Estudio de extracción de asfaltenos del crudo extrapesado Carabobo

Transcripción

1 Universidad de Carabobo Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología Departamento de Física INFORME DE PASANTIAS Estudio de extracción de asfaltenos del crudo extrapesado Carabobo Br. Herlui Campos C.I Valencia, 14 de enero del 2009 Tutor académico: Msc. Aarón Muñoz Tutor Empresarial: Dr. Henry Labrador Departamento de química - FACYT- UC

2 Información General de la Pasantia Las pasantías se llevaron a cabo en el área de asfaltenos del grupo de Petróleo, Petroquímica y Catálisis, del Departamento de Química de la Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología de la Universidad de Carabobo. Estas se realizaron desde el día 13 de Octubre de 2008 hasta el 12 de Diciembre de 2008, constituyendo la jornada de trabajo de 5 horas diarias de lunes a viernes de 8:00 am a 1:00 pm, lo cual completa un total de 120 horas. La supervisión estuvo a cargo del Dr. Henry Labrador, coordinador del laboratorio de PHD. En este trabajo de pasantías, se estudió la extracción de asfaltenos del crudo extrapesado Carabobo. Cuyo proceso de extracción comprende dos etapas: 1. Precipitación de asfaltenos-resinas: Se separa del crudo la parte soluble (maltenos) de la insoluble (asfalteno-resina) en n-hexano. 2. Extracción de resinas: Mediante reflujo se separan finalmente los asfaltenos de la resinas. Para que posteriormente el grupo de Petróleo, Petroquímica y Catálisis lo emplee en su estudio de mejoramiento del petróleo extrapesado. Objetivo General: OBJETIVOS DE LA PASANTIA Describir el proceso de extracción de asfaltenos de crudo extrapesado Carabobo. Objetivos Específicos: Consultar bibliografía especializada, incluyendo libros y artículos, sobre asfaltenos y su proceso de extracción. Conocer y manipular los diversos equipos e instrumento a usar en el laboratorio de PHD. Extraer mediante precipitación asfaltenos-resinas y maltenos del crudo extrapesado carabobo. Extraer las resinas por reflujo para obtener asfaltenos puros.

3 RESUMEN Fundamento Teórico El petróleo en su estado natural es una mezcla de compuestos orgánicos de estructura variada y de pesos moleculares diferentes. En general, es posible agrupar los constituyentes del petróleo en cuatro grupos orgánicos bien definidos: Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos. El estudio de la fracción pesada del crudo (asfaltenos) se ha incrementado en los últimos años debido a los problemas que estos representan en los procesos producción y conversión. Los Asfaltenos son una familia de compuestos químicos orgánicos que resultan de la destilación fraccionada del petróleo crudo y representan los compuestos más pesados y por tanto, los de mayor punto de ebullición. Desde hace mucho los asfaltenos han sido objeto de estudio y análisis, y es realmente poco lo que se conoce sobre sus efectos en el petróleo crudo. Esto tiene una gran importancia tanto en el campo científico, como en la industria petrolera, y por ello, es que hoy en día se han estado realizando numerosos estudios utilizando diferentes técnicas. Típicamente son definidos como la fracción de crudo insoluble en solventes alifáticos de bajo peso molecular, como n-pentano y n-heptano, pero solubles en tolueno. Los asfaltenos de fuentes diferentes pueden tener las características físicas y químicas diferentes que pueden ser atribuidas a la naturaleza del material de la fuente o a variaciones sutiles regionales en condiciones de maduración y sirven para diferenciar un petróleo crudo (y de ahí un asfalteno) de otro. La Faja Petrolífera del Orinoco alberga yacimientos que se estima poseen más de millones de barriles de petróleo extrapesado y de bitumen. La calidad del petróleo se fundamenta en su densidad relativa, la cual se mide según sean más livianos o pesados que el agua. Mientras más liviano es un crudo, mejor es su calidad y mayor es su precio. Por convención, la densidad relativa del petróleo se mide en grados API (American Petroleum Institute).

4 Grados Clasificación API Mayores a 30 Livianos Medianos Pesado Menores a 10 Extrapesados Los crudos de menos de 10 grados API son crudos extrapesados, de los cuales los de menor densidad son calificados como bitumen. Los crudos de la Faja del Orinoco son tan pesados que se hunden en el agua y cuando son extraídos se encuentran en forma líquida, pero se solidifican rápidamente. Eso dificulta mucho el manejo de este tipo de crudos, es por ello que cualquier estudio o investigación enfocado a su mejora, permitirá reducir considerablemente los costos de extracción, así como aminorar el impacto ambiental de esta actividad. Procedimiento Experimental El crudo empleado en el trabajo para la obtención de asfaltenos fue el crudo carabobo. El cual está entre aproximadamente 8 a 9 grados API, haciéndolo un crudo extrapesado. Para disminuir su viscosidad de forma que pudiera fluir para su fácil manejo, se calentó el envase de vidrio que lo contenía en una hornilla por aproximadamente 45 minutos, hasta que se observó una consistencia líquida. Luego de esto, se traslado el crudo a un Beaker (vaso precipitado) limpio, obteniéndose un volumen de 35 ± 1,5 ml de crudo. Figura 1. Crudo extrapesado Carabobo. Figura 2. Hornilla. La obtención de Asfalteno consta básicamente de dos etapas:

5 1. Precipitación de Asfaltenos-Resinas. 2. Extracción de Resinas. Precipitación de Asfaltenos-Resinas: Por precipitación de asfaltenos se refiere al fenómeno mediante el cual un crudo, bajo ciertas condiciones de presión, temperatura, composición y régimen de flujo, se separa en una o dos fases fluidas de grandes proporciones (gas y/o líquido) y en una fase insoluble, de menor tamaño, constituida principalmente por los asfaltenos. La precipitación es la parte más importante de la extracción de asfaltenos y consta básicamente de tres partes: Mezcla del crudo con solvente. Decantación. Filtrado. Mezcla del crudo con solvente: Una vez obtenido el volumen del crudo a trabajar se procedió a mezclarlo con 980 ± 45 ml de solvente. En este caso se trabajo con n-hexano. Con este paso se busca separar del crudo los asfaltenos, ya que estos no son solubles en n- alcanos, entonces lo que quede en el fondo del recipiente (lo no degradado), serán los asfaltenos en una primera etapa, ya que propiamente serían una mezcla de asfaltenos y resinas. Decantación: Realizada la mezcla de 35 ± 1,5 ml de crudo con 980 ± 45 ml de n-hexano, obteniéndose 1015 ± 46,5 ml de solución crudo-hexano, está se coloco en agitación por 6 horas, con el fin de realizar una mezcla homogénea entre el crudo y el n-hexano, y así, procurar una efectiva disolución. Terminado el tiempo de agitación se dejó en reposo la solución crudo-hexano por más de 12 horas, para que los sólidos obtenidos se precipitaran al fondo del recipiente por acción de la gravedad.

6 Figura 3. Solución de crudo-hexano. a) después haber sido agitado por 6 horas. b) después de estar en reposo por más de 12 horas. Filtrado: Luego del proceso de decantación se procedió a filtrar la solución de crudohexano, por medio de un papel de filtro (como se muestra en la Figura 4). Figura 4. Montaje experimental para la etapa de filtrado. Con esta etapa se busca que quede en el papel de filtro la parte sólida insoluble en n- hexano (asfaltenos y resinas) y en el beaker la parte liquida soluble en n-hexano, denominado malteno. Este proceso duró 7 días, ya que el filtrado era muy lento, una buena señal, que mostraba la gran cantidad de asfaltenos y resinas depositados en el papel de filtro, los cuales impedían que la solución escurriera con facilidad. Durante esta etapa se tuvo que cambiar el papel de filtro, por uno limpio, ya que el primero estaba saturado y el goteo se volvió nulo, por lo que al finalizar se obtuvieron dos papeles de filtro. Antes de retirar los papeles de filtro del embudo se le agregó 18 ± 1 ml de n-hexano, para que cualquier parte soluble fuera retirada del papel.

7 Figura 5. a) Papel de filtro 1. b) Papel de filtro 2. Después de haber filtrado toda la solución, se dejaron secar los papeles de filtro por dos días, y el malteno obtenido se conservó y etiquetó, para su uso en futuras investigaciones del grupo de Petróleo, Petroquímica y Catálisis. Terminando así la etapa de decantación. Extracción de Resinas: Una vez secos los papeles de filtro, se colocaron en un beaker la parte sólida obtenida de la solución, que son una mezcla de asfaltenos y resinas, la cual se pesó, obteniéndose una cantidad de 4,0122 ± 0,0001 g. Figura 6. Asfaltenos y resinas. Se procede a la etapa de extracción de resinas, como se explicó anteriormente, los sólidos obtenidos son resinas y asfaltenos, para eliminar dichas resinas, se colocaron los sólidos en un extractor Soxhlet, el cual separara las resinas de los asfaltenos. Extractor Soxhlet: Un extractor Soxhlet es un instrumento de vidrio, empleado para la extracción de compuestos, generalmente de naturaleza lipídica (insolubles en agua), contenidos en un sólido, a través de un solvente afín. La Figura 7. Muestra un diagrama, del extractor Soxhlet.

8 Figura 7. Diagrama del extractor Soxhlet. El procedimiento consiste en colocar el sólido (5) del cual se quiere realizar la extracción, en un cartucho de papel de filtro (especie de hallaca), en la cámara de extracción o cámara Soxhlet (4). Así mismo, se colocó el solvente (n-hexano) en el balón (2) y se une la cámara de extracción al balón, el cual se encuentra ubicado sobre una hornilla. Por ultimo se instala a la cámara de extracción, el refrigerante o condensador (9). Como se muestra en la Figura 8. Figura 8. Montaje experimental del extractor Soxhlet. El extractor Soxhlet funciona de la siguiente manera: al calentarse el balón por medio de la hornilla, se evapora el n-hexano, que sube por el brazo de ascenso (3) hasta el condensador (9), donde se licua y cae sobre la sustancia a extraer. Una vez que la cámara Soxhlet esté llena, el solvente cae por el sifón nuevamente al balón, solo que ahora lleva la sustancia arrastrada, la cual se precipita. El ciclo se repite hasta que se considere extraída

9 toda la sustancia (el solvente debe regresar a su color original), este proceso duró 5 días. Concluida la extracción de resinas, las cuales quedaron arrastradas hasta el balón y mezcladas con el n-hezano, se retiró de la cámara Soxhlet el cartucho de papel con los asfaltenos. Debido a que el cartucho de papel estuvo durante 5 días en reflujo, los asfaltenos obtenidos, pueden tener cierto porcentaje de solvente (n-hexano). Para eliminarlo se procedió a secarlos, empleando un extractor a vació (slein), por aproximadamente 5 horas. Por ultimo se traspasaron los asfaltenos a un beaker, y se pesaron obteniéndose 2,2512 ± 0,0001 g. La Figura 9. Muestra los asfaltenos obtenidos de 35 ml de crudo extrapesado Carabobo. Figura 9. Asfaltenos. CONCLUSIONES La alta viscosidad del crudo Carabobo hace sumamente costosa su extracción y el daño a los ecosistemas es muy grande, el cual inicia desde el mismo momento de la extracción, se incrementa en la refinación del crudo y se mantiene con la producción de los derivados. Conciente de esta realidad en el país y específicamente en el grupo de Petróleo, Petroquímica y Catálisis, del Departamento de Química de la Universidad de Carabobo se están realizando investigaciones para volver al crudo de la faja del Orinoco mucho más manejable y menos nocivo al ambiente. Los asfaltenos en grandes rasgo son la porción mas pesada del crudo, se llaman así porque tienen características similares al asfalto, tienen una apariencia granular (como "piedritas"). Al momento que el petróleo cambia de ambiente, el asfalteno deja de fluir libremente por el crudo y se solidifica, por efecto de la gravedad y tiende a depositarse en el fondo de los oleoductos o tanques de almacenamiento e impiden la circulación del petróleo.

10 En el laboratorio la extracción de asfalteno básicamente consta de dos pasos, la precipitación de los asfaltenos junto con resinas y la purificación de los mismos. Luego de seguir este procedimiento se obtuvieron 2,2512 ± 0,0001 g de asfaltenos. Estos asfaltenos serán empleados en investigaciones del grupo de Petróleo, Petroquímica y Catálisis. RECOMENDACIONES Venezuela es sin duda la primera y más segura alternativa ya que es el único país en el concierto petrolero mundial que se encuentra aportando reservas certificadas en volúmenes significativos. En tal sentido, no cabe duda que el mantenimiento o la incorporación de cualquier empresa como protagonista en el mercado petrolero mundial pasa por su presencia en Venezuela, y es el proceso de selección en las áreas de carabobo la primera y más clara oportunidad que tendrán dichas empresas de garantizarse su presencia en la faja petrolífera del Orinoco. REFERENCIAS [1] Speight J., Caracterization of Heavy Crude Oils and Petroleum Residues, Symposium International, pp , Éditions Technip, Paris, [2] Heinemann J., Upgrading Petroleum Residues and Heavy Oils, pp , Marcel Dekker, INC, New York, [3] Alayon Mario. Asfaltenos: ocurrencia y floculación. Universidad de los Andes. Merida- Venezuela, [4] Domingo Rodríguez Polanco, Presidente petrolera Ameriten. ( [28/10/2008]. [5] Universidad Tecnológica de Pereira. ( [11/11/2008]