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Análisis de contaminantes



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    Introducción ? Los yacimientos petrolíferos
    contienen arenas bituminosas que son compuestos de una especie de
    betún con sales y agua, los cuales deben ser removidos
    para realizar posteriormente el proceso de
    refinación.

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    Agua congenita El agua congenita es agua salada que se encuentra
    en los intersticios de la roca, asociada a la explotación
    de hidrocarburos. En México, durante 2002, en la
    explotación de petróleo crudo y gas natural, se
    produjeron 12.09 millones de metros cúbicos de agua
    congénita, de los cuales se reinyectó 86.4%.

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    y Tratamiento de aguas congénitas ? En México el
    agua congenita se utiliza en la recuperación secundaria,
    por lo que se debe someter a una tratamiento de
    “limpieza”. Considerando las características
    la composición del subsuelo en la zona donde se
    realizará la inyección del agua tratada, se
    identificaron los contaminantes cuya remoción es
    indispensable. En primer lugar, para evitar el fenómeno de
    colmatación, se necesita remover completamente los
    sólidos suspendidos así los compuestos que generan
    el agua calcárea.

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    Remoción de sólidos y minerales ? Los minerales son
    eliminados mediante el ablandamiento con cal y carbonato de
    sodio, seguido por una sedimentación para eliminar los
    sólidos, además de que es un tratamiento efectivo
    para la remoción de la dureza (más de 98%).

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    Sales ? La presencia de sales en el petróleo crudo es un
    serio problema a la perforación, bombeo y los procesos de
    refinado, así como durante el transporte. Los niveles
    excesivos de sal puede causar problemas de corrosión y
    obstrucción de los ductos ocasionando perdidas
    económicas. El contenido de sal en el petróleo
    crudo es variable pero el promedio debe estar en 23.5
    lbs/bls.

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    Determinación de sal en el crudo Existe una gran
    diversidad de métodos para determinar la cantidad de sal
    en el petróleo crudo. Puede ser mediante: -Procesos
    experimentales -Analizadores de sales -Métodos
    Electrométricos

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    Método Experimental Este procedimiento se usa para
    determinar la cantidad de sal en el petróleo crudo en
    lbs/1000 bls -Agitar la muestra e inmediatamente transferir y
    tomar 50ml con una probeta – Verter la probeta en un embudo de
    separación e ir agregando xileno de 10 en 10 ml hasta
    llegar a 50mil -Agregar de 3 a 5 gotas de desemulsificante (F-46)
    e inhibidor de sulfuro. -Agregar 50 ml de agua destilada
    hirviendo y tapar el embudo -Invertir el embudo de
    separación 2 o 3 veces mientras se ventila libera
    presión hasta que no haya presión aparente -Agitar
    el embudo 5 minutos. -Cuando las capas de agua y muestra se
    separen, separar las capas por filtración utilizando papel
    filtro # 1. -Realizar un blanco

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    Analizadores de sales ? El contenido de sal se determina midiendo
    la conductividad de una solución de petróleo crudo
    en un disolvente, cuando se somete a una eléctrica alterna
    actual y se obtiene mediante la comparación de la
    conductancia resultante a un Curva de calibración de
    mezclas de sales conocidos. Koehler Instrument Company
    K23050

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    Método Electrométrico Este método nos da una
    aproximación de la cantidad presente de cloruro y su con
    concentración en el petróleo crudo. Este
    método mide la conductividad en el petróleo crudo y
    los valores indicados en unidades SI deben ser considerados como
    los estándares.

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    Afectaciones y perdidas ? Las pérdidas económicas a
    causa de la sal se enfoca principalmente en la corrosión;
    La corrosión afecta los gastos pues hay que contemplar
    situaciones como son el costo del cambio o reparación del
    metal corroído incluyendo, claro está, el costo de
    la mano de obra requerida. La rotura por corrosión de un
    tramo de tubería de abastecimiento de agua a una
    refinería de petróleo, puede costar miles de pesos.
    ? La contaminación es otro factor importante, pues
    además de presentar amonestaciones económicas
    existen severas consecuencias para el ambiente que son
    dañinas y difíciles de contener.

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    Deshidratación y Desalación En México, PEMEX
    realiza la desalación y deshidratación del crudo.
    Estos procesos tienen a ser muy costosos, sin embargo se vuelven
    mucho mas rentables cuando se encuentra un aprovechamiento
    adecuado de desechos* esta alternativa se ha visto en el proceso
    de recuperación secundaria de los yacimientos, reduciendo
    costos , y aumentando la productividad

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    Deshidratación del crudo La deshidratación de
    crudos es el proceso mediante el cual se separa el agua asociada
    con el crudo, ya sea en forma emulsionada o libre, hasta lograr
    reducir su contenido a un porcentaje igual o inferior al 1 % de
    agua.

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    Agua Libre El agua libre, se separa fácilmente del crudo
    por acción de la gravedad, tan pronto como la velocidad de
    los fluidos es la indicada

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    Emulsiones La otra parte del agua está combinada con el
    crudo en forma de emulsión de gotas de agua dispersadas en
    el aceite Las emulsiones se pueden reducir eliminando la
    turbulencia y removiendo el agua del aceite lo más pronto
    posible.

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    Métodos de deshidratación Existen diversos
    métodos para realizar la deshidratación del
    petróleo. En general, se usa una combinación de los
    métodos térmicos y químicos con uno
    mecánico o eléctrico para lograr la
    deshidratación efectiva de la emulsión . La
    deshidratación del crudo nos permite evitar ? El agua
    causa corrosión en tanques y oleoductos ? Aumento en el
    costo de transporte del petróleo ? Mayor gasto de los
    equipos debido al manejo de un volmen tas grande

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    Sedimentación y deshidratación Es el método
    mas simple, consiste en la utilización de la fuerza de
    gravedad para que las gotas puedan sedimentarse. Se llenan
    tanques con petróleo y se le deja estático para la
    sedimentación, posteriormente se le aplica calentamiento y
    un desemulsificante. Con ayuda de deflectores se realiza la
    desgasificación y se evita que vuelvan a surgir
    emulsiones

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    Tratamiento térmico El tratamiento por calentamiento
    consiste en el calentamiento del crudo mediante equipos de
    intercambio de calor. En este método se le aplica calor a
    la emulsión para reducir la tensión superficial y
    poder romperla aumentado la solubilidad, reduciendo la viscosidad
    lo que promueve la separación por gravedad Esto acelera la
    velocidad de los desemulsificantes así como la
    expansión y gasificación de agua debido al
    gradiente de temperatura

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    Tratamiento eléctrico ? Involucra la utilización de
    un campo eléctrico con el propósito de que las
    gotas se muevan a los electrodos y caigan por gravedad, esto
    sucede porque las partículas sean atraídas entre si
    cuando se forma un campo eléctrico de alto voltaje, estos
    procesos son poco rentables, pues requieren de mayor temperatura
    y presión que los procesos quimicos

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    Tratamiento químico El tratamiento químico consiste
    en aplicar un producto desemulsionante, el cual debe ser
    inyectado tan temprano como sea posible a nivel de superficie o
    en el fondo del pozo. Esto permite más tiempo de contacto
    y puede prevenir la formación de emulsión y permite
    su gravedad. posterior separación por

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    Desalación del crudo El crudo antes de ser fraccionado,
    debe ser acondicionado para lograr una operación
    eficiente. El petróleo que se recibe en las
    refinerías, contiene impurezas que son perjudiciales para
    los equipos, productos y procesos. Las sales, como el cloruros de
    sodio, calcio y magnesio, estas sales en las condiciones del
    proceso se hidrolizan formando ácido clorhídrico,
    que es altamente corrosivo y sumamente perjudicial para los
    equipos.

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    Desalado Los sólidos y las sales disueltas en dispersas
    suspensión son extraídas en los desaladores ya que
    es muy caro decantarlas y eliminarlas por gravedad.

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    Desalador

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    Dosificación de NaOH Puesto que los desaladores tienen una
    eficiencia media del 95% no elimina la totalidad de las sales,
    por tal motivo se les inyecta una solución NaOH para
    convertirlas en NaCl. El cloruro de sodio tiene una constante de
    hidrólisis menor que las otras sales, lo cual se minimiza
    la formación de acido, por ende reduce la
    generación de corrosión a la unidad.

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    Azufre La presencia de azufre puede afectar críticamente
    la viabilidad económica de un pozo petrolero, pues si
    contiene demasiado será necesario agregar un proceso de
    adulzamiento. El azufre es un elemento natural del
    petróleo crudo. Los combustibles que se obtienen del
    petróleo, pueden variar su % de azufre en dependencia del
    tipo de crudo. Los combustibles pesados normalmente tienen un
    alto contenido de azufre.Los combustibles livianos tienen un
    menor contenido de azufre porque éste puede reducirse o
    eliminarse durante el proceso de refinación.

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    Sulfuros presentes en el crudo El azufre elemental y algunos
    compuestos derivados de el, pueden estar presentes en el
    petróleo crudo como el acido sulfhídrico (H2S),
    mercaptanos, sulfuros, tiofenos y di sulfuros entre otros. El
    sulfuro de hidrógeno el principal contribuyente a la
    corrosión en las unidades de procesamiento de
    refinería y las tuberías; otras sustancias
    corrosivas son el azufre elemental y mercaptanos. Según el
    porcentaje de azufre que contenga el petróleo, este se
    puede clasificar en petróleo dulce o petróleo
    amargo.

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    Petróleo dulce El petróleo dulce es un tipo de
    petróleo al que se le da esta clasificación cuando
    su porcentaje de azufre es menor al 0.42% El petróleo
    dulce contiene pequeñas cantidades de sulfuro de
    hidrógeno y dióxido de carbono .Es considerado un
    petróleo de alta calidad por lo que tiene una gran demanda
    a nivel mundial. El término "dulce" se origina en el hecho
    de que un bajo nivel de azufre proporciona un sabor ligeramente
    dulce y olor agradable. ?

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    Petróleo amargo A un petróleo se le cataloga como
    amargo cuando posee una alta cantidad de impureza de azufre
    (superior al 5%) La mayoría del azufre en el
    petróleo crudo se produce unidos a átomos de
    carbono, con una pequeña cantidad produce como azufre
    elemental en solución y como sulfuro de hidrógeno .
    Aceite amargo es tóxico y sumamente corrosivo,
    especialmente cuando el aceite contiene altos niveles de sulfuro
    de hidrógeno, por lo que necesita ser retirado antes de
    ser transportado por los petroleros , por razones de
    seguridad.

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    Determinación de azufre en el crudo Para determinar el
    contenido de azufre podemos usar la técnica de
    Fluorescencia de rayos X. El método es rápido, no
    destructivo y requiere mínimas cantidades de la
    muestra

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    Fluorescencia de rayos X La muestra se coloca en la trayectoria
    de un haz de rayos X. Los rayos X excitan los átomos de
    azufre y los rayos parciales restantes se dispersan. El detector
    genera impulsos eléctricos que son proporcionales a la
    energía entrante de rayos-X. La concentración de
    azufre se calcula mediante la comparación de los recuentos
    obtenidos a partir de los pulsos con los de los estándares
    de calibración.

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    Hidrodesulfuración del crudo La hidrodesulfuración
    también conocido como HDS es un proceso en el que se
    elimina el azufre del petróleo crudo. La reducción
    de azufre se lleva a cabo mediante hidrogenólisis
    rompiendo el enlace C-S para producir H2S e hidrocarburos libres
    de azufre No obstante, durante el proceso ocurren reacciones
    secundarias como la hidrogenación. La reacción de
    hidrodesulfuración se lleva a cabo en un reactor a
    elevadas temperaturas que van desde 300 a 400 º C y elevadas
    presiones que van desde 30 hasta 130 atmósferas de en
    presencia de un catalizador que consiste de una alúmina
    impregnada con base de cobalto

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    Hidrogenólisis La hidrogenólisis es una
    reacción en la cual el enlace carbono- azufre se escinde
    por hidrógeno. La reacción consiste en introducir
    hidrógeno en la molécula produciendo sulfuro de
    hidrogeno, que se elimina posteriormente en una columna de
    “stripping”. Posteriormente el sulfuro de
    hidrógeno se recupera y finalmente se convierte en
    azufre

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    Hidrogenación ? Este proceso se emplea comúnmente
    para o saturar compuestos orgánicos . alquenos.
    hidrógeno se añade a dobles y triples enlaces en
    hidrocarburos, a diferencia de la hidrogenólisis
    aquí solamente se añade el hidrogeno sin romper
    enlaces.

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    Proceso de superclaus El objetivo principal de este proceso es
    convertir el H2S en azufre elemental. Las plantas recuperadoras
    de azufre que cuentan con el proceso de superclaus tienen un
    rendimiento de recuperación de azufre de 98.5% a
    diferencia de las plantas de Claus que no supera el 95%. En el
    proceso de superclaus se usa alúmina (Al 203) mismo
    catalizador que se usa con Claus con la a diferencia de que en el
    proceso de Claus solo pasa por un catalizador mientras que en
    superclaus pasa por 3, los 2 primeros son de Al203 y el tercero
    es por un catalizador de oxidación selectiva, por lo que
    con el tercer catalizador se alcanza una pureza del 99.9% de
    pureza pues no oxida el h2s a azufre y a agua sino que lo deja
    como acido sulfhídrico y dióxido de azufre.

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    Diagrama de flujo Claus

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    Diagrama de flujo Superclaus

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    Nitrógeno ? La industria petrolera es la tercera
    generadora de óxidos de nitrógeno, los gases del
    óxido de nitrógeno son un grupo de gases que
    combinan nitrógeno y oxígeno; los óxidos de
    nitrógeno reaccionan con la luz solar. Estos gases son
    también componentes de la lluvia ácida, la
    exposición a altos niveles de óxidos de
    nitrógeno pueden causar náuseas, irritación
    de los ojos y la nariz, formando edemas pulmonares.

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    ? ? Determinación de N2 en el crudo La cantidad de N2 en
    el petróleo puede medirse mediante: Proceso de Kjeldahl:
    este procese refleja la cantidad total de nitrógeno en el
    agua analizada Proceso de quimioluminiscencia: determina trazas
    de nitrógeno total.

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    Hidrodesnitrogenación (HDN) Igual que en la
    reducción de azufre en la hidrodesnitrogenación se
    realiza una reacción para reducir el contenido de
    nitrógeno en el petróleo.(no puede exceder las 50
    ppm o envenenaría el catalizador) La reacción de
    hidrodesnitrogenación se ha postulado como ocurre en tres
    pasos: C 5 H 5 N + 5H 2?C 5 H 11 N + H 2? C 5 H 11 NH 2 + H 2? C
    5 H 12 + NH 3

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