 -- 300300CC 1212 -- CC 1616QuerosenoQueroseno
100100 -- 200200CC 88 -- CC 1111CC NaftasNaftas
6060 -- 100100CC 66 -- CC 88BB LigroLigroíínana
3030 -- 6060CC 55 -- CC 66AA Eter de petrEter de petróóleoleo
2020 -- 200200CC 55 -- CC 1010GasolinaGasolina
CC 33 -- CC 44CC Propano y ButanoPropano y Butano
CC 22 -- CC 44BB OlefinasOlefinas
GasGasCC 11 -- CC 22AA Metano y EtanoMetano y Etano
aa -- 2020CC 11 --CC 55Gas ligeroGas ligero
Intervalo deIntervalo de
ebulliciebullicióónn
Atomos deAtomos de
CC
FRACCIONFRACCION
INICIALINICIAL
SUBFRACCIONESSUBFRACCIONES
MuchosMuchosCarbCarbóón de Petrn de Petróóleoleo
MuchosMuchosAsfaltoAsfalto
p.f. 50p.f. 50 -- 6060CC 3030 -- CC 5050Cera microcristalinaCera microcristalina
p.f. 50p.f. 50 -- 6060CC 2020 -- CC 3030Parafina sParafina sóólidalida
CC 1818 -- CC 2222Petrolato o vaselinaPetrolato o vaselina
CC 1616 -- CC 2020Aceites lubricantesAceites lubricantes
280280 -- 380380CC 1515 -- CC 1818Aceite combustibleAceite combustible
200200 -- 300300CC 1212 -- CC 1616QuerosenoQueroseno
100100 -- 200200CC 88 -- CC 1111CC NaftasNaftas
6060 -- 100100CC 66 -- CC 88BB LigroLigroíínana
3030 -- 6060CC 55 -- CC 66AA Eter de petrEter de petróóleoleo
2020 -- 200200CC 55 -- CC 1010GasolinaGasolina
CC 33 -- CC 44CC Propano y ButanoPropano y Butano
CC 22 -- CC 44BB OlefinasOlefinas
GasGasCC 11 -- CC 22AA Metano y EtanoMetano y Etano
aa -- 2020CC 11 --CC 55Gas ligeroGas ligero
Intervalo deIntervalo de
ebulliciebullicióónn
Atomos deAtomos de
CC
FRACCIONFRACCION
INICIALINICIAL
SUBFRACCIONESSUBFRACCIONES
PETROLEO
Es una sustancia
compleja y de
composición química
variable.
Está compuesto,
principalmente, por una
mezcla de
hidrocarburos y algunos
compuestos orgánicos
de oxígeno, azufre y
nitrógeno
Los distintos
compuestos se separan
mediante destilación
fraccionada

Productos del crudo
3 - 4
5 - 10
12 - 18
18 - 24
24 - 40
24 - ~300
~40 - ~300
Número de
Carbonos
Productos ligeros
Productos pesados
Crudo
GLP
Gasolinas
Querosenos
Gasóleos
Lubricantes
Fuél óleo pesado
Betún

Propiedades de los productos
3 - 4
5 - 10
12 - 18
18 - 24
24 - 40
24 - ~300
~40 - ~300
Número de Carbonos Punto de
ebullición (°C)
-10 - 15
15 - 150
150 - 260
230 - 370
370 - 525
370 -
525 -
GLP
Gasolina
Queroseno
Gasóleos
Lubricantes
Fuel óleo pesado
Betún

Fracción Composición Int. De Punto
de Ebullición
Usos
Gas natural C1 – C4 161a20ºC Combustible
Éter de
petróleo
C5 – C6 30 a 60 ºC Disolvente
Ligroína C7 20 a 135 ºC Disolvente
Gasolina C6 – C12 30 a 180 ºC Comb. Motores
Querosene C11 – C16 170 a 290 ºC Comb.mot.,dom.
Combustóleo C14 – C18 260 a 350 ºC Calef., calderas
Aceite
lubricante
C15 – C24 300 a 370 ºC Lubricantes
Asfalto C22 - 350 y más Construcción

Variedad de crudos
0
20
40
60
80
100
120
Vittorio
Bachaquero
Safaniya
Kuwait
IranLT
Qatar
Gippsland
Gas y Gasolina
Queroseno
Gasóleo
Destilado de vacío
Betún (pen 200)

Destilación atmosférica
Queroseno
Gasóleo
Residuo atmosférico
Gas
Gasolina
125 °C
150 °C
165 °C
250°C
300 °C
280 °C
Crudo
Pre-calentado
Condensador
de agua

Destilación de vacío
Destilados
de vacío
Residuo de vacío
(Base para betunes)
46 °C
110 °C
185 °C
260°C
340 °C
Residuo
atmosférico
precalentado
Condensador
de agua
385 °C
Vacío
350 °C
(525 °C)
}

Producción mundial de petróleo

Reservas a nivel mundial

PRODUCCIÓN DE PETROLEO EN ECUADOR
0
20
40
60
80
100
120
140
2008 2009 2010 2011
Producción total, millones barriles Petroecuador Privada
Produccion petrolera 2008 2009 2010 2011
Producción total, millones
barriles 124 120 117 121
Petroecuador 64 69 69 87
Privada 59 51 47 34
Precio promedio , USD 97 43 70 96

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