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Universidad de Carabobo.

Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología.

Departamento de Química.

Coordinación de Pasantías.

CARACTERIZACIÓN DE DOS CORRIENTES DE HIDROCARBURO DE UN

PROCESO DE REFINACIÓN

Autor: Ricardo Girón.

Tutor Académico: Dr. Juan Carlos Pereira

Tutor Industrial: Lic. Alexis Escobar

Octubre, 2013

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INDICE

1. Objetivos

2. Resumen

3. Metodología

4. Tablas de Datos y Resultados

5. Discusión de Resultados

6. Conclusión

7. Bibliografía

8. Formula

9. Anexos

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5

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9

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OBJETIVOS

Objetivo General:

Caracterizar dos corrientes de hidrocarburo de un proceso de

refinación.

Objetivos Específicos:

Determinar experimentalmente el rango de ebullición de la fracción

analizada mediante el método ASTM D-86.

Determinar el punto de anilina de las fracciones mediante la norma

NVC 1090.

Determinar el número de Kauri butanol de las fracciones mediante la

norma NVC 2316.

Determinar la concentración de azufre por energía de dispersión de

rayos x mediante el método ASTM D-4294.

Determinar la composición de la muestra por espectrometría de masa

mediante la norma NVE 151.

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RESUMEN.

Ciertos compuestos orgánicos solo contienen dos elementos, Hidrógeno y

carbono, por lo que se conocen como Hidrocarburos. Hay miles de

combinaciones posibles de hidrógeno y carbono, por lo tanto, hay miles de

hidrocarburos diferentes; pero cada uno es una sustancia definida que posee

propiedades que lo distinguen de los demás. De allí viene la importancia de

esta pasantía la cual tiene como objetivo principal la caracterización de dos

corrientes de hidrocarburos en un proceso de refinación. Para lograr dicho

objetivo se realizaron diversos métodos como el ASTM D-86 y el ASTM D-

4294 y diversas normas como el NVC 1090, NVC 2316 y NVE 152.

Determinando que la corriente A se trataba de un hidrocarburo 100%

aromático, en comparación a la corriente B que contiene diversos

compuestos de hidrocarburo como cicloalcano, parafinas entre otros.

La pasantía fue realiza en la Industria Venoco C.A, Ubicada en Guacara,

Estado Carabobo. Industrias Venoco, C.A., es una empresa dedicada a la

comercialización de productos químicos, petroquímicos y lubricantes.

Manufactura y comercialización de grasas y aceites lubricantes y sus

aditivos, fluido para frenos y productos especiales de automotor. Venoco,

teniendo como principio guía la satisfacción de las necesidades de sus

clientes, promueve, opera y lideriza negocios rentables propios o en

asociación dentro de la industria química, petroquímica, de lubricantes y sus

actividades conexas orientadas al mercado nacional e internacional,

valiéndose de sus propios meritos y capacidades y de sus ventajas

competitivas reales en tecnología y recursos humanos.

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METODOLOGÍA.

Método ASTM D-86 (Destilación de productos derivados del petróleo):

1. Clasificar la muestra problema según sus características y acondicionar el

equipo como lo especifica el método (ver anexo Figura 1, 2 y 3)

2. Tomar (100.00±0.08)ml de la muestra problema y colocarlo en un balón

según el método.

3. Colocar el balón en el aparato y ajustar la temperatura de inicio según a

sus características.

4. Anotar la temperatura al momento que cae la primera gota de destilación y

anotar la máxima temperatura que alcanza el destilado

Norma NVC 1090 (Punto de anilina):

1. Agregar cierta cantidad de glicerina en la camisa del tubo de tal forma que

cubra gran parte del tubo del ensayo (ver anexo Figura 4)

2. Tomar (10.00±0.02) ml de anilina y (10.00±0.02) ml de la muestra

problema y añadirlo en el tubo de ensayo provisto de agitador y

termómetro.

3. Aplicar calor directamente a la camisa del tubo y agitar rápidamente la

mezcla de anilina-muestra de vez en cuando, hasta que se obtenga la

completa miscibilidad.

4. Dejar enfriar la mezcla, controlando la temperatura y reportar el punto de

anilina la temperatura a la cual se separan las dos fases.

Norma NVC 2316 (Número de Kauri-Butanol):

1. Pesar (20.00±0.01) en un matraz Erlenmeyer la solución de Kauri-Butanol.

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2. Colocar la solución en un baño de agua manteniendo la temperatura a

(298 ±1) K.

3. Llenar la bureta con la muestra problema y añadir gota a gota con

agitación constante a la solución de Kauri-Butanol hasta la presencia de

turbidez.

4. Verificar la temperatura en el matraz inmediatamente después de que se

ha obtenido el punto final. Si la temperatura es mayor de 299 K o menor

de 297 K repetir la valoración

Método ASTM D-4294 (Concentración de azufre por energía de

dispersión de rayos x):

1. Tomar cierta cantidad de la muestra problema y colocarlo en el recipiente

Colocar el recipiente en el equipo equipo X-Supreme 800 y anotar el

resultado.

Norma NVE 151 (Cromatografía de gases):

2. Inyectar 1 uL de muestra problema en el puerto de inyección, mediante

una microjeringa.

3. Obtener el cromatógrafo de la muestra problema.

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TABLA DE DATOS Y RESULTADOS.

Tabla #1: Rango de destilación obtenido por el método ASTM D-86

Corrientes de

Hidrocarburo

Temperatura Inicial (±1) ºC Temperatura Final(±1) ºC

Corriente A 131.5 185

Corriente B 145 206

Tabla #2: Punto de Anilina obtenido por la norma NVC 1090

Corrientes de

Hidrocarburo

Punto de Anilina(±1) ºC

Corriente A 30

Corriente B 54

Tabla #3: Número de Kauri-Butanol obtenido por la norma NVC 2316

Corrientes de

Hidrocarburo

Volumen gastado en la

bureta (±0.20) ml

Número de Kauri-

Butanol (±0.1)

Corriente A 88.60 89.4

Corriente B 35.89 38.9

Tabla #4: Concentración de azufre obtenido por el equipo X-Supreme 800

mediante el método ASTM D-4294

Corrientes de

Hidrocarburo

Concentración de Azufre

(±0.1)ppm

Corriente A 191.8

Corriente B 231.0

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Tabla #5: Determinación la composición de la muestra por espectrometría de

masa mediante la norma NVE 151.

Corrientes de

Hidrocarburo

Compuestos

Aromáticos

Compuestos

Parafinicos

Compuestos

Naftenicos

Corriente A 100 % - -

Corriente B 36.53 37.31 26.16

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DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

Los hidrocarburos son compuestos de carbono e hidrógeno que,

atendiendo a la naturaleza de los enlaces, pueden clasificarse de la siguiente

forma [1]:

Saturados Alcanos

Alifáticos Alquenos

Hidrocarburos Insaturados Alquinos

Aromáticos

En esta pasantía se caracterizaron dos corrientes de hidrocarburo de un

proceso de refinación. Para su caracterización primero se aplico el método

ASTM D-86, de acuerdo al método las muestras a analizar se clasifican en

uno de los cuatro grupos que contempla el método, de acuerdo a las

propiedades de la misma, clasificándolas en el grupo 4 (ver anexo, Figura 1)

Se colocaron 100.00 ml de la muestra problema en el balón de destilación

adicionalmente se utilizaron tanto el soporte como termómetro

correspondiente al método, y se aplico la rampa de temperatura establecida

por la técnica (ver anexo Figura 2 y 3). La destilación se realizo en una

unidad de destilación de laboratorio a presión ambiente, la cual se muestras

en la siguiente figura [2].

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FIGURA 1: Unidad de destilación para el método ASTM D-86.

Se reporto la temperatura de ebullición cuando cayó la primera gota y

cuando se alcanzo la máxima temperatura del destilado (ver Tabla #1).

Queda evidente que al aumentar el peso molecular, aumenta la temperatura

de ebullición, ya que depende de la masa molecular de la sustancia [3]. Este

hecho se manifiesta debido a las fuerzas intermoleculares del tipo London, o

también conocidas como fuerzas dipolo-dipolo, siendo la corriente B la que

presenta mayor fuerza intermolecular, es decir, mayor peso molecular en

comparación a la corriente A que posee rango de temperatura menor.

El punto de anilina (norma NVC 1090), es la menor temperatura, en

grados Celsius, a la cual un producto de petróleo es completamente miscible

en un volumen igual de anilina [4]. Para la determinación del punto de anilina

de la muestra problema se realizo el siguiente montaje:

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FIGURA 2: Montaje para la determinación del punto de anilina para la muestra problema.

En donde en el tubo de ensayo (ver anexo, Figura 4) se encuentran los 10

ml de la corriente de hidrocarburo y los 10 ml de anilina. Obteniéndose que

la corriente A, es 100 % aromático ya que reporta una temperatura muy baja

en comparación a la muestra B que es rica de compuestos nafténicos (ver

tabla #2). En otras palabras, un producto de alto punto de la anilina será bajo

en compuestos aromáticos y nafténicos y, por lo tanto, alto en parafinas.

El Kauri-Butanol es otro parámetro para la caracterización de hidrocarburo

y es la cantidad en cm³ del solvente necesario para producir un grado

definido de turbidez en 20 g de una solución de resina de Kauri en alcohol

butílico normal [4]. La corriente A dio un alto valor de Kauri-Butanol indicando

un poder disolvente relativamente fuerte por los compuestos aromáticos

presentes en el, mientras que la corriente B da un bajo poder de disolvente

(ver tabla #3), es decir, no contiene muchos compuestos aromáticos.

El método ASTM D-4294, cubre la medición de azufre total en petróleo y

productos del petróleo que estén en una sola fase y que sean líquidos en

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condiciones ambientales, que se fundan con moderado calor o sean solubles

en solventes de hidrocarburos. Un alto contenido de azufre puede provocar

corrosión en equipos de refinación como otros problemas en proceso de

refinación [2]. El equipo utilizado fue el X-Supreme 800 (Figura 3). El cual

obtuvo una concentración de 191.8 ppm de la corriente A y 232ppm de B (ver

tabla #4).

FIGURA 3: Equipo X-Supreme 800 para la determinación de azufre.

La espectrometría de masa fue realizada de acuerdo a la norma NVE 151.

El cual, consiste en aportar la energía suficiente para fragmentar e ionizar las

moléculas, después se aceleran los fragmentos a gran velocidad, en función

de su masa se separan en el espacio y llegan por separado a un detector de

masa [5]. Determinándose que efectivamente la corriente A es 100%

aromáticos y la corriente B contiene distintos compuestos (ver tabla #5), esto

se determino gracias a la biblioteca virtual que contiene el cromatografo (ver

figura 4).

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A B

FIGURA 4: Cromatografo reportado por el equipo. A) Cromatografo de la corriente A. B)

Cromatografo de la corriente B

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CONCLUSIÓN.

El rango de temperatura de ebullición de la corriente A y B son

entre 131.5 y 185 ºC y entre 145 y 206 ºC, respectivamente, siendo

la corriente B la que tiene mayor peso molecular.

El punto de anilina de la corriente A representa un alto contenido

de compuestos aromáticos dando una temperatura 30 ºC, en

comparación a la corriente B que posee un bajo contenido de

compuestos aromáticos.

El valor de Kauri-Butanol de la corriente A y B fueron de 89.396 y

38.94 respectivamente, indicándonos un poder de disolvente

relativamente fuerte para la corriente A y esto es debido a los

compuestos aromáticos presentes en el.

El contenido de azufre reportado por el equipo X-Supreme 800 fue

de 191.8 y 232 ppm para la corriente A y B respectivamente.

Se verifico por medio de la espectrometría de masa que la

corriente A contiene solo compuestos aromaticos, mientras que la

corriente B contiene compuestos aromáticos, nafténicos y

parafinas.

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BIBLIOGRAFÍA.

1. Hart, H.; Craine, L.; Hart, D.; Hadad, C.; Química Orgánica.

Decimosegunda edición. Editorial McGraw-Hill. España. 2007.

2. Manual de Normas ASTM. Suministrada por la Industria Venoco C.A.

3. Brown, N.; LeMay, H.; Bursten, B.; Burdge, J.; Química. La ciencia central.

Novena edición. Editorial Pearson Educación. Mexico. 2004.

4. Manual de Normas COVENIN. Suministrada por la Industria Venoco C.A.

5. Manual de Normas NVE. Suministrada por la Industria Venoco C.A.

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FORMULA.

El número de Kauri-Butanol se obtiene de acuerdo con la siguiente

fórmula:

Número de Kauri-Butanol = 65 (V2 – V1) +40

V – V1

Donde:

V = Volumen de tolueno empleado en la valoración de 20 g de Kauri-Butanol,

expresado en cm3

V1 = Volumen de heptano – tolueno empleado en la valoración de 20 g de

Kauri-Butanol, expresado en cm3

V2 = Volumen de muestra empleada en la valoración de 20 g de Kauri-

Butanol, expresado en cm3

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ANEXOS

Figura 1: Características de la muestra según el grupo por el método ASTM

D-86

Características de la muestra

Grupo 0 Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4

Tipo de destilado Gasolina natural

-- -- -- --

Pasión de vapor a 37.8ºC

-- ≥ 65.5 ≤ 65.5 65.5 65.5

Destilación:

Punto inicial de ebullición, ºC

Punto final de ebullición, ºC

--

--

--

≤ 250

--

≤ 250

≤ 100

250

100

250

Temperatura del recipiente de la

muestra, ºC

0 a 4.5

0 a 10

--

--

--

Temperatura de almacenamiento de la muestra, ºC

0 a 4.5

0 a 10

0 a 10

Ambiente

Ambiente

Si la muestra contiene agua

Volver a muestrear

Volver a muestrear

Volver a muestrear

Secar Secar

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Figura 2: Características de la muestra según el equipo por el método ASTM

D-86

Equipo Grupo 0 Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4

Balón, mL

100

125

125

125

125

Termómetro

7C

7C

7C

7C

8C

Soporte del balón

A

B

B

C

C

Diámetro del hueco,

mm

32

38

38

50

50

Temperatura para iniciar el ensayo, ºC

Balón y termómetro

Soporte del balón y

cámara

Cilindro y muestra

0 a 4.5

≤ T amb.

0 a 4.5

13 a 18

≤ T amb.

13 a 18

13 a 18

≤ T amb.

13 a 18

13 a 18

≤ T amb.

13 a 18

≤ T amb.

--

13 a T amb

19

Figura 3: Partes del equipo de D-86 y su acondicionamiento.

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Figura 4: Aparato para determinar el punto de anilina