Industria del petróleo

Explotación y trasformación del petróleo

Contenido

• Explotación Generalidades• Prospección• Sondeo• Extracción• Transporte• Refino• Petroleoquimica

Explotación generalidades

• El descubrimiento de yacimientos puede preverse por técnicas de prospección terrestre y si fue relativamente fácil encontrar en el siglo XIX los primeros campos petrolíferos gracias a índices geológicos superficiales, la exploración del subsuelo a profundidades que alcanzan casi los 900 m.

Prospección

Estudios geológicos

Estudios geofísicos

Estudios geológicos• Comienzan con la observación del terreno, que puede

revelar mucho de la geología del subsuelo. Por ejemplo, a los exploradores siempre les interesa hallar fallas o anticlinales, accidentes geológicos que a menudo crean trampas estructurales en la roca almacén.

• El alcance de la prospección visual puede aumentar enormemente con la fotografía aérea, que permite que un observador explore varios kilómetros cuadrados de una sola mirada. Un avance mayor ha sido el desarrollo de las imágenes por satélite

Estudios Geofísicos

Gravimétrico• El gravímetro, que mide en

miligales (un miligal es la millonésima parte de la fuerza de la gravedad al nivel del mar), detecta la presencia de rocas duras o blandas mas o menos cerca de la superficie del suelo. Reuniendo luego estos datos, los geofísicos determinan la presencia de rocas porosas poco densas que podrían albergar petróleo

Sísmico• Una onda sísmica, creada

artificialmente mediante una explosión por un geófono, se propaga por el subsuelo y al ir atravesando los diversos terrenos sufre una serie de refracciones que serán parcialmente reflejadas por ciertos estratos de rocas. La velocidad de propagación de las ondas depende de la estructura del terreno, de la existencia de capas duras y de su profundidad.

SondeoCuando los estudios geológicos y geofísicos han acusado una localización positiva de petróleo, se procede a perforar pozos de evaluación para determinar la extensión del yacimiento, posición de las capas de agua salada y gas y el espesor, porosidad y permeabilidad de la roca madre. Son muchas las perforaciones preliminares pero solo 1 de cada 50 suele resultar satisfactoria.

Perforación

Por percusión o cable Rotativa Roto percutante

Electroperforación y turboperforación Direccional

Producción de crudo

La producción de petróleo se lleva a cabo básicamente por desplazamiento mediante agua o gas. Al iniciarse la perforación, casi todo el crudo está a presión. Esta presión natural disminuye a medida que se van extrayendo petróleo y gas del yacimiento, durante las tres fases de la vida de éste.

Producción de crudo

Fase 1•Producción emergente, el flujo lo controla la presión natural del

yacimiento, debida al gas disuelto en el petróleo, al gas a presión atrapado encima del petróleo y a la presión hidráulica del agua atrapada debajo de este último.

Fase 2 •Producción por presión artificial, se realiza inyectando gas a presión en el yacimiento cuando se ha agotado la presión natural

Fase 3 •Agotamiento o de producción marginal, tiene lugar cuando los pozos sólo producen intermitentemente.

Transporte

Para transportar el petróleo se utilizan dos medios de transporte: gigantescos barcos petroleros y oleoductos de caudal continuo. El movimiento del petróleo y sus productos es la mayor operación de transporte que se haya realizado jamás. En cualquier momento, mas de la mitad de la carga que cruza los océanos es de petróleo.

RefinamientoLas operaciones downstream comienzan con el refino, termino este que, por extension, se aplica a todos los procesos que se llevan a cabo en las refinerias.El bruto estabilizado se elabora en la refineria de acuerdo con el destino que se fije para los productos, destino que depende tambien de la constitucion molecular, o sea, de lo que se llama base del crudo.

Destilación atmosférica y al vacioEste es el primer proceso que aparece en una refinería. El petróleo que se recibe por ductos desde las instalaciones de producción, se almacena en tanques cilíndricos de gran tamaño, de donde se bombea a las instalaciones de este proceso.

Procesos de conversión (craqueo)

Los procesos de conversión provocan reacciones químicas que rompen (“descomponen”) moléculas de hidrocarburo (de escaso valor económico) de gran tamaño y de alta ebullición, lo que da origena moléculas apropiadas más pequeñas y livianas, después del procesamiento, para mezclar con gasolina, combustible pesado, combustible diésel, materias primas de petroquímicos y otros productos livianos de alto valor.

Craqueo catalítico fluidizado

El FCC ofrece altos rendimientos de gasolina y material destilado (en el rango de 60-75 vol% en la carga de FCC), alta confiabilidad y bajos costos operativos y flexibilidad operativa para adaptarse a los cambios en la calidad del petróleo crudo y los requisitos de los productos refinados. En sentido amplio, las refinerías orientadas a la producción de combustibles para transporte, la unidad de FCC representa más del 40% del total de la producción de gasolina y combustibles destilados (por ejemplo, diésel) que elabora una refinería.

Hidrocraqueo• Este es un proceso catalítico

que opera a temperatura moderada y a alta presión. Aplica hidrógeno generado externamente para descomponer el destilado y las cargas de gasóleo pesado en gases livianos, materias primas de petroquímicos, y mezcla de componentes de gasolina y combustible diésel.

• Presenta una notable ventaja respecto del FCC. La entrada de hidrógeno al no sólo causa reacciones de craqueo, sino también otras reacciones que extraen los heteroátomos, en especial el azufre.

Coquización• La coquización es proceso

de conversión térmica, no catalítico que descompone el aceite residual, el residuo más pesado que resulta de la destilación del crudo, en un rango de intermedios más livianos para continuar su procesamiento.

• Los productos craqueados a partir de la coquización incluyen gases livianos, nafta de baja calidad y flujos destilados, y grandes volúmenes de gasóleo de coque y coque de petróleo

Procesos de mejoramiento

Reformado catalítico

Las unidades de reformado procesan diversos flujos de nafta (principalmente, pero no de manera exclusiva, nafta de destilación directa a partir de la destilación del crudo). Los reformadores catalíticos realizan una serie de reacciones catalíticas, que aumentan significativamente el nivel de octano de los mismos (en algunos casos hasta alcanzar una cantidad de 50 octanos). El rendimiento del reformador (llamado reformado) es una mezcla de componentes de gasolina especial, de alto octanaje.

Reacciones de reformadoDeshidrogenación de naftenos

Reacciones de reformadoIsomerización de parafinas

Reacciones de reformadoDeshidrociclación de parafinas

Reacciones de reformadoIsomerización de naftenos

Isomerización• Para mejorar la calidad del producto se utiliza un

proceso en el que las parafinas normales se convierten en isoparafinas a través de reacciones de isomerización.

• La práctica es separar por destilación la corriente de nafta en dos cortes, ligero y pesado; el ligero que corresponde a moléculas de cinco y seis átomos de carbono se alimenta al proceso de isomerización, mientras que el pesado, con moléculas de siete a once átomos de carbono.

• Las reacciones de isomerización son promovidas por catalizador de platino soportado en gg-alúmina.

Reacciones de isomerización

Pre saturación de benceno

Isomerización de parafinas

Procesos de tratamiento (Hidrotratamiento)

• Esta basado en el uso de hidrógeno que reacciona con los compuestos de azufre presentes en los hidrocarburos para formar ácido sulfhídrico; en un procesamiento posterior, este compuesto se convierte en azufre elemental sólido que tiene una importante aplicación industrial.

• En el proceso ocurren reacciones adicionales que permiten complementar el tratamiento al eliminar también compuestos nitrogenados, convertir las olefinas en compuestos saturados y reducir el contenido de aromáticos

Catalizado con ggalúmina impregnada con molibdeno, níquel y cobalto.

Operaciones de separación involucradas

Destilación Extracción

Operaciones de soporte• Producción y recuperación de hidrógeno.• Recuperación de azufre (de los procesos de

desulfuración).• Manejo y separación de gas liviano.• Tratamiento de aguas residuales.• Movimiento y almacenamiento de

petróleo.• Generación de electricidad y vapor.

Glosario• Aceite o crudo: Es la porción del petróleo que es líquida en el yacimiento, y permanece líquida a

condiciones atmosféricas de presión y temperatura.• Ácido : Compuesto que cuando se disuelve en agua produce iones H+.• Alquitrán: Líquido viscoso, de olor característico, obtenido por destilación seca de productos diversos

(hulla, lignito, turba, madera, esquistos bituminosos).• Antraceno: Hidrocarburo aromático obtenido del alquitrán de hulla.• Aromáticos: Compuesto de carbono e hidrógeno que comúnmente contiene cuando menos un anillo

bencénico con seis átomos de carbono.• Asfalto: Mezcla de hidrocarburos de color negruzco, muy viscosa, usada en pavimentos y revestimientos

de muros.• Benceno: Hidrocarburo de fórmula C6H6, perteneciente a la seria cíclica aromática, que se obtiene de la

destilación seca de la hulla. Es un líquido incoloro, volátil e inflamable.• Butano: Hidrocarburo saturado gaseoso (C4H10), presente en las emanaciones gaseosas de los pozos de

petróleo y de los productos del cracking de los aceites pesados.• Catalizador: Agente o sustancia capaz de acelerar o retardar una reacción, sin alterar el resultado final de

la misma. Substancia que aumenta la velocidad de un proceso químico sin consumirse en la reacción.• Coque: Materia carbonosa sólida y de color gris, resultante de la destilación delcarbón.• Coquización: Proceso de descomposición térmica que produce hidrocarburos ligeros a partir de residuos

pesados. Un subproducto de este proceso es el coque.• Cracking O Craqueo: Transformación de las fracciones del petróleo en productos de menor peso

molecular, análogos a la bencina. Proceso en el que se rompe y modifica la

• Craqueo Catalítico: Rompimiento y modificación de la estructura molecular que se lleva a cabo en presencia de un catalizador.

• Crudo: Petróleo aún sin procesar, tal y como se obtiene del subsuelo.• Crudo Ligero: Petróleo con baja densidad y viscosidad. Normalmente tiene gran contenido de destilados.• Crudo Pesado: Petróleo con alta densidad y viscosidad, y generalmente bajo contenido de destilados.• Desintegración: Rompimiento molecular por medio de altas temperatura y presión para formar fragmentos

más pequeños.• Destilación: Operación que se realiza calentando cuerpos sólidos y, recogiendo los gases y vapores que se

desprenden. Proceso que consiste en hervir un líquido para formar vapor y luego condensar el vapor para formar nuevamente el líquido. Se usa para separar compuestos líquidos de sus impurezas.

• Desulfuración: Proceso de eliminación de compuestos de azufre a las fracciones del petróleo.• Gas Natural: Es la porción del petróleo que existe en fase gaseosa o en solución en el aceite en los yacimientos,

y es gaseosa a condiciones atmosféricas.• Gasolina: Líquido incoloro, volátil e inflamable, procedente de la mezcla de hidrocarburos. Se emplea como

combustible en los motores de explosión.• Gravimetría: Parte de la geofísica que trata del estudio y medición de la gravedad terrestre.• Isomerización: Procedimiento que convierte la cadena recta de los hidrocarburos parafínicos en una cadena

ramificada. El rearreglo de la estructura de un compuesto sin aumentar o disminuir ninguno de sus componentes.• Nafta: Fracción ligera del petróleo natural, que se obtiene en la destilación de la gasolina.• Naftaleno (Naftalina): Hidrocarburo sólido, procedente del alquitrán de hulla, usado como desinfectante.• Número De Octano: Índice de calidad de la gasolina para motor, el cual se obtiene por comparación con el

isooctano.• Propano: Hidrocarburo saturado de tres carbonos. Es un gas incoloro, inflamable, que se halla en el gas natural.

Sirve como combustible.

• Prospección: Conjunto de métodos y técnicas empleadas en la búsqueda de yacimientos de minerales útiles, aguas subterráneas e hidrocarburos líquidos o gaseosos.

• Queroseno (Kerosene): Fracción del petróleo bruto que destila, aproximadamente, entre 150 y 300°C. Se emplea como carburante.

• Refinación: Se aplica a todas las operaciones cuyo objeto es la fabricación u obtención de los diferentes productos derivados del petróleo.

• Tolueno: Hidrocarburo (metilbencenol) de la serie aromática, usado en la preparación de colorantes, disolventes, medicamentos y trinitrotolueno.

• Torre De Destilación: Equipo en el cual se lleva a cabo el proceso de separación de las fracciones, mediante etapas sucesivas de evaporación y condensación 40

• Yacimientos De Hidrocarburos: Es la porción de una trampa geológica que contiene hidrocarburos, la cual se comporta como un sistema intercomunicado hidráulicamente. Los hidrocarburos ocupan los poros de la roca almacenante, quedan confinados por una roca impermeable en la parte superior e inicialmente se encuentran a alta presión y temperatura, debido a la profundidad del yacimiento.

Referencias• Austin, G. T., Espinoza Rubio, M. E., Guerra de Monjarás, C., Sánchez

Herzberger, J., & Viesca Murie, R. (1988). Manual de procesos químicos en la industria. México: McGraw-Hill.

• Iglesias, E. P. (2009). Petróleo y gas natural: Ediciones Akal.• Mario, G. R., & Eugenio, M. C. (2013). Ingeniería química: UNED.• MIRANDA, M. P. C. (2008). Química Orgánica: Universidad Nacional

de Educación a Distancia.• Ortuño, Á. V. (1999). Introducción a la química industrial: Reverté.• Weininger, S. J., & Stermitz, F. R. (1988). Química orgánica: Reverté.• William C. Lyons, P. D. P. E., & Gary J Plisga, B. (2011). Standard

Handbook of Petroleum and Natural Gas Engineering: Elsevier Science.