Introducción ? Los yacimientos petrolíferos
contienen arenas bituminosas que son compuestos de una especie de
betún con sales y agua, los cuales deben ser removidos
para realizar posteriormente el proceso de
refinación.
Agua congenita El agua congenita es agua salada que se encuentra
en los intersticios de la roca, asociada a la explotación
de hidrocarburos. En México, durante 2002, en la
explotación de petróleo crudo y gas natural, se
produjeron 12.09 millones de metros cúbicos de agua
congénita, de los cuales se reinyectó 86.4%.
y Tratamiento de aguas congénitas ? En México el
agua congenita se utiliza en la recuperación secundaria,
por lo que se debe someter a una tratamiento de
“limpieza”. Considerando las características
la composición del subsuelo en la zona donde se
realizará la inyección del agua tratada, se
identificaron los contaminantes cuya remoción es
indispensable. En primer lugar, para evitar el fenómeno de
colmatación, se necesita remover completamente los
sólidos suspendidos así los compuestos que generan
el agua calcárea.
Remoción de sólidos y minerales ? Los minerales son
eliminados mediante el ablandamiento con cal y carbonato de
sodio, seguido por una sedimentación para eliminar los
sólidos, además de que es un tratamiento efectivo
para la remoción de la dureza (más de 98%).
Sales ? La presencia de sales en el petróleo crudo es un
serio problema a la perforación, bombeo y los procesos de
refinado, así como durante el transporte. Los niveles
excesivos de sal puede causar problemas de corrosión y
obstrucción de los ductos ocasionando perdidas
económicas. El contenido de sal en el petróleo
crudo es variable pero el promedio debe estar en 23.5
lbs/bls.
Determinación de sal en el crudo Existe una gran
diversidad de métodos para determinar la cantidad de sal
en el petróleo crudo. Puede ser mediante: -Procesos
experimentales -Analizadores de sales -Métodos
Electrométricos
Método Experimental Este procedimiento se usa para
determinar la cantidad de sal en el petróleo crudo en
lbs/1000 bls -Agitar la muestra e inmediatamente transferir y
tomar 50ml con una probeta – Verter la probeta en un embudo de
separación e ir agregando xileno de 10 en 10 ml hasta
llegar a 50mil -Agregar de 3 a 5 gotas de desemulsificante (F-46)
e inhibidor de sulfuro. -Agregar 50 ml de agua destilada
hirviendo y tapar el embudo -Invertir el embudo de
separación 2 o 3 veces mientras se ventila libera
presión hasta que no haya presión aparente -Agitar
el embudo 5 minutos. -Cuando las capas de agua y muestra se
separen, separar las capas por filtración utilizando papel
filtro # 1. -Realizar un blanco
Analizadores de sales ? El contenido de sal se determina midiendo
la conductividad de una solución de petróleo crudo
en un disolvente, cuando se somete a una eléctrica alterna
actual y se obtiene mediante la comparación de la
conductancia resultante a un Curva de calibración de
mezclas de sales conocidos. Koehler Instrument Company
K23050
Método Electrométrico Este método nos da una
aproximación de la cantidad presente de cloruro y su con
concentración en el petróleo crudo. Este
método mide la conductividad en el petróleo crudo y
los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como
los estándares.
Afectaciones y perdidas ? Las pérdidas económicas a
causa de la sal se enfoca principalmente en la corrosión;
La corrosión afecta los gastos pues hay que contemplar
situaciones como son el costo del cambio o reparación del
metal corroído incluyendo, claro está, el costo de
la mano de obra requerida. La rotura por corrosión de un
tramo de tubería de abastecimiento de agua a una
refinería de petróleo, puede costar miles de pesos.
? La contaminación es otro factor importante, pues
además de presentar amonestaciones económicas
existen severas consecuencias para el ambiente que son
dañinas y difíciles de contener.
Deshidratación y Desalación En México, PEMEX
realiza la desalación y deshidratación del crudo.
Estos procesos tienen a ser muy costosos, sin embargo se vuelven
mucho mas rentables cuando se encuentra un aprovechamiento
adecuado de desechos* esta alternativa se ha visto en el proceso
de recuperación secundaria de los yacimientos, reduciendo
costos , y aumentando la productividad
Deshidratación del crudo La deshidratación de
crudos es el proceso mediante el cual se separa el agua asociada
con el crudo, ya sea en forma emulsionada o libre, hasta lograr
reducir su contenido a un porcentaje igual o inferior al 1 % de
agua.
Agua Libre El agua libre, se separa fácilmente del crudo
por acción de la gravedad, tan pronto como la velocidad de
los fluidos es la indicada
Emulsiones La otra parte del agua está combinada con el
crudo en forma de emulsión de gotas de agua dispersadas en
el aceite Las emulsiones se pueden reducir eliminando la
turbulencia y removiendo el agua del aceite lo más pronto
posible.
Métodos de deshidratación Existen diversos
métodos para realizar la deshidratación del
petróleo. En general, se usa una combinación de los
métodos térmicos y químicos con uno
mecánico o eléctrico para lograr la
deshidratación efectiva de la emulsión . La
deshidratación del crudo nos permite evitar ? El agua
causa corrosión en tanques y oleoductos ? Aumento en el
costo de transporte del petróleo ? Mayor gasto de los
equipos debido al manejo de un volmen tas grande
Sedimentación y deshidratación Es el método
mas simple, consiste en la utilización de la fuerza de
gravedad para que las gotas puedan sedimentarse. Se llenan
tanques con petróleo y se le deja estático para la
sedimentación, posteriormente se le aplica calentamiento y
un desemulsificante. Con ayuda de deflectores se realiza la
desgasificación y se evita que vuelvan a surgir
emulsiones
Tratamiento térmico El tratamiento por calentamiento
consiste en el calentamiento del crudo mediante equipos de
intercambio de calor. En este método se le aplica calor a
la emulsión para reducir la tensión superficial y
poder romperla aumentado la solubilidad, reduciendo la viscosidad
lo que promueve la separación por gravedad Esto acelera la
velocidad de los desemulsificantes así como la
expansión y gasificación de agua debido al
gradiente de temperatura
Tratamiento eléctrico ? Involucra la utilización de
un campo eléctrico con el propósito de que las
gotas se muevan a los electrodos y caigan por gravedad, esto
sucede porque las partículas sean atraídas entre si
cuando se forma un campo eléctrico de alto voltaje, estos
procesos son poco rentables, pues requieren de mayor temperatura
y presión que los procesos quimicos
Tratamiento químico El tratamiento químico consiste
en aplicar un producto desemulsionante, el cual debe ser
inyectado tan temprano como sea posible a nivel de superficie o
en el fondo del pozo. Esto permite más tiempo de contacto
y puede prevenir la formación de emulsión y permite
su gravedad. posterior separación por
Desalación del crudo El crudo antes de ser fraccionado,
debe ser acondicionado para lograr una operación
eficiente. El petróleo que se recibe en las
refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para
los equipos, productos y procesos. Las sales, como el cloruros de
sodio, calcio y magnesio, estas sales en las condiciones del
proceso se hidrolizan formando ácido clorhídrico,
que es altamente corrosivo y sumamente perjudicial para los
equipos.
Desalado Los sólidos y las sales disueltas en dispersas
suspensión son extraídas en los desaladores ya que
es muy caro decantarlas y eliminarlas por gravedad.
Desalador
Dosificación de NaOH Puesto que los desaladores tienen una
eficiencia media del 95% no elimina la totalidad de las sales,
por tal motivo se les inyecta una solución NaOH para
convertirlas en NaCl. El cloruro de sodio tiene una constante de
hidrólisis menor que las otras sales, lo cual se minimiza
la formación de acido, por ende reduce la
generación de corrosión a la unidad.
Azufre La presencia de azufre puede afectar críticamente
la viabilidad económica de un pozo petrolero, pues si
contiene demasiado será necesario agregar un proceso de
adulzamiento. El azufre es un elemento natural del
petróleo crudo. Los combustibles que se obtienen del
petróleo, pueden variar su % de azufre en dependencia del
tipo de crudo. Los combustibles pesados normalmente tienen un
alto contenido de azufre.Los combustibles livianos tienen un
menor contenido de azufre porque éste puede reducirse o
eliminarse durante el proceso de refinación.
Sulfuros presentes en el crudo El azufre elemental y algunos
compuestos derivados de el, pueden estar presentes en el
petróleo crudo como el acido sulfhídrico (H2S),
mercaptanos, sulfuros, tiofenos y di sulfuros entre otros. El
sulfuro de hidrógeno el principal contribuyente a la
corrosión en las unidades de procesamiento de
refinería y las tuberías; otras sustancias
corrosivas son el azufre elemental y mercaptanos. Según el
porcentaje de azufre que contenga el petróleo, este se
puede clasificar en petróleo dulce o petróleo
amargo.
Petróleo dulce El petróleo dulce es un tipo de
petróleo al que se le da esta clasificación cuando
su porcentaje de azufre es menor al 0.42% El petróleo
dulce contiene pequeñas cantidades de sulfuro de
hidrógeno y dióxido de carbono .Es considerado un
petróleo de alta calidad por lo que tiene una gran demanda
a nivel mundial. El término "dulce" se origina en el hecho
de que un bajo nivel de azufre proporciona un sabor ligeramente
dulce y olor agradable. ?
Petróleo amargo A un petróleo se le cataloga como
amargo cuando posee una alta cantidad de impureza de azufre
(superior al 5%) La mayoría del azufre en el
petróleo crudo se produce unidos a átomos de
carbono, con una pequeña cantidad produce como azufre
elemental en solución y como sulfuro de hidrógeno .
Aceite amargo es tóxico y sumamente corrosivo,
especialmente cuando el aceite contiene altos niveles de sulfuro
de hidrógeno, por lo que necesita ser retirado antes de
ser transportado por los petroleros , por razones de
seguridad.
Determinación de azufre en el crudo Para determinar el
contenido de azufre podemos usar la técnica de
Fluorescencia de rayos X. El método es rápido, no
destructivo y requiere mínimas cantidades de la
muestra
Fluorescencia de rayos X La muestra se coloca en la trayectoria
de un haz de rayos X. Los rayos X excitan los átomos de
azufre y los rayos parciales restantes se dispersan. El detector
genera impulsos eléctricos que son proporcionales a la
energía entrante de rayos-X. La concentración de
azufre se calcula mediante la comparación de los recuentos
obtenidos a partir de los pulsos con los de los estándares
de calibración.
Hidrodesulfuración del crudo La hidrodesulfuración
también conocido como HDS es un proceso en el que se
elimina el azufre del petróleo crudo. La reducción
de azufre se lleva a cabo mediante hidrogenólisis
rompiendo el enlace C-S para producir H2S e hidrocarburos libres
de azufre No obstante, durante el proceso ocurren reacciones
secundarias como la hidrogenación. La reacción de
hidrodesulfuración se lleva a cabo en un reactor a
elevadas temperaturas que van desde 300 a 400 º C y elevadas
presiones que van desde 30 hasta 130 atmósferas de en
presencia de un catalizador que consiste de una alúmina
impregnada con base de cobalto
Hidrogenólisis La hidrogenólisis es una
reacción en la cual el enlace carbono- azufre se escinde
por hidrógeno. La reacción consiste en introducir
hidrógeno en la molécula produciendo sulfuro de
hidrogeno, que se elimina posteriormente en una columna de
“stripping”. Posteriormente el sulfuro de
hidrógeno se recupera y finalmente se convierte en
azufre
Hidrogenación ? Este proceso se emplea comúnmente
para o saturar compuestos orgánicos . alquenos.
hidrógeno se añade a dobles y triples enlaces en
hidrocarburos, a diferencia de la hidrogenólisis
aquí solamente se añade el hidrogeno sin romper
enlaces.
Proceso de superclaus El objetivo principal de este proceso es
convertir el H2S en azufre elemental. Las plantas recuperadoras
de azufre que cuentan con el proceso de superclaus tienen un
rendimiento de recuperación de azufre de 98.5% a
diferencia de las plantas de Claus que no supera el 95%. En el
proceso de superclaus se usa alúmina (Al 203) mismo
catalizador que se usa con Claus con la a diferencia de que en el
proceso de Claus solo pasa por un catalizador mientras que en
superclaus pasa por 3, los 2 primeros son de Al203 y el tercero
es por un catalizador de oxidación selectiva, por lo que
con el tercer catalizador se alcanza una pureza del 99.9% de
pureza pues no oxida el h2s a azufre y a agua sino que lo deja
como acido sulfhídrico y dióxido de azufre.
Diagrama de flujo Claus
Diagrama de flujo Superclaus
Nitrógeno ? La industria petrolera es la tercera
generadora de óxidos de nitrógeno, los gases del
óxido de nitrógeno son un grupo de gases que
combinan nitrógeno y oxígeno; los óxidos de
nitrógeno reaccionan con la luz solar. Estos gases son
también componentes de la lluvia ácida, la
exposición a altos niveles de óxidos de
nitrógeno pueden causar náuseas, irritación
de los ojos y la nariz, formando edemas pulmonares.
? ? Determinación de N2 en el crudo La cantidad de N2 en
el petróleo puede medirse mediante: Proceso de Kjeldahl:
este procese refleja la cantidad total de nitrógeno en el
agua analizada Proceso de quimioluminiscencia: determina trazas
de nitrógeno total.
Hidrodesnitrogenación (HDN) Igual que en la
reducción de azufre en la hidrodesnitrogenación se
realiza una reacción para reducir el contenido de
nitrógeno en el petróleo.(no puede exceder las 50
ppm o envenenaría el catalizador) La reacción de
hidrodesnitrogenación se ha postulado como ocurre en tres
pasos: C 5 H 5 N + 5H 2?C 5 H 11 N + H 2? C 5 H 11 NH 2 + H 2? C
5 H 12 + NH 3