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Análisis del petróleo (química)

Petroleo quimica

La palabra petróleo, deriva del latín pedra (piedra) y oleum (aceite), en el estado líquido es una sustancia oleosa, con olor característico, color variante entre negro y marrón claro, con densidad menor que la del agua y es inflamable. Es una mezcla compleja de compuestos formados en su mayoría por átomos de carbono e hidrógeno, conocidos como hidrocarburos y otros átomos como oxígeno, azufre, nitrógeno y metales (vanadio, níquel, hierro y cobre). Los hidrocarburos van desde moléculas simples, con unos pocos átomos, a moléculas complejas de alto peso molecular.

La presencia de hidrocarburos en petróleo, según su estructura, se clasifican en saturados, insaturados y aromáticos. Los hidrocarburos saturados (parafínicos o alcanos) presentan átomos de carbono que están unidos por enlaces sencillos al mayor número posible de átomos de hidrógeno, formado por cadenas lineales normales, pueden ser ramificados (isoparafínicos) o cíclicos (nafténicos). Los hidrocarburos no saturados (olefinas) tienen al menos un doble o triple enlace carbono-carbono, mientras que los hidrocarburos aromáticos (arenos) cuentan con un anillo de benceno en su estructura.

Hay una cantidad de componentes en el petróleo que son denominados como no hidrocarburos. Estos constituyentes, llamados de impurezas, poseen elementos como azufre, nitrógeno, oxígeno y metales que pueden estar presentes en toda la gama de destilación del petróleo, aunque tienden a concentrarse en las fracciones más pesadas.

En el petróleo ocurren también los compuestos sulfurados, nitrogenados, oxigenados y metálicos.

Existen compuestos sulfurados como mercaptanos, sulfuros, polisulfuros, benzotiofenos y derivados. Ellos son indeseables, pues aumentan la polaridad de los aceites contribuyendo a la estabilización de las emulsiones, son responsables por la corrosión de los productos, contaminan catalizadores, proveen color y olor en los productos finales, son tóxicos y producen SO2 y SO3 pro combustión, los cuales forman ácido sulfuroso (H2SO3) y ácido sulfúrico (H2SO4) en medio acuoso.

Los compuestos nitrogenados aparecen en las formas de piridinas, quinolinas, pirroles, indoles, porfirinas y compuestos policíclicos con azufre, oxígeno y metales. Se presentan en forma orgánica y son térmicamente estables. Aumentan la capacidad del petróleo para retener el agua en forma de emulsión, dificultan el proceso de separación del agua y son responsables por la contaminación de los catalizadores. Además, durante la refinación vuelven inestables los productos finales, propiciando la formación de gomas y alterando la coloración.

Los compuestos oxigenados aparecen como ácidos carboxílicos, fenoles, cresoles, ésteres, amidas, cetonas y benzofuranos y se concentran en las fracciones más pesadas. Son responsables de la acidez, coloración (ácidos nafténicos), olor (fenoles), formación de las gomas y la acción corrosiva. En la industria del petróleo, los ácidos orgánicos son llamados de ácidos nafténicos (NA). Los más comunes son los ácidos monocarboxílicos con el carboxilo enlazada a una cadena alicíclica conteniendo uno o más cicloalcanos germinados. El carboxilo puede vincularse directamente a la estructura nafténica, o estar separado por un número determinado de unidades de – CH2-.

Los compuestos metálicos aparecen en forma de sales orgánicos disueltos en agua emulsionada al petróleo que son removidos por el proceso de desalinización, en la forma de compuestos organometálicos complejos, que se concentran en las fracciones más pesadas y contaminan los catalizadores. Los metales más comunes son: hierro, cinc, cobre, plomo, molibdeno, cobalto, arsénico, manganeso, cromo, vanadio, níquel y sodio.

Las resinas y asfaltenos son moléculas grandes, con proporción alta de carbono/hidrógeno y la presencia de azufre, nitrógeno, oxígeno y metales. Cada molécula consta de tres o más anillos aromáticos con cadena lateral alifática que forman agregados micelares. Las estructuras básicas de las resinas y asfaltenos son semejantes, aunque existen importantes diferencias. Los asfaltenos puros son sólidos oscuros y no volátiles, insolubles, en alcanos y solubles en tolueno. Mientras, las resinas puras son líquidos pesados o sólidos pastosos, las de alto peso molecular son enrojecidas, y las más leves son menos coloridas. Son más polares y presentan volatilidad semejante a la de un hidrocarburo del mismo tamaño.

Los asfaltenos no se encuentran disueltos en el petróleo y sí dispersos en forma coloidal estabilizada por resinas, ellas son fácilmente solubles. Cambios y variaciones de presión, temperatura y composición provocan la precipitación de los asfaltenos en la superficie de los equipamientos de producción, en las tubulaciones del pozo y en áreas próximas al pozo. Así, los asfaltenos acaban causando problemas durante la producción, el transporte y la refinación del petróleo, reducen la productividad del pozo y aumentan la estabilidad de la emulsión.

El petróleo se caracteriza por sus propiedades físico-químicas. Sin embargo, debido a la complejidad de su composición en comparación con compuestos orgánicos de alto peso molecular que lo componen, el análisis del petróleo presenta algunas dificultades principalmente en relación a la separación y la dificultad de identificación de sus componentes.

Cuando el petróleo pasa a través del proceso de refinación, se generan muchos productos, conocidos como productos derivados del petróleo. Por ejemplo, gasolina para automóviles, queroseno de aviación (QAV), combustible diesel, gas licuado de petróleo (GLP) entre otros. Cada derivado presenta diferentes aplicaciones, especificaciones y requisitos de calidad. Debido a la variedad de derivados del petróleo serán especificados los principales análisis y técnicas analíticas utilizadas en el petróleo crudo, gasolina de automoción y aceite diesel.

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