Control Calidad Derivados Petroleo Catedra 1 [Modo de Compatibilidad]

CONTROL DE CALIDAD DE LOS DERIVADOS DEL PETROLEO

Facilitador: Ing. Raúl Serrano C., MSc 2014

CONTROL DE CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES Densidad Volatilidad Combustión Fluidez Corrosividad

DENSIDAD 141,5 ºAPI =

-

131,5

SG 15,6 ºC GASOLINA: 50 a 62 ºAPI KEROSEN: 40 a 45 ºAPI DIESEL:

25 a 40 ºAPI

LUBRICANTES: 20 a 30 ºAPI COMBUSTIBLES RESIDUALES: 12 a 20 ºAPI

Ejemplo: Un aceite diesel tiene una gravedad API observada igual a 35, siendo la temperatura de la muestra de 85°F. Determine la gravedad API de este diesel.

La gravedad API del diesel de este ejemplo es de 33.1

VOLATILIDAD

DESTILACION PRESION DE VAPOR REID PUNTO DE INFLAMACION

Destilación La destilación es el proceso usado para la separación del crudo en varias fracciones. En un laboratorio se usa este método, (Destilación ASTM) para determinar el margen o amplitud de ebullición de los derivados del petróleo, así como para determinar los volúmenes o cantidades vaporizadas a determinadas temperaturas. Este ensayo se realiza en gasolinas, kerosene, solventes y diesel.

Parámetros de la destilación Dependerán del combustible a destilar: Punto inicial de destilación: IBP, Temperatura a la que cae la primera gota de destilado Punto final de destilación: EBP Volumen de pérdida (P) Volumen de residuos ( r ) Volumen de recogido ( R ) Si ponemos inicialmente 100 ml, las pérdidas serán 100-(R+r) Los residuos son los que no son capaces de pasar a la fase vapor. El ensayo es referido a una presión de 760 mm Hg. Como la presión del ensayo no va a ser esa, se mide la presión del ensayo y después se hacen las correcciones para que las temperaturas medidas estén referidas a 760 mm Hg.

Punto

de

inflamación:

El punto de inflamación es la mínima temperatura, a la cual los vapores emitidos por un producto, se inflaman cuando se les acerca una llama. Así mismo, nos da una idea de la cantidad de compuestos volátiles. Según el punto de inflamación se puede estimar cuales van a ser las condiciones de almacenamiento de ese combustible. El punto de inflamación se determinará en vaso abierto Cleveland o en vaso cerrado PerskiMaters

Presión de vapor Reid (RVP) Es una medida de la volatilidad de la gasolina. Se define como la presión de vapor absoluta ejercida por un líquido a 100 ° F (37,8 ° C) según lo determinado por el método de ensayo ASTM-D-323. El método de ensayo se aplica a los compuestos volátiles del crudo y a los derivados volátiles no viscosos, exceptuando los gases licuados del petróleo. La PVR difiere ligeramente de la verdadera presión de vapor (TVP) de un líquido debido a la vaporización de la muestra y la presencia de vapor de agua y aire en el espacio cerrado de los equipos de prueba, es decir, el RVP es la presión de vapor absoluta y la TVP es la presión parcial del vapor.

COMBUSTION Número de Octano Punto de humo Numero de Cetano Indice de diesel Carbon Residual Contenido de cenizas

Número de octano El número de octano es una prueba de calidad de las gasolinas, la cual ha representado una gran ayuda en el progreso de los combustibles modernos para motores. El número de octano de una gasolina indica su relativa tendencia a producir detonación bajo condiciones especificas de la prueba, la cual se realiza en un motor prototipo. El resultado de la prueba se determina, comparando el rendimiento del combustible que se analiza con el de dos combustibles de referencia, cuyos rendimientos han sido fijados de antemano. Al iso octano puro se le ha asignado un rendimiento u octanaje de 100, porque no produce detonación en la mayoría de motores. Al heptano normal de similar pureza, se le ha dado una relación normal de detonación igual a cero, porque produce detonación en casi todos los motores.

OCTANOMETRO

INDICE ANTIDETONANTE IAD Conocido también como Indice de Octano, es igual a la semi suma del número de octano obtenido por el método Research RON y el número de octano obtenido por el método Motor MON.

IAD = (RON + MON) / 2

EQUIPO PORTATIL PARA DETERMINAR RON EN GASOLINAS

Punto de humo La prueba de Punto de humo indica la calidad de combustión del kerosene y el Jet fuel. La prueba consiste en medir la altura de la llama que produce un combustible sin despedir humo. Los hidrocarburos parafínicos generalmente dan un punto de humo mas alto que el correspondiente a los hidrocarburos aromáticos. Se transfiere la muestra en una botella con una mecha, detrás de esta mecha está una escala graduada para medir la altura de la llama. La llama entonces se ajusta hasta que no produzca humo. El punto de humo es la altura de esta llama en milímetros. La precisión de la prueba es mas o menos 1,0 mm.

Indice de cetano El Indice de cetano es la principal medida del poder de ignición de los combustibles diesel, un número de cetano alto indica que el diesel se inflama más fácilmente cuando se pulveriza en el aire comprimido caliente y, corresponde al porcentaje de Cetano contenido en una mezcla de referencia. La muestra de referencia, está compuesta por el Cetano(C16H34) al cual se le ha dado un valor arbitrario de IC=100 y el metil Naftaleno (C11H10), al cual se le ha asignado un IC=0 (cero). Con el Cetano y el metil Naftaleno se prepararan mezclas de diferentes características de ignición y con ellas se comparan las muestras a analizar.

La demora de encendido es la causa principal de altas emisiones y bajo rendimiento del motor. Hay una relación directa entre el índice de cetano de un combustible diesel y su punto de encendido. Cuanto más bajo sea el índice, mayor será la espera. La demora de encendido es el tiempo entre el inicio de la inyección y el momento en que comienza la combustión (o cuando se produce la ignición). El motor de prueba del cetano, se le conoce con el nombre de Unidad de Prueba CFR. Es un motor monocilíndrico con una cámara de precombustión y un adaptador micrométrico, que permite ajustar el tamaño de la cámara. Estos ajustes alteran la relación de compresión, la cual puede oscilar hasta 14 a 1.

Los mejoradores del Indice de cetano, para combustibles diesel, están disponibles en el mercado; los cuales incluyen también agentes de limpieza adicionales.

Índice de diesel El Índice de diesel es una buena indicación del rendimiento del combustible diesel en los motores Diesel y su valor guarda una estrecha relación con el Número de Cetano. Está definido por la siguiente formula matemática. Gravedad API x Punto de Anilina (°F) Índice de diesel = 100

El Punto de Anilina de un derivado del petróleo es la temperatura critica de solución de una mezcla de volúmenes iguales de anilina y del producto. Esta prueba es muy útil en la evaluación del poder de solvencia de las naftas del petróleo. La prueba se realiza calentando una mezcla homogénea de anilina y diesel, enfriándola luego hasta que aparezca la primera nebulosidad permanente, esta temperatura es el Punto de Anilina del diesel analizado.

Residuo de carbón El término carbón residual se utiliza para designar al material sólido carbonoso, que queda después de que el combustible ha sido sometido a evaporación completa, seguida de un proceso moderado de pirólisis o quemado. El contenido de carbón residual de los combustibles se determina mediante dos métodos de prueba convencionales: el método Conradson y el método Ramsbottom.

http://labtekno.com

Contenido de Cenizas El contenido de cenizas de un derivado de petróleo, es la cantidad de material no combustible, tales como la sílice y residuos metálicos, contenidos en el producto. La determinación del contenido de ceniza es importante para aceites combustibles y lubricantes, nuevos y usados, incluyendo aquellos que contienen aditivos. Para la realización de esta prueba, se depositan unos 20 gramos de la muestra en un crisol de porcelana, previamente calcinado y pesado, luego se determina el peso exacto de la muestra. El crisol se va calentando poco a poco hasta que los vapores emanados de la muestra se enciendan al acercarles una llama; se continúa calentando hasta que la muestra se queme completamente, luego se calcina el crisol, se enfría y se pesa. El peso del residuo, expresado en porcentaje del peso original de la muestra, es el contenido de ceniza.

FLUIDEZ

VISCOSIDAD PUNTO DE FLUIDEZ

Viscosidad Mide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus moléculas. Esta resistencia viene del rozamiento de unas moléculas con otras. La unidad de la viscosidad absoluta o dinámica es el Poise = g/(cm.s) Viscosidad cinemática =

Viscosidad relativa = La medida de la viscosidad es importante porque nos permite evaluar la fluidez del combustible y determinar el requerimiento de la capacidad de bombeo de un producto a través de un ducto. La viscosidad es muy importante en el caso de los combustibles residuales tipo fuel-oil, ya que éstos se clasifican siguiendo criterios de viscosidad a una determinada temperaturas.

Viscosímetro Saybolt Furol

PUNTO DE FLUIDEZ El punto de turbidez es la temperatura a la que una nube de cristales de cera aparece por primera vez en una muestra de combustible que se enfría en las condiciones descritas por la norma ASTM D2500. El punto de fluidez, se determina mediante la inspección visual de una neblina en el combustible que normalmente es transparente. El aparato utilizado para esta prueba (y el punto de congelación) se muestra en la Figura 1.

Aparato para determinar punto de fluidez y punto de congelación

Punto de enturbiamiento y congelación: El punto de enturbiamiento sólo se aplica a los gasóleos (diesel), y es la temperatura mínima a la que sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en el seno del mismo los primeros cristales de parafina (de cadenas carbonadas lineales, alcanos; son los de mayor punto de congelación y los más pesados. Los componentes más pesados son los que cristalizan y solidifican antes, son los de más alto punto de congelación (lo hacen con “más calor”). Esto va a dificultar el fluir del combustible

CORROSIVIDAD El contenido de azufre en los combustibles ligeros (gasolinas y combustibles diesel) es particularmente crítico debido al efecto del azufre en la corrosión y la formación de depósitos en la máquina. El azufre conduce también a la formación de gomas en la gasolina en tanques y carburadores.

PRUEBA DOCTOR CORROSION LAMINA DE COBRE CONTENIDO DE AZUFRE

Prueba Doctor Esta prueba se aplica a los productos livianos, principalmente para determinar o descubrir la presencia de mercaptanos en gasolinas. La prueba Doctor no da una indicación de la cantidad de azufre libre presente en el derivado del petróleo. Se vierten en un tubo de ensayo 5 cc de solución Doctor, con una pequeña cantidad de flor de azufre. Se tapa el tubo y se lo agita vigorosamente, dejándolo en posición vertical durante quince minutos, verificando luego si se producen un cambio. •Si la muestra y la solución Doctor permanecen inalterables y el azufre conserva su color amarillo claro, es una indicación de que el producto no contiene mercaptanos o que tiene cantidades limitadas. •Si la muestra o la solución Doctor están ligeramente coloreada, o si la película de azufre ha variado ligeramente; el producto todavía es aceptable en cuanto a su contenido de mercaptanos. Si la muestra o la solución Doctor están fuertemente coloreadas, o si la película de azufre está notoriamente cambiada; esto indica que hay una excesiva cantidad de mercaptanos y el producto es rechazado

Corrosión a la lámina de cobre Esta prueba se realiza para descubrir la presencia del azufre libre y de los compuestos corrosivos de azufre en los crudos y derivados. Para la realización de esta prueba se pone suficiente cantidad de muestra en una botella patrón y en ella se introduce una barrita de cobre pulida, libre de toda coloración. Esta barrita de cobre debe quedar totalmente sumergida en la muestra y permanecer en un baño a una temperatura constante de 100 ºC, durante tres horas. Transcurrido este tiempo, se saca la barrita de obre y se compara su coloración con un patrón de colores. Los No. No. No.

resultados se reportan de la siguiente manera: 1 Cobre Color Claro 2 Coloración roja o color latón 3 Coloración negra o parda

METODO DE LA LAMPARA La prueba ASTM D 1266, permite determinar el contenido de azufre en productos de petróleo por el método de la lámpara. Es un método utilizado en la investigación de la gasolina, kerosene, nafta, hidrocarburos aromáticos industriales, etc., productos que se pueden quemar directamente en una mecha, recogiendo en una solución básica los productos de la combustión y analizando dicha solución por titulación

Método del horno de alta temperatura Comprende la combustión completa a 1050 1100°C, de una muestra del producto colocada en un pequeño crisol de cerámica y, a través del cual se hace pasar una corriente de oxigeno. Los óxidos de azufre formados durante la combustión, son absorbidos en una solución de yodato de potasio, el punto de equilibrio se observa utilizando el yodo como indicador. El yodo libre solución, en indicador; las las siguientes: S 2SO2 KIO3 +

da una coloración violeta en presencia del almidón como reacciones que tienen lugar son + + SO3

O2

=

O2 =

SO2 = 2SO3 KSO4 + I2

OTRAS PRUEBAS Gomas actuales Esta función se encuentra relacionada en la medida de la estabilidad de un combustible. Esta corresponde a una oxidación acelerada que produce la formación de barnices y polímeros, formando depósitos en el sistema de combustión. Para eso en el producto los valores tomados son relativamente bajos con respecto al requerimiento especificado.

ESPECIFICACIONES DE CALIDAD DE LOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO NORMAS | INEN

Gas Licuado de petróleo: Norma INEN 675 REQUISITO

UNIDAD

PROPANO COMERCIAL

MEZLA PROPANOBUTANO

BUTANO COMERCIAL

METODO DE ENSAYO

Pascal* psi

14,47 x 105 (210)

13,78 x 105 (200)

4,82 x 105 (70)

INEN 676

ºC (ºF)

- 38,3 (-37,0)

2,2 (36)

2,2 (36)

INEN 677

No. 1

No. 1

No. 1

INEN 678

mg/m3

343

343

343

INEN 679

Residuo de vaporación de 100 cm3

cm3

0,05

0,05

0,05

INEN 681

Pentanos y pesados (C5+)

%

--

2,0

2,0

INEN 683

Butanos y pesados (C4+)

%

2,5

Presión de vapor a 37,8 ºC (100 ºF) Temperatura de Evaporación del 95 % del volumen a 1,033 x 105 Pa Corrosión sobre la Lámina de cobre Contenido de azufre

* 105 Pa = 1 kgf/cm2

INEN 683

REQUISITOS DE LA GASOLINA EXTRA:87 OCTANOS, Norma INEN 935:2012 REQUISITOS

UNIDAD

Minimo

Número de octano Research

RON

87

Maximo

Método de ensayo INEN 2102

Ensayo de destilación

INEN 926

10 %

ºC

50 %

ºC

90 %

ºC

189

Punto Final

ºC

220

Residuo

% en V

2

INEN 926

Presion de vapor Reid

KPa **(psi)

60 (8,7)

INEN 928

No. 1

INEN 927

Corrosion a la lamina de cobre

70 77

121

Contenido de gomas

mg/100 cc

3

INEN 933

Contenido de azufre

ppm

650

INEN 929

Contenido de aromaticos

% en V

30,0

INEN 2252

Contenido de benceno

%

1.0

ASTM D 3606

** 1 kPa = 0,145 kgf/pul2

REQUISITOS DE LA GASOLINA SUPER: 92 OCTANOS, Norma INEN 935:2012 REQUISITOS

UNIDAD

Minimo

Numero de octano Research

RON

92

Maximo

Método de ensayo INEN 2102

Ensayo de destilación

INEN 926

10 %

ºC

50 %

ºC

90 %

ºC

190

Punto Final

ºC

220

Residuo

% en V

2

INEN 926

Presión de vapor Reid

KPa**(psi)

60(8,7)

INEN 928

No. 1

INEN 927

Corrosión a la lámina de cobre

70 77

121

Contenido de gomas

mg/100 cc

4

INEN 933

Contenido de azufre

ppm

650

INEN 929

Contenido de aromáticos

% en V

35,0

INEN 2220

Contenido de benceno

%

2

ASTM D 3606

** 1 kPa = 0,0145 kgf/pul2

Directiva 2009/30/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23/04/2009 que modifica la Directiva 98/70/CE en relación con las especificaciones de la gasolina, el diésel y el gasóleo. Especificaciones medioambientales de los combustibles comercializados para uso en vehículos equipados con motor de encendido

Tipo: Gasolina Parámetro [1] | Unidad | Límites [2] | Mínimo | Máximo Análisis de los hidrocarburos: olefinas |% v / v | - | 18,0 aromáticos |% v / v | - | 35,0 | benceno |% v / v | - | 1,0 | El contenido de oxígeno |% m / m | | 3,7 | Oxigenados: Metanol |% v / v | | 3,0 | Alcohol isopropílico |% v / v | - | 12,0 | Etanol (agentes estabilizantes puede ser necesario) |% v / v | | 10,0 | Terc-butil alcohol |% v / v | - | 15,0 | Iso-butil alcohol |% v / v | - | 15,0 | Los éteres que contienen cinco o más átomos de carbono por molécula |% v / v | - | 22,0 |

Otros compuestos oxigenados [6] |% v / v | - | 15,0 | Contenido de azufre | mg / kg | - | 10,0 | http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0030:en:NOT

REQUISITOS DEL DIESEL No. 1: Kerosene, Norma INEN 1489:99 REQUISITOS

UNIDAD Mínimo

Máximo

40

Método de ensayo

Punto de inflamación

ºC

Agua y sedimento

% en V

0,05

INEN 1494

Residuo carbonoso sobre el 10 % del residuo de la destilación

% en peso

0,15

INEN 1491

Cenizas

% en peso

0,01

INEN 1492

Temperatura de destilación del 90%

ºC

288

INEN 926

Viscosidad cinemática a 37,8 ºC

cSt

3,0

INEN 1490

No. 2

INEN 927

0,30

INEN 1490

20,0

INEN 1495

1,3

Corrosión a la lamina de cobre Contenido de azufre Indice de cetano calculado

% peso 40

INEN 1047

Directiva 2009/30/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23/04/2009 que modifica la Directiva 98/70/CE en relación con las especificaciones de la gasolina, el diésel y el gasóleo. ESPECIFICACIONES MEDIOAMBIENTALES DE LOS COMBUSTIBLES COMERCIALIZADOS PARA SU USO EN VEHÍCULOS EQUIPADOS CON MOTOR DE COMBUSTIÓN Tipo: Diesel Parámetro [1] | Unidad | Límites [2] | Mínimo | Máximo | Índice cetano | | 51,0 | - | Densidad a 15 ° C | kg / m [3] | - | 845,0 | Destilación: | 95% v / v se recuperó en: | ° C | - | 360,0 | Hidrocarburos aromáticos policíclicos |% m / m | - | 8,0 | Contenido de azufre | mg / kg | - | 10,0 | Contenido de FAME - EN 14078 |% v / v | - | 7,0 [3] |

http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0030:en:NOT

Solvente No. 1 Requisitos

Unidad

Mínimo*

Máximo Método Ensayo

Punto de Inflamación Punto de Congelamiento Punto de Humo

°C °C mm.

38 -20

-47 --

D-56 D-23 D-1322

Ensayo de destilación 10% 50%

°C °C

---

204 323

D-86 D-86

Punto Final Residuo Pérdidas

°C % en V % en V

----

300 1.5 1.5

D-86 D-86 D-86

Acidez Total

mgKOH/gr.

--

0.1

UOP-565/D-974

Corrosión Lámina de Cobre Wsim

% en V

-85

22 --

D-1319 D-3948

Color Saybolt

--

21

Presión de Vapor REID a 37.8°C

g/cm3

0.775

NTE INEN 1048 0.840

ASTM D-1298

Rubber Solvent Requisitos

Unidad

Mínimo* Máximo

Punto de Inflamación

°C

49

Punto de Congelamiento

°C

123

Ensayo de destilación 10% 95%

°C °C

210 1

Punto Final

°C

25

Residuo

% en V

96.55

Color

Saybolt

Presión de Vapor REID a 37.8°C

kPa

--

0.891

Gravedad Específica a 15.6°C * Valores Típicos ** 1kPa = 0.01 kgf/cm2 = 0.10 N/cm2 = 0.145 lbf/pulg2

Método Ensayo --

Mineral Turpentine Requisitos

Unidad

Punto de Inflamación

°C

38.9

Punto de Congelamiento

°C

--

Ensayo de destilación 10% 50%

°C °C

164 179

Punto Final

°C

210

Residuo

% en V

1.5

Color

Saybolt

Gravedad Específica a 15.6°C

Mínimo* Máximo

Método Ensayo

--

0.7949

* Valores Típicos ** 1kPa = 0.01 kgf/cm2 = 0.10 N/cm2 = 0.145 lbf/pulg2

--

Spray Oil Requisitos

Mínimo Método Unidad Máximo * Ensayo

Punto de Inflamación

°C

137.8

Punto de Congelamiento

°C

12.8

Ensayo de destilación 10% 50%

°C °C

265 323

Punto Final

°C

364

% en V

2

mgKOH/gr.

0.019

SSF

60

Residuo Acidez Total Viscosidad Saybolt a 37.8°C Gravedad Específica a 15.6°C

0.873

* Valores Típicos ** 1kPa = 0.01 kgf/cm2 = 0.10 N/cm2 = 0.145 lbf/pulg2

--

--