2-PETROLEO-EyP-2015

PETRÓLEO
• Commodity de mayor comercio mundial
• Grandes áreas:
– E&P (Exploración y Producción) ---- “upstream”
– Refinación/Distribución/Comercialización ---- “downstream”
– Petroquímica
Carlos Boschetti – UNR – FCBF – Procesos Industriales
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PETRÓLEO - INTRODUCCIÓN
• Materiales no derivados del petróleo:
– Piedra, madera, hueso, fibras vegetales o animales (algodón, lino,
lana), vidrio, metales
• Productos petroquímicos:
– … “todo lo demás”
• Utilización:
– Materia prima para productos petroquímicos (5%)
– Combustibles (95%)
• Consumo de energía (transporte/industrias/residencial):
– Petróleo y gas (60%) ----- En Argentina 87% (Sec. de Energía, 2004)
– Carbón, nuclear, hidráulica, etc (40%)
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Principales productores mundiales
Fuente: Instituto Argentino del Petróleo y el Gas (IAPG),
“El ABC del Petróleo y el Gas”, 1º ed., 2000.
Fuente: Instituto Argentino de la Energía, “Informe
sobre la situación actual y futura del petróleo”, 2006.
Producción anual de crudo: 40.000 Mm3/año
(Producción diaria aprox 110.000 m3)
Crudo procesado: 30.000 Mm3/año
(camión cisterna aprox 30.000 L = 30 m3)
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Petróleo y Gas
•
•
•
Yacimiento → petróleo +
gas
Primer derivado útil: Kerosene
Luego (motores de combustión interna): naftas
•
•
•
•
Natural
GNL (gas natural licuado)
GNC (gas natural comprimido)
GLP (gas licuado de petróleo)
1859
Primera perforación en Pennsylvania, 21 m de profundidad. Principal subproducto: kerosene para lámparas
1907
Se descubre petróleo en Comodoro Rivadavia, a 535 m de prof.
1922
Se crea YPF (Gral. Enrique Mosconi), primera empresa petrolera estatal latinoamericana.
1925
Instalación de la Refinería La Plata (YPF), la más grande de Latinoamérica en esa época.
1949
Inauguración de gasoducto Comodoro Rivadavia-BsAs (1605 km y 10 3/4’’ de diámetro)
1952
Yacimiento petrolífero-gasífero de Campo Durán, Salta (YPF)
1977
YPF descubre gran yacimiento gasífero en Loma de la Lata (Neuquén)
1989
El tanquero “Exxon Valdez” derrama 41.000 m 3 de crudo (20% de su carga) en las costas de Alaska,
comienzan serios cuestionamientos ambientales.
1999
Repsol adquiere la totalidad de las acciones de YPF S.A.
2011
YPF descubre yacimiento de petróleo no convencional (shale oil) en Vaca Muerta (Neuquén). Gas+petróleo,
calculado en 27 mil millones de barriles (se multiplican x 10 las actuales reservas de Argentina)
Fuente: http://www.ypf.com/energiaypf/paginas/vaca-muerta.html
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Composición
Mezcla de hidrocarburos, entre 1 y 60 átomos de carbono (de metano a asfalto).
Consistencia variable (desde acuosos hasta alquitranosos).
Color de casi transparente a negro.
C (84%), H (14%), S (1-3%), O (hasta 3.5%), N (hasta 0.5%), metales y sales (menos de 1%)
Da lugar a una
clasificación
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Composición
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Fracciones
de Crudo:
Ensayo
SARA
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Clasificación
De acuerdo a diferentes tipos de análisis:
-Curva de destilación – Rango de destilación
-Estructura-rendimiento (ej: gasolina de alto octanaje)
-Densidad API
-Crudos pesados: baja densidad API
-Punto de inflamabilidad (constituyentes más volátiles)
-Tensión de Vapor Reid (100 °F = 37.8 °C)
-Presencia de agua y sedimentos
-Resultado de prácticas de producción en el pozo y durante el
transporte.
-Contenido de compuestos de azufre (por fluorescencia de Rx o de UV)
-Agrios: cantidades apreciables de azufre reactivo.
-Dulces: menor contenido de azufre.
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Crudos de petróleo comunes
Rendimiento en
naftas % vol
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Gas natural
•
90 a 99% de hidrocarburos
– Principalmente metano; también etano, propano, butano.
•
Trazas
– Nitrógeno, vapor de agua, CO2, SH2, inertes (Ar, He).
N2
Fuente: Sec de Energía
http://energia3.mecon.gov.ar
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Análisis de crudos
Destilación ASTM D 86
5%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
ASTM
Densidad
D-5002
°API
D-5002
TVR (psi)
D-323
De 0 a 150°C
D-86
a 250 °C
D-86
a 350°C
D-86
Sup a 350°C
D-86
Azufre (g %)
D-4294
Sedimentos (g %)
D-4708
Sales (g/m3)
D-3230
Agua
Mercurio
D-4006
0.7775
50.32
8.7
46.0%
21.0%
13.5%
19.5%
0.035
0.025
1.4
0.025%
Destilación de Crudos
380.0
360.0
340.0
Densidad: fundamental para los
cálculos másicos, es un parámetro
muy importante porque da una idea
de los destilados medios que se van
a obtener. Mientras más pesado es
el crudo, menor proporción de
cortes medios (Nafta, Kerosen y
Gasoil).
°API: se obtiene por
conversión de la densidad
320.0
300.0
280.0
260.0
240.0
Temperatura
38.0
65.0
76.0
92.0
111.5
131.0
163.0
207.0
268.0
345.0
0%
220.0
200.0
180.0
160.0
140.0
120.0
100.0
Los % en masa surgen de la
destilación atmosférica. En un
crudo liviano se puede
realizar directamente a partir
de la curva de destilación, ya
que no se produce Cracking
térmico.
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
% destilado
Met, Int, (PGSM)
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100%
Análisis de crudos
-Destilación fraccionada
-Permite conocer cantidad y calidad de productos a obtener
-Permite cálculos de balance de masa
-Se pueden recuperar entre 4 y 24 fracciones; típicamente son 10 fracciones en una
columna de 15 platos teóricos
-Punto de escurrimiento (menor temperatura a la que fluye el crudo)
-A mayor punto de escurrimiento, mayor el contenido de parafinas
-Viscosidad (medición de tiempo en un viscosímetro capilar)
-A mayor viscosidad, mayor el contenido de parafinas
-Determinación de cloruro orgánico (ASTM D 4929)
-Proveniente de contaminaciones del proceso de extracción, producción, almacenaje
-Pueden dar lugar a HCl y ácidos con cloruros orgánicos, peligrosos para procesos
posteriores de refinación y reforma, por corrosión o envenenamiento de catalizadores
-Cenizas (sólidos extraños no combustibles como óxidos, arcillas)
-Si el crudo se utiliza como combustible se relaciona con la emisión de material
particulado.
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Análisis de crudos
-Elementos (determinación por AA)
-Efectos adversos en procesos de refinación, en la calidad del combustible y como
contaminantes ambientales
-Mayor abundancia: V, Ni; producen daños en material refractario de hornos.
-Otros provenientes de contaminación en pozo de producción: Cd, Zn, Cu
-Acidez (método potenciométrico)
-Indica presencia de ácidos nafténicos o inorgánicos. Incrementan velocidad de
corrosión, deben agregarse neutralizantes en el proceso de refinación
-Determinación de N total
-Compuestos orgánicos de N contaminan catalizadores en procesos de refinación.
Presentan mayor resistencia a la hidrogenación
-Residuo carbonoso.
-Permite conocer materia depositada luego de procesos de destilación y pirólisis del
crudo. Indicación de la tendencia del crudo a formar coque.
-Alto contenido de carbono y baja densidad API: crudo rico en aromáticos.
-Bajo contenido de carbono y alta densidad API: crudo rico en parafinas.
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Análisis de crudos
En función del peso molecular de los hidrocarburos constituyentes
180° C – 300° C
En función del tipo de producto:
• Productos terminados: directo para el mercado (naftas, gasoil, kerosene)
• Productos semi-elaborados: para mezclas posteriores (cortes lubricantes)
• Materias primas para la industria petroquímica
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Origen biológico del petróleo
Crudos: se originan por descomposición de materiales orgánicos de
la biomasa
Sedimento orgánico: plankton, benthos, bacterias (>> peces)
• Proteínas, péptidos
presencia de compuestos de N
• Carbohidratos
presencia de compuestos de O
• Lípidos, triglicéridos
HC de cadena larga
• Terpenos
HC ramificados
• Politerpenos, esteroides
cadena larga ramificada, naftenos, PAHs
• Fosfolípidos
presencia de compuestos de P
• Porfirinas
PAHs
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Diagénesis y
catagénesis
Diagénesis de materia
orgánica: desde
biopolímeros hasta
geopolímeros
(Kerógeno).
1. Degradación por
microorganismos a sus
bloques constitutivos
(azúcares, AA).
2. Policondensación y
polimerización a ácidos
fúlvicos y húmicos.
3. Insolubilización y más
polimerización hasta
kerógeno.
Catagénesis:
degradación térmica,
ruptura de cadenas.
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Reservorios
•
•
El petróleo no se encuentra en “cavernas” o “bolsones”. Está embebido en los reservorios, rocas con
poros capaces de contener petróleo o gas (como una esponja que contiene agua).
Características:
– Porosidad: porcentaje de espacios vacíos.
– Permeabilidad: facilidad con que el fluido puede moverse (relacionado con el caudal que puede
producir el pozo).
– Saturación de hidrocarburos: proporción de espacio de poros ocupado por petróleo o gas.
Roca generadora: en general arcilloso; es donde se generó el petróleo a partir de la descomposición de
los sedimentos orgánicos; sometida a altas presiones y temperaturas en condiciones anaeróbicas
Sello: manto de roca impermeable que impide el ascenso del hidrocarburo. Compuesto en
general de arcillas, mantos de sal, yeso...
Trampa: permite la concentración del petróleo, evitando su “derrame”; por
ejemplo, rocas impermeables ubicadas a los lados del reservorio, deformación de
las rocas formando pliegues que eviten migraciones
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Reservas
•
•
•
•
•
Volumen de hidrocarburo que será posible extraer de un yacimiento, en condiciones
rentables, a lo largo de su vida útil.
Depende de:
– Volumen de roca productora.
– Porosidad de la roca.
– Saturación de agua (% de poros ocupados por agua).
– Profundidad, presión y temperatura de la capa productiva.
La reserva es un fracción del “petróleo original in situ”, nunca se recupera el total de petróleo
existente.
Un yacimiento en producción genera gastos; si producir cuesta más de lo que se obtiene por
venta, el yacimiento ya no es económico; se detiene su producción. El petróleo remanente
no es parte de las reservas.
De acuerdo al grado de certeza sobre la existencia del yacimiento las reservas pueden ser:
– Comprobadas
– Probables
– Posibles
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Reservas comprobadas en Argentina
DIC 1998. Fuente: Instituto
Argentino del Petróleo y el
Gas (IAPG), “El ABC del
Petróleo y el Gas”, 1º ed.,
2000.
DIC 2008. Fuente: Instituto
Argentino de la Energía, “La
caída en las reservas de
hidrocarburos en Argentina”,
2009.
DIC 2008
Petróleo: 400.724 Mm3
Gas: 398.529 MMm3
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Oleoductos:
Bahía Blanca-BsAs
Neuquén-Bahía Blanca
Neuquén-Luján de Cuyo
Poliductos:
Campo Durán (Salta)-San Lorenzo
Luján de Cuyo-La Plata
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PROCESOS DE REFINERÍA
FRACCIONAMIENTO DE CRUDO
Fracción
Composición
Rango de punto
de ebullición
También…
Gases
C1-C4
< 20ºC
Gases de refinería,
GLP
Nafta liviana
C5-C6
70-140ºC
Destilados ligeros,
gasolina liviana, éter
de petróleo, nafta
blanca, bencina
Nafta pesada
C7-C9
140-200ºC
Naftas, solventes,
aguarrás
Kerosene
C9-C16
175-275ºC
Destilados
intermedios
Diesel fuel
C12-C25
200-370ºC
Gas-oil, destilados
intermedios, aceites
ligeros
Fracciones
pesadas
< C20
< 370ºC
Destilados pesados,
aceite lubricante, fuel
oil pesado, ceras,
asfalto
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