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)
Este método abiógeno considera que las sustancias inorgánicas, mediante transformaciones químicas, forman el petróleo. Pero es conocido que el petróleo tiene sustancias orgánicas. El problema que se plantea pues es saber que transformaciones dan lugar a materia orgánica a partir de materia inorgánica.
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 como campos 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.
Petróleo crudo. Composición y clasificación
El petróleo presenta las siguientes propiedades físicas:
- líquido oleoso, fluorescente a la luz
- su color depende del contenido y estructura delas sustancias resinosas. De este modo tendremos petróleos negros, oscuros, pardos, claros, incoloros.
Existen 5 condiciones limitativas para que se pueda formar petróleo
- Tiene que estar asociado con una roca sedimentaria
- Casi exclusivamente, todo el petróleo parece haberse originado en agua marina o salobre
- No parece necesario que haya existido una alta presión en el proceso de formación
- No se requieren altas temperaturas
- Parece que se ha formado en los periodos cábrico u ordovicense.
El petróleo es menos denso que el agua, por lo que se va a econtrar nadando sobre ella. Este crudo va a estar formado por elementos hidrocarbonados. Además, había otros elementos de naturaleza inorgánica que se habían depositado con la microflora y microfauna.
La composición del petróleo dependerá del yacimiento, de la zona donde se haya formado. Tiene menos cenizas que las puede tener un sólido fósil. El crudo tiene cantidades apreciables de sales como ClNa, Ca, Mg,.. debido a su formación en aguas marinas o salobres. Esto es un problema, porque los cloruros van a provocar corrosión, sobre todo los de Mg. Para ello, al entrar en el proceso de refino se va a realizar antes de nada un proceso de desalado.
Los compuestos orgánicos del petróleo son hidrocarburos de diversos tipos. La composición de un crudo de petróleo es bastante uniforme en cuando al contenido de C, H, S, N. La composición del gas es más variable. Dependerá del petróleo del que proceda, de su composición.
La mayoría de los compuestos del petróleo son los hidrocarburos (parte orgánica). Existen toda clase de hidrocarburos en el petróleo: hidrocarburos parafínico, nafténicos y aromáticos. Dentro de estos pueden ser lneales o ramificados.
- Parafínicos à alcanos: CnH2n+2: CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 e isómeros correspondientes
- Cicloalcanos
- Aromáticos
Dependiendo de la zona donde se forma el crudo tendremos más proporción de unos compuesto u otros. Es importante saber la composición del crudo, puesto que según su composición podremos obtener unos productos u otros del crudo.
Sin embargo, sea cual sea la procedencia del crudo, se va a mantener constante el contenido en C y H2, aunque tengan distintos compuestos hidrocarbonados (siempre dentro de una familia de crudos).
Los compuestos de naturaleza inorgánica son los que contienen N, S, O2 y elementos metálicos. Se encuentran en menores proporciones que, las cuales van a depender de la naturaleza del crudo. Es interesanter conocer la composición en elementos orgánicos, porque dependiendo de esta, someteremos al crudo a uno u otro tratamiento, y obtendremos unos productos u otros.
Algunos ejemplos de compuestos inorgánicos son:
- compuestos sulfuradosà mercaptano
- compuestos de O2
- compuestos de N2
- compuestos de metales (Li, Na, V, (va unido a compuestos nitrogenados)
Los crudos de petróleo se pueden clasificar en base a:
- composición
- viscosidad
- curva de destilación
Factor de caracterización Kuop
El factor Kuop, es un valor que permite identificar o caracterizar el tipo de crudo en cuanto a su composición química, (base parafinica, mixta, naftenica, aromática).
Este índice tiene unos valores para
- parafínicos normales/ isoparafínico
- nafténicos puros
- aromáticos puros
La temperatura volumétrica media, es la temperatura de ebullición de un componente hipotético con características equivalente a la mezcla de hidrocarburos analizada.
K= 13 BASE PARAFINICA
K= 12 BASE MIXTA
K= 11 BASENAFTENICA
K = 10 BASEAROMATICA
Fraccionamiento del crudo de petróleo. Principales productos obtenidos
El fraccionamiento del crudo de petróleo consiste en efectuar un proceso mediante el cual, aplicando temperatura a unna fracción del crudo, separemos los distintos componentes según el punto de ebullición de cada uno, el cual depende del número de átomo de C que tenga el componente, junto con su naturaleza.
Una vez que llega el crudo a la refinería hay que efectuar las siguientes operaciones:
- Desalado: se trata de eliminar la mayor parte de sal posible y a su vez la mayor parte de contenido en H2O.
- Introducimos el crudo en la torre de destilación a presión atmosférica. Por la cabeza de la torre obtendremos los gases licuados (que son los más ligeros: naftas ligeras, kerosenos,...). Después obtenemos los componentes más pesados, que se denomina residuo atmosférico.
Ya que a presión atmosférica no conseguimos separar más componentes distintos por ebullición, lo que se hace para depurar más el residuo atmosférico es pasarlo a una torre atmosférica donde se le va a hacer la destulación a vacío. Conseguimos separar más componentes de este modo, puesto que en el vacío bajan los puntos de ebullición.
A los residuos obtenidos en el vacío es necesario hacerles posteriormente otros tratamientos.
Los diferentes productos que obetenemos al separalos en los cortes de destilación, que son los intervalos de temperatura en los cuales, mediante ebullición, separaremos los diferentes productos.