CRUDOS Y DERIVADOS

TRABAJO FINAL

YURI MARGERY PERALTA CÓD. 2010295943JUAN SEBASTIAN PLAZAS CÓD. 2010192364CRISTIAN ANDRES TRUJILLO CÓD. 2010191494

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANAFACULTAD DE INGENIERÍA

NEIVA – HUILA2012

CRUDOS Y DERIVADOS

TRABAJO FINAL

YURI MARGERY PERALTA CÓD. 2010295943JUAN SEBASTIAN PLAZAS CÓD. 2010192364CRISTIAN ANDRES TRUJILLO CÓD. 2010191494

Presentado a:Prof. HAYDEE MORALES MONDRAGÓN

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANAFACULTAD DE INGENIERÍA

NEIVA – HUILA2012

OBJETIVOS

Conocer los factores que influyen en la variación del precio del petróleo en el mundo.

Identificar las diferentes teorías inorgánicas: Teoría cósmica de Sokolov, Teoría del carburo de Mendeleiev, Teoría de Kudryavtsev, Teoría volcánica de Moissan y Teoría de la piedra caliza, yeso y agua caliente

determinar las características de los crudos teniendo en cuenta sus bases: parafínica, nafténica, aromática y mixta

Investigar las teorías del origen del petróleo, inorgánica y orgánica, y dar una hipótesis sobre nuestra posición respecto a estas.

Identificar las diferencias entre los crudos de referencia (WTI y BRENT).

Distinguir los contaminantes que encontramos en el crudo, y dependiendo del lugar en donde se producen conocer los contaminantes que predominan.

Tratar de determinar la teoría más acertada respecto al origen del petróleo.

Conocer la variación de los precios del crudo a través del tiempo

FACTORES QUE AFECTAN EL PRECIO DEL CRUDO

La producción mundial de petróleo crudo estimada en 60 millones de barriles por día es acompañada por pequeñas o grandes cantidades de agua y sales, estos dos últimos son agentes indeseables y no comerciables. Una empresa productora de petróleo crudo debe deshidratar y desalar éste por las siguientes razones:

1. En el mercado petrolero se compra y vende el crudo con un rango de 0.1 a0.5 % volumen de agua y de 30 a 50 libras por mil barriles (LMB) de contenido de salinidad.

2. El petróleo crudo es comprado y vendido en base a la gravedad °API y un crudo con alta gravedad API es comprado a un mejor precio. El contenido de agua en el crudo baja la gravedad API y reduce su precio de venta.

3. El envío y manejo de agua contenida en el crudo implica un gasto inútil de transporte y de energía.

4. La viscosidad del crudo se incrementa con el aumento del contenido de agua. Añadiendo 1 % de agua se genera un incremento de 2 % en la viscosidad de un crudo de 30 °API y un 4 % en un crudo de 15 °API.

5. Las sales minerales presentes en la salmuera corroen el equipo de producción, ductos, carros tanques, y los tanques de almacenamiento de crudo.

6. En la refinación del crudo la presencia de salmuera asociada contribuye a los problemas de corrosión e incrustación y fallas de equipo. Bajo algunas circunstancias los iones cloruro se hidrolizan a ácido clorhídrico, el cual es extremadamente corrosivo.

El agua presente en el crudo puede estar en forma libre o emulsionada con el petróleo crudo. El rompimiento de estas emulsiones puede llegar a ser un problema muy serio y su rompimiento costoso. Asimismo el contenido de sal en la salmuera producida varía en el rango de cero a casi totalmente saturada.

La aplicación de la coalescencia electrostática combinada con la adición de químicos para resolver el problema de las emulsiones provee la herramienta necesaria para obtener el crudo deshidratado y desalado, adecuado para el transporte y venta.

Precio del crudo en los últimos 5 años: Este reporte del precio del crudo en dólares vs meses de mayo desde el año 2005 hasta el año

Petróleo WTI. Dólares / barril (Dólares)

Año Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

2005 46,8 48,0 54,2 53,0 49,8 56,4 58,7 65,0 65,5 62,4 58,3 59,4

2006 65,5 61,6 62,9 69,5 70,9 70,9 74,4 73,0 63,8 58,9 59,1 62,0

2007 54,2 59,3 60,6 63,9 63,5 67,5 74,1 72,4 79,9 85,9 94,8 91,4

2008 93,0 95,4 105,5 112,6 125,4 133,9 133,4 116,6 103,9 76,6 57,3 41,4

2009 41,7 39,2 48,0 49,8 59,1 69,6 64,1 71,1 69,4 75,8 78,0 74,5

2010 78,4 76,4 81,3 84,5

WTI - BRENT

Jan-05

Apr-05Jul-05

Oct-05Jan-06

Apr-06Jul-06

Oct-06Jan-07

Apr-07Jul-07

Oct-07Jan-08

Apr-08Jul-08

Oct-08Jan-09

Apr-09Jul-09

Oct-09Jan-10

Apr-10

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

Petróleo WTI. Dólares / barril VS Meses

Meses ( 2005-2010)

Dólares

En el mundo existen alrededor de 161 zonas petroleras, cada una de ellas produciendo petróleo de diferentes características. No obstante, es común determinar el precio de mercado de la producción de una zona en comparación con aquel petróleo referencial que se encuentra próximo geográficamente.

Así, por ejemplo, el petróleo de Dubai es usado como referencia en el Oriente Medio, el Minas y el Tapis (de Malasia e Indonesia respectivamente) son usados como referencia en el Lejano Oriente, y así sucesivamente. Pero sin duda los dos petróleos referenciales más conocidos y de uso difundido en el mundo son el West Texas Intermediate (o mayormente conocido como WTI) y el Brent Blend (o Brent), el primero de ellos producido en Norteamérica y el otro en el Mar del Norte.

Cuáles son sus características:

- El West Texas Intermediate (WTI), es un promedio en cuanto a calidad se refiere del petróleo producido en los campos occidentales de Texas (EE.UU.). Es un petróleo ligero (39.6ºde gravedad API) y dulce (0.24% de contenido sulfuroso). Su alta calidad lo hace ideal para la producción de gasolinas y es usado como valor de referencia sobre todo en el mercado norteamericano (por ejemplo en los mercados de New York).

- El Brent Blend (o Brent), es una combinación de crudos de 19 diferentes campos de explotación petrolera localizados en el Mar del Norte, cuyas producciones se envían hacia la terminal de Sullom Voe (Escocia) para su posterior comercialización. Su gravedad API es de 38.3º y contiene alrededor de 0.37% de contenido sulfuroso, lo cual hace de él un petróleo ligero y dulce, pero en menor escala que el WTI, siendo ideal para la producción de gasolinas y destilados intermedios. Es usado como precio de referencia en los mercados de Europa (por ejemplo, en el Internacional Petroleum Exchange – IPE – de Londres), en África y Oriente Medio.

No obstante, podríamos considerar también la Bolsa de Crudos de la OPEP, cuya bolsa de 11 crudos producidos por sus países miembros es un valor referencial para el precio en el Oriente Medio, así como para los mercados internacionales.Finalmente es importante recalcar que no todos los petróleos tienen el mismo precio en el mercado mundial, como hemos visto, las características propias del producto determinan su calidad y de allí su precio.

BRENT

El barril de crudo Brent, es el barril de petróleo del Mar del Norte de referencia en Europa, en Londres, la mezcla Brent del Mar del Norte se paga en dólares el galón (3,79 litros), y se coloca a la venta internacional en el mercado de londrés en barriles de los 159 litros. El crudo Brent, que cotiza en el International Petroleum Exchange (IPE) de Londres. El Brent debe a su nombre a un yacimiento petrolífero del mar del Norte descubierto en 1972 por Shell, con cuatro plataformas (Brent Alpha, Brent Bravo, Brent Charlie, Brent Delta), que bombean el crudo a la terminal de Sullom Voe, en las islas Shetland (Reino Unido). 

El petróleo Brent es de alta calidad, debido a que es, en la jerga petrolera, ligero y dulce (reducido contenido en azufre. Cada contrato de Brent, denominado lote, está compuesto por mil barriles de crudo.

El crudo Brent es un petróleo ligero, aunque no tanto como el West Texas Intermediate (WTI). Contiene aproximadamente un 0,39% de sulfuro, siendo así considerado como petróleo dulce, aunque tampoco es tan dulce como el WTI. El Brent es ideal para la producción de gasolina. Se suele refinar en los países de Europa Noroccidental, pero cuando los precios de mercado son lo suficientemente bajos para exportarlo, las refinerías del área mediterránea y la costa Este de EE. UU. También lo procesan. Este tipo de petróleo es de los más pobres con respecto a su poder calorífico.

La producción petrolífera de Europa, África y Oriente Medio tiende a venderse al precio que marca el barril de crudo Brent, es decir, marca un precio recomendado o estándar para un 78% de las diferentes variedades de crudo mundial, las cuales lo toman como referente. El barril de Brent (42 galones estadounidenses, unos 159 litros) cotizaba en el Internacional Petroleum Exchange (IPE) de Londres mediante opciones y futuros. La unidad monetaria en la que cotiza es el dólar.

El símbolo del petróleo Brent es LCO. Se comercializaba originalmente en la International Petroleum Exchange de Londres, pero desde 2005 ha sido comercializada en el electrónico Intercontinental Exchange , conocida como ICE. Un contrato es igual a 1.000 barriles (159 m³ ). Los contratos se cotizan en dólares de EE.UU. Cada tick perdido o ganado es igual a 10 $. En los últimos tiempos, el precio del barril de Brent se ha mantenido en torno a $1 menos que el WTI, y aprox. $1 más que el crudo de la OPEP.

TEORÍA INORGÁNICA

Estas teorías fueron las primeras en ser propuestas y las tres principales son: 1) la teoría de los metales alcalinos, 2) la de los carburos metálicos y 3) la de las emanaciones volcánicas. Algunas de ellas parecen posibles, pues el petróleo se puede producir en el laboratorio por reacciones de materiales inorgánicos, pero la evidencia geología indica que dichos materiales no están presentes en la tierra en suficientes cantidades para producir acumulaciones de petróleo. Por ello hoy en día estas teorías han sido abandonadas.

Por el contrario las teorías orgánicas están apoyadas por dicha evidencia geología. Así por ejemplo, el crudo y el gas natural se encuentran comúnmente en cuencas sedimentarias y estas acumulaciones se han localizado en cuerpos de arena que contienen grandes cantidades de materia orgánica. Según dichas teorías, el origen del petróleo y del gas natural se derivo de los restos de algunos vegetales y animales marinos que vivieron durante las últimas edades geológicas, los cuales bajo efectos térmicos y catálicos se descompusieron y transformaron, dando lugar a los hidrocarburos constituyentes del petróleo.

Teoría cósmica de Sokolov: considera que el petróleo es un producto que resulto de la combinación del carbón y del hidrogeno en la masa cósmica, durante la consolidación de la tierra.

Evidencia: las cantidades péquelas de hidrocarburos encontrados de vez en cuando en meteoritos.

Teoría del carburo de Mendeleiev (1897): también conocida como teoría de los carburos metálicos. Supone la existencia de carburos de hierro en las profundidades de la tierra, los cuales pueden reaccionar con aguas infiltrantes, formando acetileno, que se escapa a través de grietas a las rocas porosas superiores y se condensa.

Evidencia: los óxidos magnéticos del hierro también se formarían como productos de estas reacciones. En la vecindad de algunos yacimientos de petróleos se han observado irregularidades magnéticas.

Teoría de Kudryavtsev (1951): El geólogo ruso Nikolai Alexandrovich Kudryavtsev fue el primero en proponer la moderna teoría abiogenética del petróleo en 1951. Analizó la geología de las Arenas de alquitrán de Athabasca en Alberta, Canadá y concluyó que ninguna fuente rocosa podría formar el enorme volumen de hidrocarburos (estimados hoy en día en 1.7 trillones de barriles), y que por otro lado la explicación más plausible es que se trata de petróleo profundo inorgánico. 

La hipótesis abiótica sugiere que una gran cantidad de hidrocarburos hallados en el petróleo pueden ser generados por procesos abiogénicos. Estos hidrocarburos pueden emigrar fuera del manto hacia la corteza terrestre hasta escapar a la superficie o permanecer atrapados por estratos impermeables, formando yacimientos de petróleo.Evidencia:Se observa que el petróleo, por lo menos en pequeñas cantidades, a menudo está presente en estratos por debajo de las acumulaciones,  independiente de la composición y  modo de formación del estrato. Esto se conoce como regla Kudryavtsev, y varios ejemplos de ello se han observado.  El petróleo se filtra de la parte inferior se apoya en la evidencia de fraccionamiento,  aunque esto también puede explicarse por la migración de las rocas de origen profundo en el marco orgánico.

Teoría volcánica de Moissan: sugiere que el petróleo tiene origen volcánico basándose en la asociación rara y esporádica que ciertos yacimientos petrolíferos parecen guardar con áreas ígneas o volcánicas.

Evidencia: las cantidades pequeñas de petróleo encontradas en lavas volcánicas cercanas al Etna y en Japón. El petróleo también se asocio a las rocas volcánicas en México y en la isla de Java.

Teoría de la piedra caliza, yeso y agua caliente: las reacciones entre el carbonato y el sulfato de cal en presencia del agua a una temperatura suficientemente alta puede disociar el agua para formar teóricamente los hidrocarburos.

Evidencia: no ha sido posible demostrar esta reacción en el laboratorio.

TEORIAS ORGANICAS DEL ORIGEN DEL PETROLEO

Origen del petróleo

El petróleo es un mineral combustible líquido y que se encuentra en la envoltura sedimentaria de la tierra. La palabra proviene del latín petra (piedra) y olem(aceite). Presenta un calor de combustión superior al de los minerales sólidos (carbón), y es de 42 KJ/Kg.

El origen del petróleo ha sido un tópico de interés para muchos investigadores. Saber su origen es muy complicado. Una gran mayoría de químicos y geólogos dicen que tiene un origen orgánico, mientras que otros científicos piensan que se forman en la Naturaleza por un método abiógeno. De este modo tenemos dos teorías:

Teoría orgánica

Teoría inorgánica (abiógena)

La teoría orgáncia dice que el petróleo y el gas se forman a partir de las sustancias orgánicas de las rocas sedimentarias. Consideramos que el primer material orgánico que se acumula en las rocas sedimentarias está formado por residuos muertos de la microflora y de la microfauna (plancton,...) que se desarrollan en el agua del mar y a las cuales se añaden restos animales y vegetales por transporte.

En las capas superiores de las rocas sedimentarias esta materia orgánica sufre descomposición por acción de O2 y bacterias. Se desprenden en este proceso CO2, N2, NH3, CH4, C2H6,... A la vez se forman los primeros productos líquidos solubles en agua. El material más estable respecto a la acción química y bacteriana queda en las zonas sedimentarias.

A medida que pasa el tiempo, las rocas sedimentarias van quedando enterradas por otras capas que se superponen a lo largo de mucho tiempo, hasta 1’5-3km de profundidad. Aquí hay un medio reductor, hay temperaturas más altas (de hasta 200ºC), presiones considerables (10-30Mpa), y además todo esta masa estará encajonada entre otras rocas, las cuales pueden tener sustancias que funcionen como catalizadores de la reacción (arcillas). Esto todo hace que se produzcan una serie de transformaciones.

La teoría actual considera que es en esta etapa cuando las sustancias orgánicas, especialmente los lípidos (grasas, ceras,...), sufren la descomposición debido a los efectos térmicos y catalíticos dando lugar a los hidrocarburos constituyentes del petróleo. Este proceso es largo y complicado, por lo que los detalles de los

mecanismos de este proceso están todavía sin aclarar. Existen teorías sobre algunas etapas.

Como el material orgánico inicial del cual procede el petróleo se encuentra disperso, los productos resultantes de su transformación (gas o petróleo) también estarán dispersos en la roca madre petrolífera, normalmente arcilla.

El petróleo es líquido y el gas es gas, por lo que tendrán mayor movilidad que el carbón, igual que el agua que queda como residuo. Así podrán moverse, de forma que normalmente las bolsas de petróleo y gas emigran, por lo que no nos las vamos a encontrar allí donde se formaron. Los geólogos denominan a este fenómeno migración, que puede ser primaria o secundaria.

Como resultado de la migración primaria, el petróleo y el gas se van a colocar en las rocas vecinas, siempre que sean porosas. Las causas de esto pueden ser un desalojamiento forzado, difusión (el petróleo busca otro sitio; los que más se difunden serán los gases), desplazamiento debido al agua, presión por causa de los estratos, filtración por los poros de las rocas encajonantes, puede viajar como mezcla de gas y vapor cuando hay grandes temperaturas y presiones.

Esta masa de petróleo y gas va a moverse posteriormente hacia arriba, en lo que se denomina migración secundaria, a través de los estratos porosos y como consecuencia de la gravedad o de la presión de las placas tectónicas. Emigra hasta llegar a la roca impermeable que no permite la difusión a través de ella. Esto se denomina trampa estratigráfica para la bolsa de petróleo. Hay tres tipos de trampa estratigráfica:

Anticlinal

Domo salino: la sal va solidificando y hace de cuña, penetrando hasta la parte impermeable.

Falla: Se produce cuando los estratos rompen, quedando una capa porosa frente a otra impermeable. Así frena el paso del petróleo o del gas, produciéndose una acumulación que crea el yacimiento.

En un yacimiento siempre tendremos el casquete formado por gas que está siempre en equilibrio con el petróleo líquido.

Esta acumulación de gas y petróleo en las trampas es lo que llamamos depósitos petrolíferos. Si su cantidad es grande o hay varios depósitos en las rocas hablaremos de yacimientos de petróleo o gas o de ambos, según cual sea el mayoritario en cada caso. El petróleo y el gas se encuentran difundidos en un gran espacio, y de ahí vienen el nombre que a los yacimientos se les da comocampos petrolíferos. Esto es así porque ñas condiciones en las rocas hacen que el petróleo y el gas llenen los poros de las rocas encajonantes. Así, cuanto mayor sea el coeficiente de porosidad de las rocas, más se van a encontrar saturadas de

petróleo. Como consecuencia, las arcillas, y en particular las húmedas, que prácticamente no tienen poros, serán buenas rocas cobertoras.

Además de petróleo o gas en un depósito o yacimiento, también vamos a encontrar agua, que procede de la materia inicial de la que procede el petróleo. Esta agua va a ser salada, y el eliminarla es uno de los primeros problemas que se nos presentan al tratar un crudo.

Los yacimientos de petróleo se encuentran a 900-2000 m de profundidad, y es raro que el petróleo aflore a la superficie. En la antigüedad se usaba, por ejemplo, en Mesopotamia, aprovechando estos afloramientos superficiales. Un afloramiento superficial puede ser una bolsa que ha quedado del resto de una migración. Son pequeños.

Teoría de Engler

Uno de los supuestos acerca del origen del Petróleo lo constituye la Teoría de Engler (1911):

1ª etapa

Depósitos de organismos de origen vegetal y animal se acumulan en el fondo de mares internos (lagunas marinas). Las bacterias actúan, descomponiendo los constituyentes carbohidratos en gases y materias solubles en agua, y de esta manera son desalojados del depósito. Permanecen los constituyentes de tipo ceras, grasas y otras materias estables, solubles en aceite.

Fig. 1- El petróleo se habría originado por la depositación de minúsculos animales y sustancias vegetales que se fueron acumulando en el fondo lacustre y marino.

Fig. 2- Ante el paso del tiempo la materia orgánica se descompone y vaquedando en profundidad por los sedimentos que la van cubriendo.

2da etapa

A condiciones de alta presión y temperatura, se desprende CO2 de los compuestos con grupos carboxílicos, y H2O de los ácidos hidroxílicos y de losalcoholes, dejando un residuo bituminoso. La continuación de exposiciones a calor y presión provoca un craqueo ligero con formación de olefinas (protopetróleo).

Fig. 3- Los factores de presión, temperatura y procesos químicosy físicos, ayudados por la carencia de oxígeno, posibilitaron

la formación de petróleo líquido y del gas.

3er etapa

Los compuestos no saturados, en presencia de catalizadores naturales, se polimerizan y ciclizan para dar origen a hidrocarburos de tipo nafténico y parafínico. Los aromáticos se forman, presumiblemente, por reacciones de condensación acompañando al craqueo y ciclización, o durante la descomposición de las proteínas.

Por otra parte, existen otras teorías, de formulación más reciente, que sostienen que el petróleo es de origen inorgánico o mineral. Los científicos rusos son los que más se han preocupado por probar esta hipótesis aunque estas proposiciones no han sido aceptadas en su totalidad.

Una versión interesante de este tema es la que publicó Thomas Gold en 1986. Este científico europeo dice que el gas natural (el metano) que suele encontrarse en grandes cantidades en los yacimientos petroleros, se pudo haber generado a partir de los meteoritos que cayeron durante la formación de la Tierra hace millones de años. Los argumentos que presenta están basados en el hecho de que se han encontrado en varios meteoritos más de cuarenta (40) productos químicos semejantes al kerógeno, que se supone es el precursor del petróleo.

Y como los últimos descubrimientos de la NASA han probado que las atmósferas de los otros planetas tienen un alto contenido de metano, no es de extrañar que esta teoría esté ganando cada día más adeptos.

Podemos concluir que a pesar de las innumerables investigaciones que se han realizado, no existe una teoría infalible que explique sin lugar a dudas el origen del petróleo pues ello implicaría poder descubrir los orígenes de la vida misma.

OTRAS TEORIAS ORGANICAS

 Las teorías que le atribuyen a los hidrocarburos un origen orgánico están más de acuerdo con las condiciones en que éstos se encuentran en la naturaleza y, por lo tanto, son las que gozan de una más generalizada acepción. Sostienen que son producto de un proceso milenario de descomposición de sustancias orgánicas, restos de animales y vegetales o de ambas a la vez, ocurrido bajo condiciones especiales que han evitado la putrefacción de los restos y su destrucción, como ocurres cuando el proceso de descomposición tiene lugar a la intemperie. Una teoría común a Engler, Hofer, Kramer, Potonie y otros. En síntesis, las experiencias de laboratorio efectuadas individualmente por estos científicos, apuntan todas a explicar la formación de hidrocarburos a partir de la transformación de acumulaciones de arcilla cargada de materias orgánicas, en la que estas sustancias grasas, por falta de oxígeno y probablemente apoyadas por

la actividas de especies bacterianas, han sufrido un proceso de putrefacción, seguido de bituminización. A esa arcillas cargada de materia orgánica y en las consiciones señaladas, se le dió en llamar SAPROPEL.

Esta denominación deriva del griego y significa "barro putrefacto", aludiendo así al proceso, cuyas fases sucesivas se han cumplido del siguiente modo:

La materia orgánica proveniente de la flora y fauna marina muertas, se fue depositando en las orillas y arenas finas del fondo de los mares, pantanos y lagos, formando esa capa madre de los hidrocarburos o "sapropel" que, por acción de bacterias anaeróbias (microorganismos que viven en ambientes privados de aire), comenzaron a descomponersi, eliminando el nitrógeno contenido en las materias grasas. Pòsteriormente se fueron depositando otras capas arcillosas y arenosas sobre la que contenía la matería orgánica, hasta que ésta fue quedando protegida por una cubierta espesa que evitó su destrucción rápida por oxidación.

Con el tiempo, la presión de las capas superpuestas y la acción del calor interior de la Tierra han originado una destilación de la materia orgánica, dando lugar a la formación del petróleo y sus derivados, que más tarde se acumularon en los lugares que hoy denominamos yacimientos. El proceso ha requerido entre 1500 y 1800 millones de años.

FACTORES QUE INTERVIENEN EN SU ORIGEN

1. BIOLÓGICOS: presencia de Materia Organica y bacterias anaeróbicas.

MO + Bacterias = Sapropel + Kerogeno

Kerogeno + Presión + Temperatura = Petróleo

Sapropel: sedimentos granulares oscuros que se forman a partir de restos vegetales y animales transformados bioquímicamente sin contribución del oxígeno.

Kerogeno: materia orgánica dispersa de las rocas sedimentarias insoluble en bases y ácidos no oxidantes y en disolvente orgánicos.. Bajo condiciones de presión y temperatura, el kerógeno empieza a ser inestable y se produce reagrupamiento en su estructura con objeto de mantener el equilibrio termodinámico. La generación de petróleo es una consecuencia natural del ajuste del kerógeno a condiciones de incremento de temperatura y presión.

EL KERÓGENO COMO PRECURSOR DEL PETRÓLEO

La Materia Organica dispersa en el sedimento se degrada progresivamente, pasando de biopolíperos ageopolímeros (kerógeno) a través del fraccionamiento, destrucción parcial y reagrupamiento de los componentes elementales de las macromoléculas.

Degradación bioquímica:Se inicia con la acción bacteriana sobre la M.O. El proceso se realiza a través de la respiración en condiciones aerobias, o por fermentación en condiciones anaerobias. La M.O. sedimentada en presencia de bacterias, es oxidada a compuestos inorgánicos (mineralización), utilizando el oxidante disponible (oxígeno, en medios oxigenados) que proporcione la más alta entalpía libre por mol de compuesto orgánico oxidado. En condiciones anaerobias, las bacterias actúan de modo preferente sobre determinados sustratos.

Policondensación e insolubilización:Al mismo tiempo que los biopolímeros generan geomonómeros, se inicia un proceso competitivo con la degradación. Muchas de las moléculas presentes en los organismos muertos, son muy reactivas químicamente, y reaccionan espontáneamente entre sí para dar otro tipo de polímeros con estructuras al azar, resistentes a la degradación anaerobia. Estos compuestos, llamados geopolímeros, son relativamente estables y preservan la M.O. aún en presencia de bacterias. A medida que se produce la policondensación, se produce la insolubilización. Existen distintas clases de polímeros: Ácidos fúlvicos:Solubles en Na(OH) y en HCl.

Ácidos húmicos:Solubles en Na(OH) e insolubles en HCl.

Humin:Insoluble en Na(OH). El humin se hidroliza en presencia de ClF y FH, mientras que el Kerógeno resiste el ataque de los ácidos minerales. La insolubilización es la última etapa de la diagénesis, y da como resultado una mayor policondensación y reordenamiento macromolecular. Durante este proceso, se pueden distinguir dos etapas: La primera, caracterizada por la pérdida de enlaces peptídicos y disminución de la relación H/C; esta etapa afecta a las primeras decenas de metros de sedimentos. La segunda etapa se realiza a mayor profundidad y provoca una disminución en la relación O/C, debido principalmente a la eliminación de grupos carboxilo. Se producirá también una disminución en la relación ácidos fúlvicos/ácidos húmicos. La evolución será:

Ácidos fúlvicos → Ácidos húmicos → Humin

El resultado final de las tres etapas, es un policondensado insoluble en álcalis, llamado humin, con una estructura análoga al kerógeno (el kerógeno es el humin desmineralizado). Realmente, el kerógeno se define como la fracción orgánica contenida en las rocas sedimentarias, y que es insoluble en disolventes orgánicos (la parte soluble, se denomina bitumen).Representando la relación existente entre el H/C y el O/C, se obtiene el diagrama de Van Krevelen, que establece tres tipos distintos de kerógenos:

 Tipo I: Alta relación H/C. Alto potencial generador de petróleo y gas. Procede de algas o M.O. enriquecida en lípidos por actividad de microorganismos. Tipo II: Disminuye la relación H/C, así como su potencial generador de petróleo y gas. Procede de una mezcla de fitoplancton, zooplancton y bacterias sedimentadas en un ambiente reductor. Tipo III: Kerógeno, bajo en H/C y alto en O/C. Contiene muchos grupos carboxilo. Es el menos favorable para la generación de petróleo, aunque puede producir cantidades apreciables de gas. Procede de plantas continentales. Los diversos tipos de kerógeno, al igual que la evolución del kerógeno de una formación, siguen la dirección de las flechas al incrementarse la profundidad (camino de evolución del kerógeno). Cada tipo de kerógeno se caracteriza pues, por una diferente concentración de los cinco elementos primarios(C, H2, O2, N y S), y cada cual presenta un potencial diferente de generación de petróleo.

CAMBIOS QUÍMICOS DEL KERÓGENO  DURANTE LA MADURACIÓN

Bajo condiciones de alta temperatura y presión, el kerógeno comienza a ser inestable y se producen reagrupamientos en su estructura; El primer paso es la eliminación progresiva de los grupos funciónales que impiden el reagrupamiento paralelo de los núcleos cíclicos. En estos procesos, se generan muchos compuestos (compuestos hetero atómicos, dióxido de carbono, agua). A continuación se van liberando moléculas cada vez más pequeñas, incluidos los hidrocarburos; El kerógeno restante, se vuelve progresivamente más aromático y evoluciona hacia residuo carbonoso (estructura ordenada del grafito). La generación de petróleo es pues, una consecuencia natural del ajuste del kerógeno acondiciones de incremento de temperatura y presión. El kerógeno puede ser clasificado en:  Kerógeno reactivo: Se transforma en petróleo a altas temperaturas.Lábil: se transforma en crudo.Refractario: Genera principalmente gas. Kerógeno inerte: Se reagrupa hacia las estructuras del grafito, sin generación de petróleo. La rotura del Kerógeno en petróleo tiene lugar en un amplio margen de temperaturas, siendo el intervalo entre 100 y 150 ºC para el lábil y 150 – 200 ºC para el refractario. Cualquier resto de petróleo en la roca madre después de la rotura del kerógeno lábil, puede ser crakeado a gas, si la temperatura continúa incrementándose por encima de 150 ºC; por encima de los 160 ºC no existe crudo. A escala de tiempo geológico, los yacimientos petrolíferos no se encuentran a profundidades superiores a las correspondientes a la isoterma de 160 ºC aproximadamente.

En el modelo cinético de rotura del Kerógeno en petróleo, se distinguen varias etapas:

1- Estadio inmaduro: Corresponde al episodio diagenético y precede a la generación del petróleo.2- Estadio de generación de petróleo y gas a partir del kerógeno lábil.3- Estadio de generación de gas húmedo/gas condensado, como resultado del cracking de los hidrocarburos previamente generados. Los estadios 2 y 3 constituyen la etapa de catagénesis4- Estadio de generación de gas seco a partir del kerógeno refractario. Este estadio corresponde a la etapa de metagénesis, siendo el metano el principal producto.

Cracking primario y secundario

La rotura de kerógeno o cracking es la transformación de kerógeno a petróleo (cracking primario) y la transformación o degradación progresiva del petróleo a gas (cracking secundario). 

Cracking primario: La tasa de generación de hidrocarburos para cada reacción, es proporcional a una constante  K, que se incrementa con la temperatura, de acuerdo con la Ley de Arrhenius: Cada reacción primaria tiene su propia energía de activación (E a) y su propio factor  A. Cuanto mayor sea la energía de activación de una reacción, mayor temperatura se requerirá para generar petróleo. El tipo de cracking primario, está caracterizado por la energía de activación, el factor  Ay el potencial inicial de cada reacción. La generación de gas, puede producirse también mediante cracking primario.

Cracking secundario:

La destrucción de la fracción inestable (el crudo, ya que el gas y el residuo carbonoso son estables), se produce por reacciones secundarias, generándose gas y residuo carbonoso. La tasa de reacciones secundarias también se encuentra regida por la Ley de Arrhenius; Otro factor a considerar, es el coeficiente estequiométrico (α), que describe la composición de los productos de degradación de cada reacción secundaria. La fracción secundaria, se incrementa primero debido al cracking primario, y disminuye después, debido alas reacciones secundarias. Sin embargo, las fracciones estables (gas y carbón) se incrementan de forma continua a través del tiempo. Actualmente, se emplea de forma generalizada, el modelo de las cinco fracciones (Modelo de Unger et al.)

CONTAMINANTES DEL PETROLEO

El petróleo es un hidrocarburo, compuesto orgánico formado únicamente por carbono e hidrógeno. El petróleo es altamente contaminante, cada vez más frecuente, y sus efectos se prolongan por mucho tiempo, formando una película impermeable sobre la superficie, Afectando rápidamente a la fauna acuática, principalmente a las aves y mamíferos.

La contaminación por petróleo crudo o refinado puede ser de origen accidental o intencional. Las consecuencias de la contaminación petrolera para el ambiente están todavía en curso de estudio e investigación. Los efectos sobre la fauna y la flora son los más perjudiciales, pues a menudo son irreversibles.

El petróleo tiene el problema de ser insoluble en agua y por lo tanto, difícil de limpiar. Además, la combustión de sus derivados produce productos residuales: partículas, CO2, SOx (óxidos de azufre), NOx (óxidos nitrosos), etc.

En general, los derrames de hidrocarburos afectan profundamente a la fauna y vida del lugar, razón por la cual la industria petrolera mundial debe cumplir normas y procedimientos estrictos en materia de protección ambiental. Casi la mitad del petróleo y derivados industriales que se vierten en el mar, son residuos que vuelcan las ciudades costeras. El mar es empleado como un accesible y barato depósito de sustancias contaminantes.

Otros derrames se deben a accidentes que sufren los grandes barcos contenedores de petróleo, que por negligencia transportan el combustible en condiciones inadecuadas. De cualquier manera, los derrames de petróleo representan una de las mayores causas de la contaminación oceánica. Ocasionan gran mortandad de aves acuáticas, peces y otros seres vivos de los océanos, alterando el equilibrio del ecosistema. En las zonas afectadas, se vuelven imposibles la pesca, la navegación y el aprovechamiento de las playas con fines recreativos.

Las sustancias inorgánicas se consideran sustancias inanimadas o inertes y ejemplos de ellas son los metales, los minerales primarios y los secundarios, los ácidos minerales, las bases, las sales, los óxidos de metales y no metales, etc. La interacción microbiana que existe con los metales es diferente a aquella que se presenta con los compuestos orgánicos. En particular, los metales no pueden transformarse en otras sustancias, ni tampoco están sujetos a procesos de mineralización. En este caso, el microrganismos inmoviliza los metales a través de mecanismos fisiológicos y bioquímicos que favorecen la quelatación, la acumulación, l absorción, etc., así como también puede cambiar su estado de oxidación (Vullo 2003). No obstante, los microrganismos también son capaces de movilizar los iones metálicos por medio de la biolixiviación (Brombacher et al. 1998).

TIPOS DE CRUDOS

Los crudos varían ampliamente en apariencia, propiedades y características de país a país y de campo a campo de producción. Sin embargo, todos los crudos consisten esencialmente de hidrocarburos y las diferencias se deben a la proporción de los tipos y estructuras de las moléculas de los hidrocarburos previamente descritos.

Un crudo puede tener mayor proporción de parafinas, mientras que otro mayor proporción de naftenos. Independientemente de sí es parafínico o naftenico, un crudo puede tener gran cantidad hidrocarburos livianos, tener fluidez y contener mucho gas disuelto; mientras que otro crudo puede consistir principalmente de hidrocarburos pesados y ser altamente viscoso con poco o sin gas disuelto.

 Bases de crudos:

Las series de hidrocarburos presentes en el petróleo, le dan a cada uno de ellos características especiales para la producción de determinados productos, de tal manera que se dice que los crudos se pueden clasificar por la calidad predominante que le confiere, cada sede de hidrocarburos, en la forma siguiente:

- Crudos de base parafínica (alcanos) - Crudos de base nafténica (alquenos) - Crudos de base aromática (cíclicos) - Crudos de base mixtos (mezcla de las bases anteriores, sin predominio de ninguna de ellas).

Hidrocarburos alifáticos.

A. Saturados: Parafínicos de fórmula general CnH2n+2 .

- Cadena recta única: parafínicos normalFórmula Desarrollada:

Nomenclatura: terminación en … ano.El metano, CH4, primero de la serie, el etano, el propano y el n-butano son gaseosos a temperatura ambiente; del n-pentano al n-cetano, C16, son líquidos; las moléculas para fínicas normales de peso molecular superior son sólidas y constituyen la parafina. Todos estos hidrocarburos se encuentran en el petróleo crudo.

- Cadena ramificada: isoparafinasSon formas isómeras de los hidrocarburos parafínicos normales, es decir, que con el mismo número de átomos de carbono, tienen igual peso molecular. Se los diferencia de los anteriores utilizando el prefijo iso … ano.

Fórmula desarrollada del isobutano: C4H10

El isooctanto elegido como carburante patrón en la definición del número de octano es el 2.2.4trimetilpentano:

La isomerización no es posible más que para las combinaciones en la cual intervienen cuatro átomos de carbono o más. Cuanto mayor es el número de átomos de carbono, mayor es el de isómeros posibles.

Los isómeros de cadena recta o ramificada tienen propiedades físicas bastante próximas: densidad, punto de ebullición e índice de refracción

Crudos de base parafínica (alcanos): Estos crudos contienen gran cantidad de parafinas, pero muy poca materia asfáltica o bituminosa. Consisten principalmente de hidrocarburos parafínicos y usualmente se obtiene de ellos buenos rendimientos de parafinas y aceites lubricantes de alto grado.

Las parafinas livianas dan buenos aceites para usos domésticos, pues no producen humo al quemarse, tienden a resistir el calor. Las parafinas más espesas contienen cristales blancos y blandos que cuando son aislados y refinados forman lo que se conoce como cera parafinada. Se encuentran generalmente en Pensilvana, West Virginia y centro de Estados Unidos.

Las parafinas son las más ricas en hidrógeno; Crudos de base parafínica contienen hidrocarburos saturados de bajo peso molecular y por tanto relativamente estables. Las parafinas comunes son líquidos, pero se pueden encontrar gaseosas o sólidas. La fórmula general es: CnH2n+2.

Para los crudos base parafínica el contenido de hidrocarburos (alcanos) es de 75%; además son crudos:

Livianos: tienen baja viscosidad In – oloros. Libres de contaminantes orgánicos. De color claro por ser antiguos. Presentan alto rendimiento en productos solventes: kerosene, gasolina,

aceite lubricante. el rendimiento de la gasolina se estima entre 30% - 40 %, pero es de mala

calidad. Tienen un costo de refinamiento bajo, y su precio de venta es alto.

B. No Saturados: : olefínicos o eilénicos

Según el número de dobles enlaces, la fórmula de estas moléculas será: CnH2n, CnH2n_2, CnH2n_4, etc. Los carbonos se disponen en cadena recta o ramificada. Estos hidrocarburos olefínicos no se encuentran en el petróleo crudo.- Cadena recta:

1 doble enlace: olefinas normales: CnH2nNomenclatura: terminación …enoLos dos primeros hidrocarburos de la serie son el etileno y el propeno o propileno.

Para los hidrocarburos superiors de la serie, es necesario precisar, en su denominación, laposición de doble enlace.

2 dobles enlaces: diolefinas: CnH2n_2Los butadienos son conocidos debido a que uno de ellos se utiliza como materia prima en la fabricación del caucho sintético.

- Cadena ramificada:Son todos los hidrocarburos isómeros de los precedentes:

- Crudos de base nafténica(alquenos): Generalmente contienen gran proporción de fracciones volátiles, es decir, componentes que se evaporan fácilmente. Se encuentran generalmente en la antigua URSS, Perú, California y Golfo de Méjico. En Cuba se encuentra en la zona de Motembo.

Los crudos base nafténica tienen un contenido de hidrocarburos

mayores al 75%, además son crudos:

pesados: tienen mayor viscosidad mal olientes Con presencia de contaminantes. De color oscuro por ser más recientes que los crudos base parafinica. Presentan bajo rendimiento en productos livianos. el rendimiento de la gasolina es bajo, pero de buena calidad. Tienen un costo de refinamiento alto, debido a la presencia de

contaminantes y su precio de venta es bajo.

 

Hidrocarburos cíclicos

El ciclo, o núcleo, puede estar constituido por un número cualquiera de átomos de carbono. No obstante es más frecuente que contenga seis carbonos, por corresponder a los 109° del ángulo normal de unión de los átomos de carbono.

A. Saturados: Naftenos de fórmula general CnH2nSon isómeros de los hidrocarburos olefínicos. Su denominación es la misma de los parafínicos, procedida del prefijo ciclo. Existen el ciclopropano, el ciclobutano, el ciclopentano y el ciclohexano,d e fórmula C6H12. La condensación de dos núcleos cualesquiera da un hidrocarburo complejo saturado y pesado._

B. No saturadosTeniendo en cuenta sólo el ciclo de seis átomos de carbono, la instauración puede darse en tres formas: simple, doble o triple, ya que en este núcleo resulta imposible que se den dos dobles enlaces consecutivos.

1 doble enlace: cicloolefínicos, como el ciclohexeno;2 dobles enlaces: ciclodiolefínicos, como el ciclohexadieno;3 dobles enlaces: bencénicos o aromáticos.

Esta última estructura cíclica no saturada responde a una forma estable de la molécula, motivo por la que es mucho más frecuente que las dos anteriores. Los hidrocarburos bencénicos se encuentran en los petróleos crudos en proporciones variables; los crudos de Borneo y Sumatra poseen una naturaleza aromática muy pronunciada. Por otro lado, ciertos catalizadores permiten obtener formas bencénicas atractivas por su propiedad antidetonante.

Crudos de base aromática (cíclicos): (Aromatics). Hidrocarburos con estructura cíclica insaturada, que generalmente presentan olor y buenas propiedades solventes, por ejemplo, el benceno.

Hidrocarburos mixtosLas familias precedentes pueden calificarse de puras. Las reacciones de sustitución admiten su unión para dar lugar a una molécula híbrida que presenta caracteres comunes a las mismas. Tanto los ciclos como las cadenas parafínicas pueden sustituirse unos con otros. Las propiedades de la molécula mixta es función de la importancia relativa de los núcleos y de las cadenas en la estructura. La denominación considera el elemento predominante de la molécula; en el caso del ciclo, se antepone a su nombre, el del radical parafínico sustituido; en el de la cadena sustituida por un solo núcleo bencénico, se precede de fenil.Nombres de radicales usualmente utilizados:

La sustitución de un hidrógeno por una cadena recta en un núcleo bencénico da un hidrocarburo mixto que se llamado a veces, alquil-aril.Las combinaciones por sustitución permiten construir una infinidad de moléculas mixtas, relativamente complejas. Estas moléculas son muy abundantes en los petróleos crudos; asimismo podría afirmarse que ellas constituyen las fracciones pesadas: gasoil, fueloil y cortes lubricantes; asegurando además la continuidad de propiedades entre los ciclos y las cadenas.

Petróleos Crudos Mixtos: Contienen ceras parafínicas y asfaltenos. Están presentes sustancias parafícicas, nafténicas y aromáticas, aunque ninguna en forma preponderante. Sus propiedades son intermedias entre los otros dos tipos mencionados.

CONCLUSIONES

Las teorías inorgánicas se fundamentan en que el petróleo se formaría por la acción del agua sobre carburos metálicos, el agua se filtraría a las profundas capas terrestres y allí daría por reacciones químicas hidrocarburos de cadenas cortas, que luego por reacciones de polimerización darían hidrocarburos cada vez más complejos y las teorías organicas trata de explicar el origen del petróleo por descomposición de plantas y animales marinos, los cuales sometidos a presiones y temperaturas enormes durante siglos se convirtieron en petróleo.

El petróleo es un recurso natural no renovable, que se originó a partir de desechos orgánicos, su composición química es fundamentalmente carbono e hidrógeno, y es a partir del hidrógeno de donde proviene su alta capacidad calórica y su uso como combustible La consistencia varía dependiendo del lugar de dónde provenga, ya que los distintos yacimientos contienen petróleo de tipo parafínico,naftenico aromaticos y de base mixta.

Se conocieron las diferentes teorías organicas propuestas por científicos a través de la historia, entre estas encontramos la de Engler, Hoffer, las teorías que dan origen al petróleo a partir de materia organica, etc.

Se conoció la variación del petróleo a través de la historia, y se realizó una grafica guía para observar los precios de este.

Se conocieron los contaminantes existentes en los diferentes tipos de crudo de todo el mundo.

Todas las teorías que se han propuesto sobre el origen del petróleo tienen sus argumentos, no es posible decidir si una sola de estas teorías es cierta, o por el contrario uniendo varias, podemos llegar al verdadero origen del petróleo.

Se conocieron las diferencias entre los crudos de referencia, es decir, entre el WTI, crudo de referencia de america, y el BRENT, crudo de referencia de Europa.

BIBLIOGRAFIA

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