PROGRAMA DE ESTUDIOS: PROCESOS DEL PETRÓLEO PROTOCOLO Fechas Mes/año Clave 1-CT-SE-11 Semestre 7mo. Elaboración 02 2007 Nivel Licenciatura X Maestría Doctorado Aprobación Ciclo Integración Básico Superior X Aplicación Colegio H. y C.S. C. y T. X C. y H. Plan de estudios del que forma parte: Ingeniería en Sistemas Energéticos Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca una breve historia del petróleo, las fuentes del petróleo crudo, nombres comerciales, grado de acidez e índice de cetano del petróleo; octanaje de la gasolina y un básico entendimiento de los procesos de refinación del crudo, así como los usos de los productos de su destilación. Mediante el aprendizaje de las características físicas y químicas de los productos de petróleo para así identificar un producto específico, de tal manera que éste conocimiento le permita conocer como el producto crudo es manipulado para crear productos para una variedad de objetivos. Que entienda la producción, consumo y reservas a nivel nacional y mundial del petróleo, mediante el aprendizaje del procesamiento del petróleo y sus usos, que le permita valorar la necesidad de sustitutos. Carácter Modalidad Horas de estudio semestral (16 semanas) Seminario Taller Con Indispensable X Docente Teóricas 72 Autónomas Teóricas 72 Curso X Curso-taller Prácticas 48 Prácticas 48 Optativa * Laboratorio X Clínica Carga horaria semanal: 7.5 Carga horaria semestral: 120 Asignaturas Previas Química orgánica general y Transferencia de calor Asignaturas Posteriores: Combustibles y combustión Requerimientos para cursar la asignatura Perfil deseable del profesor: Conocimientos de Química Orgánica, Termodinámicas, Geografía y de Política. Habilidades: Conocer, resolver, determinar y balancear ecuaciones químicas y mecanismos de reacción de química orgánica. Así como resolver problemas simples de termodinámica. Que tenga una Licenciatura o Posgrado en alguna área relacionada con la Química o la Ingeniería, tales como: Químico, Ingeniero Químico o Ingeniero Petrolero de preferencia con experiencia docente. Academia responsable del programa: Diseñador (es): Dr. Gerardo Canizal Jiménez, M. en I. Carlos Chávez Programa de Energía Baeza, Dr. Álvaro Eduardo Lentz Herrera, M. en I. Fernando Gabriel Arroyo Cabañas. *Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE será considerada INDISPENSABLE. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 1
PROGRAMA DE ESTUDIOS PROCESOS DEL PETRÓLEO INTRODUCCIÓN Todo el mundo tiene la fuerte necesidad del petróleo, en una u otra de sus diferentes formas lo usamos cada día de nuestra vida. Proporciona fuerza, calor y luz; lubrica maquinarias; derivan de él productos con los cuales se pavimentan carreteras y caminos de nuestro país; y una gran variedad de otros productos como plásticos, detergentes, medicamentos, aromatizantes, etc. Pocos logran ver la materia prima, el petróleo crudo, del cual se elaboran muchos productos útiles. En muchos lugares de nuestro país es común disponer de gas licuado que sirve en el funcionamiento de la cocina, la calefacción de la vivienda y en el calentamiento del agua para bañarnos o lavar. Nuestras actividades dependen, en gran medida de los llamados combustibles fósiles. Su empleo en motores de combustión de autos, camiones y otros medios de transportes ha llegado a ser tan común que no reparamos en lo importantes que son actualmente estas sustancias. A veces apreciamos esta dependencia cuando las condiciones del mercado implican un cambio en precio o bien se presentan periodos de restricciones en la producción o acceso a ellos. En un forma menos visible, los combustibles fósiles son la principal fuente de hidrocarburos y cerca del 10% del petróleo que se refina actualmente es la fuente de la mayor parte de los compuestos orgánicos que se utilizan para fabricar productos de consumo, entre ellos los plásticos, caucho sintético, fibras sintéticas, fertilizantes, siendo los más conocidos; el petróleo suministra además las materias primas químicas que se necesitan para manufacturar un extraordinario surtido de productos conocidos y útiles; objetos que van desde cintas magnéticas, tarjetas de crédito y alfombras hasta medicinas patentadas y aislantes eléctricos por lo que el petróleo desempeña dos papeles en la sociedad moderna: combustible y material químico de construcción. La humanidad encara importantes decisiones sobre cómo emplear y ahorrar este combustible; existe una gran dependencia del petróleo, el que al ser un recurso no renovable y su consumo mundial tan alto hace pensar que no durará mucho este recurso, por lo que es necesario desarrollar alternativas que sirvan como sustituto del petróleo. Las tensiones políticas y los disturbios militares en el Medio Oriente han hecho destacar los riesgos que implica depender de grandes cantidades de petróleo importado, la planificación estratégica futura deberá tener en cuenta que cerca del 60% de las reservas conocidas de petróleo del planeta se hallan en solamente cinco naciones del Medio Oriente. Toca predecir el futuro del petróleo, necesitamos examinar con cuidado la manera como lo utilizamos, cuanto está disponible y con qué rapidez se está consumiendo. PROPÓSITOS GENERALES Que el estudiante conozca una breve historia del petróleo, las fuentes del petróleo crudo, nombres comerciales, grado de acidez e índice de cetano del petróleo; octanaje de la gasolina y un básico entendimiento de los procesos de refinación del crudo, así como los usos de los productos de su destilación. Mediante el aprendizaje de las características físicas y químicas de los productos de petróleo para así identificar un producto específico, de tal manera que éste conocimiento le permita conocer como el producto crudo es manipulado para crear productos para una variedad de objetivos. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 2
Que entienda la producción, consumo y reservas a nivel nacional y mundial del petróleo, mediante el aprendizaje del procesamiento del petróleo y sus usos, que le permita valorar la necesidad de sustitutos. UNIDAD 1. EL PETRÓLEO PLANEACIÓN ESPECÍFICA Que el estudiante conozca las propiedades y composición mediante la exposición de los fundamentos fisicoquímicos que tiene el petróleo y por medio de la normatividad del American Petroleum Institute conocer la clasificación de los crudos que se extraen a nivel mundial, para compararlos con los que se extraen en México, tanto en propiedades, composición y la clasificación que se le asignan por esta normatividad. 1.1. Propiedades del aceite crudo. 1.2. Composición del Petróleo. 1.3. Clasificación según los grados API. 1.4. Crudos para fabricación de asfalto. UNIDAD 2. PRODUCTOS IMPORTANTES DE REFINACIÓN Que el estudiante identifique los principales productos que se obtienen del petróleo, mediante la descripción de cada uno de ellos, que entienda la importancia y usos que se les da en la vida cotidiana, que lo llevara a pensar en la importancia del petróleo y sustituirlo como combustible. 2.1. Productos de baja temperatura de ebullición. 2.2. Gasolina. 2.3. Combustibles destilados. 2.4. Combustibles para turbinas. 2.5. Combustibles Diesel. 2.6. Aceites de calefacción. 2.7. Aceites combustibles residuales. UNIDAD 3. DESTILACIÓN DEL CRUDO Que el estudiante comprenda como se inicia el fraccionamiento del petróleo en las refinerías, mediante la descripción de las primeras etapas de refinación del petróleo, que tenga una visión de la Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 3
forma en que PEMEX procesa el petróleo y determine que la tecnología que se usa no es la más actualizada. 3.1. Desalado del petróleo. 3.2. Destilación atmosférica. 3.3. Destilación al vacío. 3.4. Productos de la unidad de destilación. 3.5. Curvas de destilación de los crudos. UNIDAD 4. PROCESOS TÉRMICOS Y DE COQUIZACIÓN Que el estudiante conozca los diferentes tipos de procesos que son llevados a cabo en las refinerías, mediante el uso de los esquemas, planos, tipo de reacciones químicas y descripción de cada paso del proceso de refinación. Y que el estudiante comprenda que del petróleo no solo se obtienen combustibles únicamente. 4.1. Tipos, Propiedades y usos del Coque de Petróleo. 4.2. Coquización Retardada. 4.3. Proceso de rompimiento térmico (cracking). 4.4. Proceso de rompimiento térmico catalítico. 4.4.1. Reacciones de cracking. 4.4.2. Craqueo de olefinas y parafinas. 4.4.3. Craqueo de naftalenos y aromáticos. 4.4.4. Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC). 4.5. Proceso de disminución de viscosidad (Visbreaking). 4.6. Proceso de Hidrocraqueo. 4.6.1. Reacciones de hidrocraqueo. 4.6.2. Proceso de hidrocraqueo. 4.6.3. Hidrocraqueo por catalizador. 4.6.4. Otros procesos de hidrocraqueo. 4.7. Hidroprocesamiento, Hidrotratamiento y Procesado de Aceites Residuales. 4.7.1. Reacciones de los procesos. 4.7.2. Proceso de hidroprocesamiento. 4.7.3. Extracción de Solventes. 4.7.4. Hidrotratamiento por medio de catalizadores. 4.7.5. Reducción de aromáticos. 4.7.6. Procesado de aceites residuales para combustibles. 4.8. Reformado Catalítico. 4.8.1. Reacciones de los procesos. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 4
4.8.2. Proceso de reformado. 4.8.3. Proceso de isomerización. 4.8.4. Proceso de alquilación. 4.8.5. Polimerización. UNIDAD 5. PRODUCTOS COMBINADOS Que el estudiante entienda la variación que presentan las propiedades de los combustibles al ser combinados con otros productos, mediante el manejo de las propiedades individuales y de tablas normativas; y que comprenda cómo pueden mejorarse los productos destilados del petróleo. 5.1. Combinado de gasolinas para el octanaje. 5.2. Combinación de aceites combustibles. 5.3. Combinación de aromáticos. 5.4. Otras propiedades para combinación. UNIDAD 6. PROCESOS DE SOPORTE Que el estudiante conozca la importancia de los procesos que auxilian a la refinación del petróleo, mediante la descripción de cada uno de ellos y en que parte del proceso de refinación interviene, así como en que tipo de reacción se utiliza el proceso auxiliar, que determine y mejore los procesos de refinación. 6.1. Producción de hidrógeno. 6.2. Procesado de gas y remoción de gas ácido. 6.3. Proceso de recuperación de azufre. 6.4. Procesado de aceites lubricantes. 6.5. Desasfaltado. 6.6. Remoción de ceras. 6.7. Otros procesos. 6.8. Tratamiento de aguas de desecho. 6.9. Otros tratamientos anticontaminantes. UNIDAD 7. PANORAMA ECONÓMICO E INDUSTRIAL DEL PETRÓLEO Que el estudiante conozca las cifras actualizadas de la producción, consumo y reservas comprobadas del petróleo a nivel mundial y nacional, mediante la exposición del comportamiento histórico de estos factores y de la proyección del agotamiento de estas reservas. Y determine que Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 5
tipo de Política puede el País implementar para no pasar de ser productor-exportador a solo consumidor determinando esto nuestra dependencia hacia el exterior. 7.1. Producción, consumo y reservas a nivel mundial y nacional. 7.2. Consumo y distribución nacional. 7.3. Consumo y distribución mundial. 7.4. Proyección de agotamiento de los mantos. 7.5. Suministro Nacional o Dependencia Internacional. METODOLOGÍA PARA EL CURSO Este programa se planeo para dictarse como un curso teórico. El aprendizaje de los temas se debe llevar a cabo en dos niveles aquel que se imparten con docente y un nivel que debe ser de aprendizaje autónomo. En los períodos de estudio con docente el estudiante asistirá a clases o al laboratorio. Las clases serán mediante la interacción estudiante-profesor y estudiante-estudiante en las que todos deberán participar activamente y el profesor tendrá la función de supervisor y facilitador. Esta función será favorecida por el uso de material que suministre el entendimiento y la comprensión de los temas, se podrán usar principalmente representaciones y modelos en computadora con paquetería didáctica, además de otro tipo de ayudas didácticas. Puesto que la asignatura Procesos del Petróleo es parte de la Industria. El realizar visitas a una Refinería proporcionara a los estudiantes la oportunidad de conjugar la teoría vista en clases con las demostraciones Industriales obtenidas por las visitas a alguna Refinería. La observación de los fenómenos que se presentan a través de las visitas prácticas ayudará al estudiante a comprender mejor los procesos con los cuales se enfrentara en su vida profesional, así también como a reforzar los conocimientos teóricos adquiridos en clases. EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA Modalidad: Escrita. EVALUACIONES Criterios: Comprensión de conceptos y resolución de problemas expresados en los requerimientos para cursar la asignatura. Los criterios e indicadores a avaluar son: conceptos de Química, Resolución de problemas de Termodinámica, Comprensión de esquemas y Lectura de Planos. EVALUACIÓN FORMATIVA Modalidad: Las evaluaciones podrán ser de forma escrita, oral, o ambas y se aplicara tres evaluaciones como mínimo durante el curso, debido a que así lo requiere el programa. La evaluación escrita se realizara en el momento en que el profesor considere adecuado considerando para esto el avance del programa y de las necesidades de integración de los contenidos del programa así como el avance del grupo con respecto a este. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 6
Criterios: Grado y comprensión de conocimientos, aplicación de conocimientos, análisis e integración de los diversos contenidos a través de la resolución de problemas. EVALUACIÓN PARA LA CERTIFICACIÓN Modalidad: Esta evaluación podrá ser escrita, oral, o ambas. Criterios: Historia del petróleo, Clasificación y composición, procesos de refinación, combinación de productos y política energética. Indicadores. Que el estudiante conozca los diferentes conceptos que se usan en el Procesamiento del petróleo, tipos de procesos que se realizan en una Refinería, procesos auxiliares. Composición y clasificación del petróleo según la región de extracción. Tipos de reacciones que se llevan a cabo en los procesos de refinación, mejoramiento de productos por medio de combinación y Política energética. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Speight, J. G. Petroleum Chemistry and Refining (Applied Energy Technology Series). Taylor and Francis Ltd., 1998. Charles F. Conaway. The Petroleum Industry: A Nontechnical Guide. PennWell Books, 1999. Speight, J. G. Handbook of Petroleum Product Analysis (Chemical Analysis: A Series of Monographs on Analytical Chemistry and Its Applications). John Wiley and Son, Inc., 2002. Speight, J. G. The Chemistry and Technology of Petroleum, Third Edition (Chemical Industries). Marcel Dekker, Inc., 1999. Simanzhenkov, V. and Raphael Idem. Crude Oil Chemistry (No Series). Marcel Dekker, Inc., 2003. K. H. Altgelt. Composition and Analysis of Heavy Petroleum Fractions (Chemical Industries). Marcel Dekker, Inc., 1994. Speight, J. G. and Ozum, B. Petroleum Refining Processes (Chemical Industries). Marcel Dekker, Inc., 2002. Leffler, William L. Petroleum Refining in Nontechnical Language, 3 rd ed. Pennwell Books, 2000. Robert A. Meyers. Handbook of Petroleum Refining Processes, 3 rd ed. McGraw-Hill, 2003. RECURSOS DIDÁCTICOS Equipo audiovisual, equipo de cómputo, paquetería didáctica para la enseñanza de la química, para el desarrollo de esquemas y de estadística. Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Procesos del petróleo 7