caracterización de dos corrientes de hidrocarburo de un proceso de

Universidad de Carabobo.
Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología.
Departamento de Química.
Coordinación de Pasantías.
CARACTERIZACIÓN DE DOS CORRIENTES DE HIDROCARBURO DE UN
PROCESO DE REFINACIÓN
Autor: Ricardo Girón.
Tutor Académico: Dr. Juan Carlos Pereira
Tutor Industrial: Lic. Alexis Escobar
Octubre, 2013
1
INDICE
1. Objetivos
3
2. Resumen
4
3. Metodología
5
4. Tablas de Datos y Resultados
7
5. Discusión de Resultados
9
6. Conclusión
14
7. Bibliografía
15
8. Formula
16
9. Anexos
17
2
OBJETIVOS
Objetivo General:

Caracterizar dos corrientes de hidrocarburo de un proceso de
refinación.
Objetivos Específicos:

Determinar experimentalmente el rango de ebullición de la fracción
analizada mediante el método ASTM D-86.

Determinar el punto de anilina de las fracciones mediante la norma
NVC 1090.

Determinar el número de Kauri butanol de las fracciones mediante la
norma NVC 2316.

Determinar la concentración de azufre por energía de dispersión de
rayos x mediante el método ASTM D-4294.

Determinar la composición de la muestra por espectrometría de masa
mediante la norma NVE 151.
3
RESUMEN.
Ciertos compuestos orgánicos solo contienen dos elementos, Hidrógeno y
carbono, por lo que se conocen como Hidrocarburos. Hay miles de
combinaciones posibles de hidrógeno y carbono, por lo tanto, hay miles de
hidrocarburos diferentes; pero cada uno es una sustancia definida que posee
propiedades que lo distinguen de los demás. De allí viene la importancia de
esta pasantía la cual tiene como objetivo principal la caracterización de dos
corrientes de hidrocarburos en un proceso de refinación. Para lograr dicho
objetivo se realizaron diversos métodos como el ASTM D-86 y el ASTM D4294 y diversas normas como el NVC 1090, NVC 2316 y NVE 152.
Determinando que la corriente A se trataba de un hidrocarburo 100%
aromático, en comparación a la corriente B que contiene diversos
compuestos de hidrocarburo como cicloalcano, parafinas entre otros.
La pasantía fue realiza en la Industria Venoco C.A, Ubicada en Guacara,
Estado Carabobo. Industrias Venoco, C.A., es una empresa dedicada a la
comercialización de productos químicos, petroquímicos y lubricantes.
Manufactura y comercialización de grasas y aceites lubricantes y sus
aditivos, fluido para frenos y productos especiales de automotor. Venoco,
teniendo como principio guía la satisfacción de las necesidades de sus
clientes, promueve, opera y lideriza negocios rentables propios o en
asociación dentro de la industria química, petroquímica, de lubricantes y sus
actividades conexas orientadas al mercado nacional e internacional,
valiéndose de sus propios meritos y capacidades y de sus ventajas
competitivas reales en tecnología y recursos humanos.
4
METODOLOGÍA.
Método ASTM D-86 (Destilación de productos derivados del petróleo):
1. Clasificar la muestra problema según sus características y acondicionar el
equipo como lo especifica el método (ver anexo Figura 1, 2 y 3)
2. Tomar (100.00±0.08)ml de la muestra problema y colocarlo en un balón
según el método.
3. Colocar el balón en el aparato y ajustar la temperatura de inicio según a
sus características.
4. Anotar la temperatura al momento que cae la primera gota de destilación y
anotar la máxima temperatura que alcanza el destilado
Norma NVC 1090 (Punto de anilina):
1. Agregar cierta cantidad de glicerina en la camisa del tubo de tal forma que
cubra gran parte del tubo del ensayo (ver anexo Figura 4)
2. Tomar (10.00±0.02) ml de anilina y (10.00±0.02) ml de la muestra
problema y añadirlo en el tubo de ensayo provisto de agitador y
termómetro.
3. Aplicar calor directamente a la camisa del tubo y agitar rápidamente la
mezcla de anilina-muestra de vez en cuando, hasta que se obtenga la
completa miscibilidad.
4. Dejar enfriar la mezcla, controlando la temperatura y reportar el punto de
anilina la temperatura a la cual se separan las dos fases.
Norma NVC 2316 (Número de Kauri-Butanol):
1. Pesar (20.00±0.01) en un matraz Erlenmeyer la solución de Kauri-Butanol.
5
2. Colocar la solución en un baño de agua manteniendo la temperatura a
(298 ±1) K.
3. Llenar la bureta con la muestra problema y añadir gota a gota con
agitación constante a la solución de Kauri-Butanol hasta la presencia de
turbidez.
4. Verificar la temperatura en el matraz inmediatamente después de que se
ha obtenido el punto final. Si la temperatura es mayor de 299 K o menor
de 297 K repetir la valoración
Método ASTM D-4294 (Concentración de azufre por energía de
dispersión de rayos x):
1. Tomar cierta cantidad de la muestra problema y colocarlo en el recipiente
Colocar el recipiente en el equipo equipo X-Supreme 800 y anotar el
resultado.
Norma NVE 151 (Cromatografía de gases):
2. Inyectar 1 uL de muestra problema en el puerto de inyección, mediante
una microjeringa.
3. Obtener el cromatógrafo de la muestra problema.
6
TABLA DE DATOS Y RESULTADOS.
Tabla #1: Rango de destilación obtenido por el método ASTM D-86
Corrientes de
Temperatura Inicial (±1) ºC
Temperatura Final(±1) ºC
Corriente A
131.5
185
Corriente B
145
206
Hidrocarburo
Tabla #2: Punto de Anilina obtenido por la norma NVC 1090
Corrientes de
Punto de Anilina(±1) ºC
Hidrocarburo
Corriente A
 30
Corriente B
54
Tabla #3: Número de Kauri-Butanol obtenido por la norma NVC 2316
Corrientes de
Volumen gastado en la
Número de Kauri-
Hidrocarburo
bureta (±0.20) ml
Butanol (±0.1)
Corriente A
88.60
89.4
Corriente B
35.89
38.9
Tabla #4: Concentración de azufre obtenido por el equipo X-Supreme 800
mediante el método ASTM D-4294
Corrientes de
Concentración de Azufre
Hidrocarburo
(±0.1)ppm
Corriente A
191.8
Corriente B
231.0
7
Tabla #5: Determinación la composición de la muestra por espectrometría de
masa mediante la norma NVE 151.
Corrientes de
Compuestos
Compuestos
Compuestos
Hidrocarburo
Aromáticos
Parafinicos
Naftenicos
Corriente A
100 %
-
-
Corriente B
36.53
37.31
26.16
8
DISCUSIÓN DE RESULTADOS.
Los hidrocarburos son compuestos de carbono e hidrógeno que,
atendiendo a la naturaleza de los enlaces, pueden clasificarse de la siguiente
forma [1]:
Saturados
Alifáticos
Hidrocarburos
Alcanos
Alquenos
Insaturados
Alquinos
Aromáticos
En esta pasantía se caracterizaron dos corrientes de hidrocarburo de un
proceso de refinación. Para su caracterización primero se aplico el método
ASTM D-86, de acuerdo al método las muestras a analizar se clasifican en
uno de los cuatro grupos que contempla el método, de acuerdo a las
propiedades de la misma, clasificándolas en el grupo 4 (ver anexo, Figura 1)
Se colocaron 100.00 ml de la muestra problema en el balón de destilación
adicionalmente
se
utilizaron
tanto
el
soporte
como
termómetro
correspondiente al método, y se aplico la rampa de temperatura establecida
por la técnica (ver anexo Figura 2 y 3). La destilación se realizo en una
unidad de destilación de laboratorio a presión ambiente, la cual se muestras
en la siguiente figura [2].
9
FIGURA 1: Unidad de destilación para el método ASTM D-86.
Se reporto la temperatura de ebullición cuando cayó la primera gota y
cuando se alcanzo la máxima temperatura del destilado (ver Tabla #1).
Queda evidente que al aumentar el peso molecular, aumenta la temperatura
de ebullición, ya que depende de la masa molecular de la sustancia [3]. Este
hecho se manifiesta debido a las fuerzas intermoleculares del tipo London, o
también conocidas como fuerzas dipolo-dipolo, siendo la corriente B la que
presenta mayor fuerza intermolecular, es decir, mayor peso molecular en
comparación a la corriente A que posee rango de temperatura menor.
El punto de anilina (norma NVC 1090), es la menor temperatura, en
grados Celsius, a la cual un producto de petróleo es completamente miscible
en un volumen igual de anilina
[4]
. Para la determinación del punto de anilina
de la muestra problema se realizo el siguiente montaje:
10
FIGURA 2: Montaje para la determinación del punto de anilina para la muestra problema.
En donde en el tubo de ensayo (ver anexo, Figura 4) se encuentran los 10
ml de la corriente de hidrocarburo y los 10 ml de anilina. Obteniéndose que
la corriente A, es 100 % aromático ya que reporta una temperatura muy baja
en comparación a la muestra B que es rica de compuestos nafténicos (ver
tabla #2). En otras palabras, un producto de alto punto de la anilina será bajo
en compuestos aromáticos y nafténicos y, por lo tanto, alto en parafinas.
El Kauri-Butanol es otro parámetro para la caracterización de hidrocarburo
y es la cantidad en cm³ del solvente necesario para producir un grado
definido de turbidez en 20 g de una solución de resina de Kauri en alcohol
butílico normal
[4]
. La corriente A dio un alto valor de Kauri-Butanol indicando
un poder disolvente relativamente fuerte por los compuestos aromáticos
presentes en el, mientras que la corriente B da un bajo poder de disolvente
(ver tabla #3), es decir, no contiene muchos compuestos aromáticos.
El método ASTM D-4294, cubre la medición de azufre total en petróleo y
productos del petróleo que estén en una sola fase y que sean líquidos en
11
condiciones ambientales, que se fundan con moderado calor o sean solubles
en solventes de hidrocarburos. Un alto contenido de azufre puede provocar
corrosión en equipos de refinación como otros problemas en proceso de
refinación
[2]
. El equipo utilizado fue el X-Supreme 800 (Figura 3). El cual
obtuvo una concentración de 191.8 ppm de la corriente A y 232ppm de B (ver
tabla #4).
FIGURA 3: Equipo X-Supreme 800 para la determinación de azufre.
La espectrometría de masa fue realizada de acuerdo a la norma NVE 151.
El cual, consiste en aportar la energía suficiente para fragmentar e ionizar las
moléculas, después se aceleran los fragmentos a gran velocidad, en función
de su masa se separan en el espacio y llegan por separado a un detector de
masa
[5]
. Determinándose que efectivamente la corriente A es 100%
aromáticos y la corriente B contiene distintos compuestos (ver tabla #5), esto
se determino gracias a la biblioteca virtual que contiene el cromatografo (ver
figura 4).
12
A
B
FIGURA 4: Cromatografo reportado por el equipo. A) Cromatografo de la corriente A. B)
Cromatografo de la corriente B
13
CONCLUSIÓN.

El rango de temperatura de ebullición de la corriente A y B son
entre 131.5 y 185 ºC y entre 145 y 206 ºC, respectivamente, siendo
la corriente B la que tiene mayor peso molecular.

El punto de anilina de la corriente A representa un alto contenido
de compuestos aromáticos dando una temperatura  30 ºC, en
comparación a la corriente B que posee un bajo contenido de
compuestos aromáticos.

El valor de Kauri-Butanol de la corriente A y B fueron de 89.396 y
38.94 respectivamente, indicándonos un poder de disolvente
relativamente fuerte para la corriente A y esto es debido a los
compuestos aromáticos presentes en el.

El contenido de azufre reportado por el equipo X-Supreme 800 fue
de 191.8 y 232 ppm para la corriente A y B respectivamente.

Se verifico por medio de la espectrometría de masa que la
corriente A contiene solo compuestos aromaticos, mientras que la
corriente
B
contiene
compuestos aromáticos,
parafinas.
14
nafténicos
y
BIBLIOGRAFÍA.
1. Hart,
H.;
Craine,
L.;
Hart,
D.;
Hadad,
C.;
Química
Orgánica.
Decimosegunda edición. Editorial McGraw-Hill. España. 2007.
2. Manual de Normas ASTM. Suministrada por la Industria Venoco C.A.
3. Brown, N.; LeMay, H.; Bursten, B.; Burdge, J.; Química. La ciencia central.
Novena edición. Editorial Pearson Educación. Mexico. 2004.
4. Manual de Normas COVENIN. Suministrada por la Industria Venoco C.A.
5. Manual de Normas NVE. Suministrada por la Industria Venoco C.A.
15
FORMULA.

El número de Kauri-Butanol se obtiene de acuerdo con la siguiente
fórmula:
Número de Kauri-Butanol = 65 (V2 – V1) +40
V – V1
Donde:
V = Volumen de tolueno empleado en la valoración de 20 g de Kauri-Butanol,
expresado en cm3
V1 = Volumen de heptano – tolueno empleado en la valoración de 20 g de
Kauri-Butanol, expresado en cm3
V2 = Volumen de muestra empleada en la valoración de 20 g de KauriButanol, expresado en cm3
16
ANEXOS
Figura 1: Características de la muestra según el grupo por el método ASTM
D-86
Características
de la muestra
Tipo de destilado
Grupo 0
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
Grupo 4
Gasolina
natural
--
--
--
--
--
≥ 65.5
≤ 65.5
 65.5
 65.5
Punto inicial de
ebullición, ºC
--
--
--
≤ 100
 100
Punto final de
ebullición, ºC
Temperatura del
recipiente de la
muestra, ºC
Temperatura de
almacenamiento
de la muestra, ºC
Si la muestra
contiene agua
--
≤ 250
≤ 250
 250
 250
0 a 4.5
0 a 10
--
--
--
0 a 4.5
0 a 10
0 a 10
Ambiente
Ambiente
Volver a
muestrear
Volver a
muestrear
Volver a
muestrear
Secar
Secar
Pasión de vapor
a 37.8ºC
Destilación:
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Figura 2: Características de la muestra según el equipo por el método ASTM
D-86
Equipo
Grupo 0
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
Grupo 4
Balón, mL
100
125
125
125
125
Termómetro
7C
7C
7C
7C
8C
Soporte del balón
A
B
B
C
C
Diámetro del hueco,
mm
Temperatura para
iniciar el ensayo, ºC
32
38
38
50
50
Balón y termómetro
0 a 4.5
13 a 18
13 a 18
13 a 18
≤ T amb.
Soporte del balón y
cámara
≤ T amb.
≤ T amb.
≤ T amb.
≤ T amb.
--
Cilindro y muestra
0 a 4.5
13 a 18
13 a 18
13 a 18
13 a T amb
18
Figura 3: Partes del equipo de D-86 y su acondicionamiento.
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Figura 4: Aparato para determinar el punto de anilina
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