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Evaluación de Crudos

Por: Uriel Navarro Uribe, Ph.D

“Seminario Química del Petróleo y de los procesos de Refinación,” Ecopetrol, Cartagena, Julio 21-22 del 2014

¿PARA QUE CARACTERIZAMOS Y EVALUAMOS UN CRUDO?

? Curso de Química del Petróleo Cartagena - 2014

Evaluación de Crudos Definir los mejores esquemas de mezclado de crudos. Definir su utilización, el esquema de refinación. Predecir condiciones de operación, rendimientos y calidad de productos. Soportar la formulación de crudos sintéticos: requerimientos del mercado, esquemas de refinación y calidad de productos. Facilitar toma de decisiones estudiando sus efectos y beneficios en los negocios operativos, con el mayor valor agregado en los procesos de refinación. Para definir su precio y comercialización. Contribuir a un mayor conocimiento del yacimiento. Facilitar su transporte mediante métodos convencionales y no convencionales. Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Petróleo – Métodos de Separación  Destilación: Método de separación física que utiliza la temperatura ebullición de cada componente.  Destilación Atmosférica: Separación de los hidrocarburos con punto de ebullición menor de 371°C, 700°F.  Destilación al vacío: Separación de hidrocarburos con punto de ebullición entre 371-550°C (1022°F).  Residuo: Es la fracción no destilable del petróleo.  Asfalto: Es el producto de una refinería que cumple con las especificaciones requeridas en la construcción de vías y otros.

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

125°C/257°F

Nafta Pesada

160°C/320°F

Keroseno/Jet A

280°C/535°F

Combustible Diesel

Tipo de Crudo • Ruptura Catalítica

371°C/ 700°F

Gasóleo Atmosférico

Residuo Atmosférico Crudo Reducido Residuo Largo

Destilación al Vacío

Crudo

Destilación Atmosférica

Gases & Nafta Liviana

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

• Bases Lubricantes

371-426°C 700-800°F

Gasóleo Liv. de Vacío

426-510°C 800-950°F

Gasóleo Pes. de Vacío

950°F+

Fondo Vacío/Res. Corto

Distribución de Productos por No. de Carbonos

N° de Carbonos C3-C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 >C20 PEB a 760 mm n-parafina °C 36 69 98 126 151 174 196 216 235 253 270 287 302 316 329 343 °F 97 156 209 258 303 345 384 421 456 488 519 548 575 601 625 649

LPG Gasolina Nafta de precipitación Keroseno Combustible JET Diesel Gasóleos Ceras Residuos, Asfaltos

C44+ Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Tipo I

Evaluación de Crudos

Tipo II Tipo III Tipo Especial

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Evaluación TIPO I: Caracterización Fisicoquímica del Crudo

Se realiza con el objetivo de conocer y definir las propiedades fisicoquímicas básicas del crudo. Si el cliente lo solicita se pueden definir los rendimientos de las fracciones principales del crudo (gases, nafta, destilados medios, gasóleos de vacío y fondo), mediante un análisis de destilación simulada realizada por cromatografía de gases.

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Evaluación TIPO I: Caracterización Fisicoquímica del Crudo

Gravedad API, °API Densidad, g/ml Contenido de Azufre, %m Contenido de Carbón Conradson (RCC), %m Número de Neutralización (NN), mg KOH/g. de muestra Presión de Vapor Reid (RVP) Punto de Fluidez, °C Constante Viscosidad Gravedad (VGC) Factor K (UOP) Viscosidad cinemática a 40 y 100°C, cP. Contenido de Cenizas, %m Agua y Sedimento (BSW), %vol. Contenido de Sal, lb de sal/barril de crudo Contenido de Metales, (Ní, V, Na, Fe, Cu, Ca), ppm. Contenido de Ceras, %m Punto de Inflamación, °C Insolubles en n-Heptano, %m Destilación Simulada (opcional). Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Evaluación Tipo II

Determina las principales propiedades fisicoquímicas del crudo, aplicando los mismos análisis de la Evaluación Tipo I, y evalúa los rendimientos de las fracciones principales del crudo, obtenidas mediante una destilación en el laboratorio

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Esquema de destilación de la Evaluación Tipo II

Crudo

Gases Nafta Liviana Nafta Pesada Destilados

Destilación Atmosférica Crudo Reducido

Destil. al vacío

Gasóleos de Vacío Fondos de vacío

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Fracciones y corte estándar de la Evaluación Tipo II .

FRACCION

Gases, %vol

RANGO DE EBULLICIÓN (°C) C1-C4

Nafta Liviana, %vol

C5-71.1

Nafta Pesada, %vol

71.1-176.6

Destilados medios, %vol

176.6-343.3

Gasóleos de Vacío, %vol

343.3-565.5

Fondos de Vacío, %vol

565.5+

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

El cliente tiene la opción de definir las fracciones y los rangos de ebullición.

Propiedades de las fracciones Rendimiento, %vol Gravedad API, °API Densidad, g/ml Contenido de Azufre, %m (ppm) Viscosidad cinemática a 40°C (fracciones livianas) y 100°C (fracciones pesadas) Numero de Octano de Investigación (RON), para las naftas. Factor K (UOP) Constante VCG Dest. D-86 (fracc. livianas) y/o destilación simulada. Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Evaluación Tipo III

Realiza una caracterización completa del crudo. Obtiene por destilación un mayor y más detallado número de fracciones. Cada fracción es caracterizada con mayor profundidad.

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Esquema de destilación - Evaluación Tipo III Gases

Crudo

Nafta Liviana Nafta Pesada Keroseno ACPM Liviano ACPM Pesado

Destilación Atmosférica

Crudo Reducido

Dest. Liviano Destil. al vacío

Dest. Medio Dest. Pesado

Fondos de Vacío

Predicción de calidad de cortes

MODELOS Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Predicción de calidad de mezclas de crudos

Fracciones y corte de la Evaluación Tipo III FRACCION

RANGO DE EBULLICIÓN (°C)

Destilación Atmosférica Gases, %vol

C1-C4

Nafta Liviana, %vol

15-82

Nafta Pesada, %vol

82-171

Keroseno/Jet A

171-248

ACPM Liviano

248-315

ACPM Pesado

315-371

Destilación al vacío Destilado Liviano

371-427

Destilado Medio

427-482

Destilado Pesado Fondos

482-565.5 565.5+

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Caracterización Fisicoquímica - Fracciones Livianas Propiedades 1

Análisis de GC °API Densidad 15°C, g/ml Azufre, ppm N.N, mg KOH/g Factor KUOP Destilación SimDis2 ASTM 3710 Destilación SimDis ASTM 2887 Análisis PIONA3 Ind. Refracción Pto de anilina, °C Naftalenos, %m Número de Octano RON/MON Tipo de hidrocarburo por EM4 Visc. 25°C, cSt Visc. 40°C, cSt Pto. de Inflamación, °C Pto. Congelación, °C Pto. Fluidez, ° Residuo de Carbón al 10% des. Ind. de Cetano

Gases

N afta Liviana

N afta Pesada

Keroseno/ Jet A

Diesel Liviano

Diesel Pesado

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X

X

X

X X X

X X

X X

X

X

X

X X X

X X

X X

X X X

X X X

X

X

X X X

X X X

X

X

X

X X

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Caracterización Fisicoquímica - Fracciones Pesadas Propiedades °API/ Densidad 15°C Azufre, ppm (LECO) N.N, mg KOH/g Factor KUOP Destilación SimDis 5480 mod. Destilación SimDis Alta Temp. Ind. Refracción 70°C Punto de Anilina, °C Punto Fluidez, °C Tipo de Hidrocarburo por EM, %m Viscosidad Cinemática a 40°C, cST. Viscosidad Cinemática a 100°C, cSt Insolubles en n-C5 / nC7 Residuo de carbón Conradson, %m Contenido de Ceras, %m Cenizas, %m Nitrógeno Básico, %m Nitrógeno total, %m Metales, ppm (Na Ni, V, Ca, Fe, Cu) Análisis SARA (1) / SAR

Crudo Reducido X X X X

Destilado Liviano X X X X X

Destilado Medio X X X X X

Destilado Pesado3 X X X X X

X

X

X X X X X X X X Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Fondo de vacío X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X

X X

X X

X X X 

X X X 

X X X 

X X X X X X X X X

Evaluación Tipo Especial Se recomienda para casos muy especiales: Desarrollo de modelos de simulación de unidades de destilación. proyectos de investigación y desarrollo. Para definir y establecer correlaciones para predecir propiedades fisicoquímicas de los crudos y sus fracciones a partir de análisis especiales como (RNM) y/o Infrarrojo cercano (NIR).

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Esquema de destilación para la Evaluación de Crudo Tipo especial Gases

Crudo Destilación Atmosférica

Crudo Reducido

Nafta 1 Nafta 2 Nafta 3 Nafta 4 Nafta 5 Keroseno 1 Keroseno 2 Diesel 1 Diesel 2 Diesel 3 Gasóleo 1 Gasóleo 2

Destilación al vacío

Gasóleo 3 Gasóleo 4 Gasóleo 5

Fondo de Vacío Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Cortes en la Evaluación de Crudo Tipo especial FRACCIONES CRUDO CUSIANA 780 730 680 630 580 530 480

T ºC

430 380 330 280 230 180 130 80 30 -200%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

%m

CRUDO

15-60

60-107

107-152

152-177

177-199

199-221

288-327

371-399

399-427

427-482

485-510

510-550

550

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

221-249

249-288

327-371

TRASLAPOS U 2000 CUSIANA 25 DE AGOSTO 600

500

400

300

200

100

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-100

CRUDO

NAFTA T 2005

NAFTA T 2000

JET

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

DIESEL

GOA

C REDUCIDO

1

Fracciones y cortes estándar -Evaluación Tipo especial. Fracción Destilación Atmosférica  Gases  Nafta 1  Nafta 2  Nafta 3  Nafta 4  Nafta 5  Keroseno 1  Keroseno 2  Diesel 1  Diesel 2  Diesel 3  Crudo reducido Destilación al vacío  Gasóleo de vacío 1  Gasóleo de vacío 2  Gasóleo de vacío 3  Gasóleo de vacío 4  Gasóleo de vacío 5  Fondos de vacío Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Sigla

Rango, °C

Gas N1 N2 N3 N4 N5 K1 K2 D1 D2 D3 CR

C1 – C4 15 - 60 60 - 107 107 - 152 152 - 177 177 - 199 199 - 221 221 - 249 249 - 288 288 - 327 327 - 371 371 °C +

GLV 1 GLV 2 GMV 3 GPV 4 GPV 5 FV

371 - 399 399 - 427 427 - 482 482 - 510 510 - 550 + 550 °C

Evaluación Tipo Especial Los rangos de ebullición de las fracciones livianas y pesadas fueron definidos con base en el rango de temperatura de los productos finales de las refinerías. Mediante la combinación y/o mezcla proporcional de varias fracciones se pueda reconstituir el producto real de la refinería. La mezcla proporcional de los cortes: Nafta 4, Nafta 5, Keroseno 1 y Keroseno 2, se tendría el combustible Jet A. Es posible reconstituir fracciones como el diesel liviano, el diesel pesado, el gasóleo liviano, etc. El procedimiento y evaluación propuesta, permite unificar el punto inicial de ebullición de los fondos de vacío, facilitando su comparación.

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Esquema de Caracterización y evaluación de crudos – Evaluación Tipo Especial

CARACTERIZACIÓN CRUDOS

CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA

CARACTERIZACIÓN MOLECULAR

Técnicas Analíticas Tradicionales

Técnicas Analíticas Especializadas (NMR, MS, VPO, GCD)

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Esquema de Caracterización y evaluación de crudos – Evaluación Tipo Especial Caracterización fisicoquímica y un análisis químico y molecular detallado. Conocimiento químico y molecular de las fracciones del crudo. En los conceptos modernos de la refinación, la conversión de fracciones pesadas en productos más valiosos, a través de procesos como HDS, HDN, HDM, FCC y HCK, se puede mejorar mediante el conocimiento de la composición química, estructural y molecular de las reacciones. Las grandes compañías de la industria de la refinación: “Moléculas a su proceso” Aplicación de técnicas analíticas modernas como la RNM, espectrometría de masas (MS), HPLC, NIR, VPO, GPC y SimDis.

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Caracterización de las fracciones Livianas Propiedades Análisis de GC °API Densidad 15°C, g/ml Azufre, ppm N.N, mg KOH/g Factor KUOP Destilación SimDis 3710 Destilación SimDis 2887 Análisis PIONA, %m Ind. Refracción Pto de anilina, °C Naftalenos, %m Espectro de 1H RMN Análisis NIR/IR Número de Octano RON/MON Tipo de Hidrocarburo por EM Visc. Cinemática 25°C, cSt Visc. Cinemática 40°C, cSt V50 Po Punto de Inflamación, °C Punto de Congelación, °C Punto Fluidez, °C Residuo de Carbón 10% des, %vol. Índice de Cetano

Gas X

X

N1

N2

N3

N4

N5

K1

K2

A1

A2

A3

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X

X

X

X

X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X

X X

X X

X X

X

X

X

X

X

X X X X X

X X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X

X X X X

X X X X

X X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X X

X X Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

Caracterización de Fracciones Pesadas Propiedades °API/ Densidad 15°C Azufre, ppm (LECO) N.N, mg KOH/g Factor KUOP Destilación SimDis 5480 mod. Destilación Sim Dis alta Temp. Ind. Refracción 70°C Punto de anilina, °C Punto de Fluidez, °C Espectro 1H RMN / 13C RMN Tipo de Hidrocarburo por EM Análisis NIR/IR Curva Reológica 25-80°C Curva Reológica 50-150°C V50 Po Insolubles en n-C5 / nC7, %m Residuo de carbón, %m Contenido de Ceras, %m Cenizas, %m Nitrógeno Básico, %m Nitrógeno total, %m Metales, (Na,Ni,V,Ca,Fe,Cu), ppm Craqueabilidad MAT Factor de Castigliony Peso Molecular, VPO, HPLC SARA / SAR

CR X X X X

GLV 1 X X X X X

GLV 2 X X X X X

GMV 3 X X X X X

X

X X X X X X X X X X X X(1) X X X

X X X X X X X X X

X X X X X X X

X X

GPV 5 X X X X

FV X X

X X X X X X X X

X X X X X X X X

X

X X

X X

X X

X X X X X

X X X X X X 

X X X X X X 

X X X X X X 

X X X X X X 

Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

X X

X X X X X X X

GPV 4 X X X X

X X X X X X X X X X X X

X

X X X X X X X X X X X

X X

Propiedades de Crudos Colombianos Cupiagua

Cusiana

Caño Limón

LCT

Castilla

DENSIDAD A 15 ºC (g/ml)

0,801

0,8103

0,8809

0,9106

0,9836

GRAVEDAD API

45,1

43

29

23,8

12,3

NUMERO ACIDO (mg KOH /g)

<0.05

<0.05

0.154

2,034

0,1

AZUFRE, %m

0.0450

0.129

0.534

0.808

2.185

PUNTO DE INFLAMACION, ºC

<-15.0

<-45

5

8

21

PUNTO DE FLUIDEZ, ºC

9

6

-9

<-33.0

3

NITROGENO TOTAL, ppm

179

264

2477

2520

4856

CERAS (%m)

15,84

7,78

6,57

0,18

1,58

R CARBON Micro, %m

0,23

0,77

5,69

5,18

15,85

INSOLUBLES EN nC7, %m

0

0,14

2,16

1,29

14,58

INSOLUBLES EN nC5, %m

0,03

0,32

5,75

3,21

18,72

VANADIO (ppm)

0,151

3,56

12,84

36,01

421,80

NIQUEL (ppm)

0,087

1,05

40,41

20,71

82,60

PESO MOLECULAR PROMEDIO

154,41

165,92

246,92

222,99

256,22

MeABP, 50% SimDis

237,4

252,5

368,9

423,4

488,8

FACTOR KUOP

12,14

12,12

11,91

11,84

11,30

INDICE DE CORRELACIÓN

17,93

19,60

36,26

44,40

72,98

Viscosidad a 40°C, cSt

2,06

2,22

15,89

1,98

3510,57

786,41 810,3 Uriel Navarro Uribe, Ph. D.

880,9

910,6

983,6

CCAI

Thank`s a lot for your attention. I am Ready for questions. “Lo que quieras conseguir si no existe en tu mente tampoco existirá en tu vida” . C. Cruz “El poder para mover al mundo esta en tu mente subconsciente” . W. James “De la cuna a la tumba es una escuela, por eso lo que llamas problemas , son lecciones” . F. Cabral Uriel Navarro Uribe, Ph. D.