Determinación de pesos moleculares de crudos y fracciones petrolíferas

Abstract

El petróleo es un importante recurso energético, no renovable, formado por una mezcla compleja de hidrocarburos y otros compuestos, como azufre, nitrógeno, oxígeno, níquel o vanadio. Las principales propiedades físico-químicas de los crudos de petróleo para su caracterización son: temperatura de ebullición y curvas de destilación, densidad, viscosidad cinemática, puntos de niebla y de vertido y peso molecular. Estas propiedades proporcionan información acerca de los distintos tipos de crudos y de sus características. El peso molecular es indicativo del tamaño molecular y la estructura de un crudo de petróleo. Sin embargo, esta propiedad sigue siendo una incógnita y su conocimiento no aparece en las tablas de datos de crudos junto a las demás propiedades. Esto se debe a la baja precisión de la medida del peso molecular de crudos como consecuencia de su compleja y heterogénea composición. Existen cuatro métodos ampliamente usados para estimar el peso molecular de crudos y fracciones petrolíferas: crioscopia, cromatografía de permeación de gel, osmometría de presión de vapor y métodos de cálculo empíricos a partir de otras propiedades. El primer método se basa en estimar pesos moleculares de crudos y fracciones petrolíferas en función del descenso crioscópico o del punto de fusión del disolvente con el crudo en disolución. La cromatografía de permeación de gel (GPC) permite determinar el peso molecular tanto del crudo como de sus fracciones basándose en la distinta retención en una serie de columnas, que experimenta las moléculas en función del tamaño efectivo en disolución. En la osmometría de presión de vapor se realiza una medida indirecta de la diferencia de la presión de vapor entre la presión de vapor de la disolución problema y la del disolvente (muestra referencia), para determinar peso molecular de crudos y fracciones petrolíferas. Por último, cuando no se disponga de datos experimentales se recurre a emplear métodos empíricos para estimar el peso molecular del crudo de petróleo. El objetivo fundamental del presente trabajo de investigación consiste en la puesta a punto y optimización de dos métodos experimentales: calorimetría diferencial de barrido (DSC) y cromatografía de permeación en gel (GPC), los cuales sirven para la estimación de pesos moleculares de crudos de diferente estructura química y tipo. Al comparar las técnicas estudiadas en función del tipo de crudo, la fiabilidad de los métodos aumenta a medida que aumenta la densidad API de los distintos crudos, siendo no reproducible para crudos tipo pesado. Atendiendo a la base del crudo, los crudos de base parafínica presentan menores desviaciones que para los crudos de naturaleza nafténica. Los métodos experimentales obtuvieron resultados más precisos y por tanto serán más reproducibles cuanto más ligero sea el crudo y cuando su estructura química sea parafínica. La técnica basada en GPC parece más fiable que DSC para crudos tipo ligero y de base parafínica debido a que presentaron menores oscilaciones en los pesos moleculares de esos crudos. Los pesos moleculares estimados mediante las ecuaciones empíricas de Riazi y Lee- Kesler para crudos tipo ligero y de naturaleza parafínica se ajustan con gran precisión a los pesos moleculares experimentales obtenidos mediante DSC y GPC. Para crudos tipo medio y de base nafténica el ajuste de las ecuaciones teóricas con los resultados experimentales fueron aceptables, siempre que los crudos no sean de tipo pesado. Al estimar las fracciones del crudo E-1 mediante las dos técnicas experimentales (DSC y GPC), se verifica la fiabilidad de ambos métodos, ya que a medida que aumenta la temperatura de ebullición de la fracción el peso molecular aumenta.