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QUIMICA ANALITICA APLICADA Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos Tema 12. Productos petrolíferos. Características físicas y químicas.

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1 QUIMICA ANALITICA APLICADA Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos Tema 12. Productos petrolíferos. Características físicas y químicas. Especificaciones para las distintas fracciones.Algunas determinaciones en productos petroliferos : Cenizas, trazas de agua, indice de acidez y azufre

2 FRACCIONES DEL PETROLEO PETROLEO Es una sustancia compleja y de composición química variable. Está compuesto, principalmente, por una mezcla de hidrocarburos y algunos compuestos orgánicos de oxígeno, azufre y nitrógeno Los distintos compuestos se separan mediante destilación fraccionada PRODUCTOS PETROLIFEROS

3 Refinado Una vez extraído el crudo, se trata con productos químicos y calor para eliminar el agua y los elementos sólidos y se separa el gas natural. Destilación básica La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación.. Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes. El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno. Las zonas superiores de la torre de destilación proporcionan lubricantes y aceites pesados, mientras que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto. Craqueo térmico Aumenta el rendimiento de la destilación. Las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Alquilación y craqueo catalítico En la alquilación, las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador. En el proceso de craqueo catalítico, el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente dividido. Esto permite la producción de hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante alquilación, isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles. PRODUCTOS PETROLIFEROS

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5 ANALISIS DE PRODUCTOS PETROLIFEROS En los multiples procesos que tienen lugar en un complejo petroquímico, se obtienen combustibles y determinados compuestos que son la base de diversas cadenas productivas que acaban en una amplia gama de productos denominados petroquímicos, que después se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras. El papel que desempeña el Análisis Químico en la Industria del petroleo es fundamental, ya que los prductos de partida, los intermedios y los productos finales han de ser analizados con el fin de obtener los maximos rendimientos en los diferentes procesos A modo de ejemplo veremos los siguientes análisis: 1.- Determinación de cenizas 2.- Indices de neutralización 3.- Determinación de trazas de agua 4.- Determinación de Azufre Cenizas en productos petroliferos Indican las impurezas o contaminación. Se determinan en productos petroliferos como destilados, combustibles residuales, aceites lubricantes, ect, que no contengan aditivos que puedan dar cenizas Método: 1.- Se quema la muestra hasta que solo quede cenizas y carbón 2.- El residuo carbonoso se reduce a cenizas por calentamiento en un horno de mufla a 775 ºC, se enfria y se pesa El contenido se calcula : X(%) m/m = m 1 / m 2 x 100 m 1 = g de cenizas m 2 = g de muestra

6 ANALISIS DE PRODUCTOS PETROLIFEROS Determinación de los índices de neutralización por volumetría con indicador Tienen como objetivo determinar los constituyentes ácidos o básicos de productos petrolíferos solubles o parcialmente solubles en mezclas de tolueno y alcohol isopropílico. Se definen trés indices: a) De ácidez total: mg de KOH necesarios para neutalizar los ácidos en 1 g de muestra ; b) De ácidez fuerte: mg de KOH necesarios para neutalizar los ácidos fuertes en 1 g de muestra y c) De basicidad fuerte : mg de KOH necesarios para neutalizar una cantidad de ácido igual a la que se necesita para neutralizar las bases fuertes existentes en 1 g de muestra Determinación del indice de acidez total : Se disuelve la muestra en 100 ml de disolvente (tolueno(50): alc. Isopropilico(49,5)): agua(0,5)) y 0,5 ml de indicador (p- naftolbenzoina) y se valora con KOH 0,1 N hasta viraje de amarillo anaranjado a verde parduzco. Determinación del indice de base fuerte: Si el disolvente y el indicador con la muestra disuelta toma un color verde parduzco, se valora con HCL 0,1 N hasta viraje a amarillo anaranjado Determinación del indice de acido fuerte : Se extraen de la muestra los ácidos fuertes extrayendolos en agua hirviendo y se valora con KOH 0,1 N y naranja de metilo hasta viraje de rojo a marrón. Resultados : I.a.total= 5,61 f (V 1 -V 2 )/m ; V 1 = ml KOH 0,1 N en la valoración ; V 2 = ml KOH 0,1 N con el blanco; m= masa en g de la muestra

7 ANALISIS DE PRODUCTOS PETROLIFEROS Reacción : I 2 + SO C 5 H 5 N + H 2 O 2 C 5 H 5 N · HI + C 5 H 5 N · SO 3 Reactivo de Fischer : Se disuelve el I 2 en C 5 H 5 N y metanol. Se enfria la mezcla por debajo de 3,9 ºC.Se hace burbujear SO 2 en la mezcla refrigerada Determinación de trazas de H 2 O con el reactivo de Karl Fischer Disolvente de la muestra: CH 3 OH: Cl 3 CH (1:3) Valoración del reactivo: 1.-Se añade un volumen de disolvente (50 ml) en el frasco de valoración, y se ajusta el potenciometro a 1 μA. 2.-Se añade una gota de H 2 O destilada pesada con la precisión de 0.1 mg. 3.- Se añade el reactivo desde la bureta hasta que se detecte el punto final ( cuando cese la electrolisis) 4.- Se calcula el factor de equivalencia F= M / V, donde M es la masa de agua añadida y V el volumen de reactivo gastado Valoración :1.-Se disuelve la muestra en el disol- vente y se valora con el reactivo factorizado. 2.-Se calcula el agua mediante la expresión: Agua(ppm) = 1000 F V 2 / M 2 donde V 2 es el volumen en ml de reactivo gastado y M 2 es la masa en gramos de la muestra

8 ANALISIS DE PRODUCTOS PETROLIFEROS Determinación de Azufre en productos petroliferos Método de alta temperatura Se aplica a muestras con P.E >177 ºC, con S 177 ºC, con S < 0.06 %. Método: Se quema la muestra en corriente de oxígeno (se transforma el 97 % de S en SO 2 ). Los productos de la combustión pasan a traves de un adsorbente que contiene KI y almidón. Al añadir a esta disolución otra valorada de KIO 3 se forma I 2 (azul con almidón). El SO 2 que va pasando reduce el I 2 formado (desaparece la coloración). Para que se mantenga la coloración se sigue añadiendo KIO 3, y la cantidad añadida de esta disolución es una medida del S que contiene la muestra. Se utilizan dos tipos de hornos: a)Horno de inducción (Figura 1) Se alcanzan temperaturas de 1480 ºC en la zona de combustión de la muestra b)Horno de resistencia (Figura 2) : Se alcanzan temperaturas de al menos 1315 ºC. Para saber si la temperatura es la adecuada se calcula el factor del alumbre, mediante la expresión : F = S a m a / 100(V a -V b )c 1

9 ANALISIS DE PRODUCTOS PETROLIFEROS Determinación de Azufre en productos petroliferos Método de la lampara Método: Consiste en la combustión de la muestra por medio de una lampara adecuada en atmosfera artificial (70 % de CO 2 y 30 % de O 2 ) para evitar la formación de óxidos de nitrógeno con el N 2 del aire Los óxidos de S se oxidan a H 2 SO 4 haciendolos pasar por una disolución de H 2 O 2 exenta de CO 2 (pasando aire). El S de determina valorando con NaOH el H 2 SO 4 producido o determinandolo gravimetricamente o por turbidimetria en forma de BaSO 4 Valoración con NaOH : Se valora con NaOH y rojo de metilo. % S (m/m) = V N / m (g)


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