Características físico-químicas del residual petrolizado almacenado (página 2)

Características Técnicas del tanque de almacenamiento No 5.

Figura 1: Residual petrolizado depositado en el fondo del tanque de almacenamiento.

La figura (1), muestra un recipiente con una altura de (35 cm) de un líquido en reposo altamente viscoso llamado residual petrolizado depositado en el fondo del tanque de almacenamiento de petróleo, que por sus características a presión y temperatura ambiente no puede ser extraído.

Extrayendo las muestras por el método tradicional de picos y palas, fue envasada en un recipiente plástico negro de diez litros de capacidad, posteriormente para homogenizarla se utilizó uno de los equipos de agitación del banco de ensayo de los agitadores mecánicos del laboratorio de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, quedando lista para determinarles las propiedades físicas, químicas y reológicas en el ensayo de las técnicas analíticas de Absorción Atómica, Conradson, Gravimetría, Punto de inflamación y el Reómetro Tubular en los laboratorios químicos del Centro de Investigaciones del Níquel, Empresa Comandante Ernesto Che Guevara y del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, certificados por la ISO 2000.

Determinación de la cantidad de residual depositado en el fondo del tanque

El tanque podría describirse geométricamente como un cilindro circular recto, por lo que el volumen del residual depositado puede calcularse por la ecuación 1.

Materiales y métodos para caracterizar las propiedades químicas del residual

La base del método, es la medición de la Emisión Atómica, por una técnica de Espectroscopia Óptica. La porción de ensayo es nebulizada, el aerosol producido es transportado al plasma, y se produce la excitación. Las líneas atómicas características del espectro de emisión son producidas por un plasma inductivamente acoplado por el equipo de Espectrofotometría de Absorción Atómica.

Los espectros son dispersados por un espectrofotómetro de red y las intensidades de las líneas son monitoreadas por los detectores. Las señales procedentes de los detectores son procesadas y controladas por una computadora, determinando el contenido de elementos químicos como son: contenido de aluminio, cobalto, cobre, cromo, manganeso, níquel, sodio, sílice, y hierro, empleando la normas que rigen este proceso en el laboratorio químico del Centro de Investigaciones del Níquel.

1- Análisis del contenido de los elementos químicos disueltos en el residual: Utilizando el método analítico de espectrofotometría por absorsorción atómica, con el empleo de la norma NC: 33 – 31: 1985. Se pesan 0.5 g de la muestra, tratada con una dilución de ácido clorhídrico y ácido nítrico en proporción 3:1, la misma se lleva a sequedad y luego se disuelve con ácido clorhídrico al 1:1 y luego se determina porciento del contenido de elementos químicos disueltos en el residual, representada en la ecuación 1.

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Materiales y métodos para caracterizar las propiedades físicas del residual

Para el análisis de las propiedades físicas del residuo orgánico es necesario determinar: contenido de cenizas, punto de inflamación, carbón conradson, porciento de asfáltenos y otros. Los cuales necesitan de un equipamiento en específico y el uso de las normas que rigen estos procesos.

1- Análisis del contenido cenizas: Utilizando el método analítico por gravimetría, con el empleo de las normas (NC: 33-16:1986) y los equipos de balanza, crisoles de porcelana y plancha. Se toma un papel de filtro del tipo Whatman de 125 mm, luego se coloca el en fondo del crisol de porcelana, pesando seis gramos (6 g) de la muestra aproximadamente, se traslada sobre una plancha con temperatura de 1100C, encendiéndose la muestra juntamente con el papel mas los 10 ml de ácido clorhídrico.(1:1) y cuando todo el papel se halla quemado, se coloca en una mufla a 9000C por un tiempo de una hora (1 h), se baja, se enfría y finalmente se determina el porciento de ceniza por diferencia de pesada en el laboratorio de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara.

2.- Análisis del contenido de carbón conradson: A través del método analítico de conradson, con la norma cubana NC: 33-16:1985, utilizando el equipo de conradson. Se procede a la toma de un crisol de porcelana con capacidad de 50 ml se tara (se lleva a cero la balanza) y luego se pesa un gramo (1 g de la muestra (petróleo) en crisol colocándolo en el equipo de carbón conradson por espacio de 30 minutos, finalmente se enfría, se pesa y se determina el porciento de carbón conradson por diferencia de pesada en el equipo de carbón conradson del laboratorio de la Empresa Ernesto Che Guevara.

3.- Análisis del contenido de asfaltenos: Utilizando el método analítico por gravimetría, con el empleo de las normas cubana NC: IP 143/90BSI2000: 199333-16:1984, y los equipos de reflujo con n-heptano y balanza. Se procede a pesar un gramo (1 g) de la muestra (petróleo) en un Beaker de 250 ml añadiéndole 100 ml de n-heptano para disolver mejor la muestra y después envasarla en un Matraz aforado de 500 ml que se coloca en una plancha de calentamiento conectándole un serpentín en la parte superior, durante el proceso de reflujo por espacio de una (1 h), luego se enfría, se lava la muestra con 40 ml de n-hectano y luego se coloca durante una hora el crisol con el contenido de la muestra en una estufa a 1100C, se enfría y finalmente se determina el porciento de asfalteno en el laboratorio de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara.

4- Análisis del punto de inflamación: Utilizando el método analítico del punto de Inflamación, con el empleo de la norma cubana NEIB01– 12 – 21: 1982 y el equipo del punto de inflamación a copa abierta. Se procede encendiendo el equipo (Cleveland – semiautomático), la muestra es colocada en el porta muestra a través de una cápsula de platino que contiene una marca estándar para la cantidad de muestra a analizar, se enciende el equipo y juntamente con el una plancha de calentamiento durante 5 ó 10 minutos, se coloca un termómetro dentro de la muestra para ir midiendo desde la temperatura ambiente hasta que aparezca la primera señale de humo (gases) y con un chispero (encendedor) se comienza a flamear la muestra cada un minuto, para observar en qué instante de temperatura se enciende el combustible, determinando así el punto de inflamación en el laboratorio de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara.

Resultados experimentales y discusión

El volumen de los tanques para almacenar las diferentes sustancias en los estados sólido, líquido y gaseoso, se determinan según su forma geométrica. El epígrafe 2.3, describe geométricamente al tanque como un cilindro circular recto, donde se encuentra depositado el residual petrolizado, por lo que el volumen total se determinó por la ecuación 2.1.

Donde el resultado del volumen total de residual depositado en el fondo del tanque N0 5 en la base de petróleo de la empresa Puerto de Moa, es de 48.6 m3, disminuyendo la capacidad de diseño del tanque.

Especificaciones de las características químicas

La determinación de los elementos químicos disueltos en el residual, se determinó por espectrofotometría de absorción atómica como se muestra en la figura 2, donde se observa que el hierro, el aluminio y el silicio arrojaron los valores más altos contenidos en el residual. Sobre la base de estos resultados, se puede afirmar que este residual contiene un alto porciento de elementos metálicos, que afectan la capacidad de diseño del tanque.

Figura 2.- Representa el porciento de elementos químicos en el residual.

Especificaciones de las características físicas

Los valores obtenidos dentro de la composición física se encuentran lo determinado en el análisis de asfáltenos, como se muestran a continuación en la figura 3, donde se observa que las muestras se encuentran en un rango de 40 a 46 por ciento de asfáltenos, lo que afirma que en este residual se pierde un (46 %) de asfáltenos, que no se aprovecha en el combustibles al no ser recuperado.

Figura 3. Comportamiento del porciento de asfálteno contenido en el residual.

Una característica fundamental dentro de la composición física determinada al residual, es el punto de inflamación que índica la temperatura de inflamación del combustible y nos permite conocer los rangos de temperaturas durante el proceso de calentamiento, donde debe ser tratado, transportado y almacenado evitando cualquier negligencia que produzca un incendio. Los valores obtenidos se muestran a continuación en la figura 4, donde se pudo demostrar que la muestra número uno con el menor valor de 110 %, representa el punto de inflamación y que se deberá tener muy en cuenta, a la hora de calentar o transportar el residual.

Figura 4. Comportamiento del punto de inflamación contenido en el residual.

Otra característica fundamental dentro de la composición física determinada al residual, es el porciento de carbón conradson, que interviene negativamente en la calidad del residual y provoca el desgaste de equipos en la base de petróleo, mediante la formación de piedras como impureza mecánica. Los valores obtenidos se muestran en la figura 5, donde se pudo demostrar que la muestra número uno con el mayor valor de 34.69 %, representa un valor alto de impureza en el residual.

Figura 5. Comportamiento del porciento de carbón conradson contenido en el residual.

La última característica fundamental dentro de la composición física determinada al residual, es el contenido de cenizas, que interviene negativamente en la calidad del residual debido a la presencia de impurezas minerales (compuestos de aluminio, hierro, calcio, silicio y otras) depositada en el residual, cuya cantidad no solo dependen de las impurezas minerales, sino también de los elementos altamente corrosivos que la acompañan en la zonas bajas temperaturas. Los valores obtenidos se muestran en la figura 6, donde se pudo demostrar que la muestra número dos con el mayor valor de 12.72 %, representa un valor alto de impureza en el residual.

Figura 6. Comportamiento del porciento de cenizas contenido en el residual.

Los resultados analíticos obtenidos, demuestran que el residual petrolizado depositado en el fondo del tanque numero cinco de la base de petróleo de la Empresa Puerto Moa, es homogeneo en la totalidad de su composición y posee un promedio alto de asfaltenos, lo que pudiera ser recuperado, tratado y posteriormente ser utilizado en los procesos de producciones en las entidades del territorio.

Valoración Económica

Al abordar la valoración técnica económica del proceso de formación de residuales petrolizados durante el almacenamiento de los diferentes tipos de petróleo, se tiene en cuenta el precio del petróleo en el mercado internacional. La importancia del almacenamiento de estos tipos de combustibles tiene como ventaja que garantiza un periodo largo de trabajo.

Pero tiene las desventajas de.

• Formación de lodos en los tanques de almacenamiento por incompatibilidad o envejecimiento de los combustibles.

• Disminución en los rating de descarga por altas viscosidad y la obstrucción de líneas.

• Pérdidas en las capacidades de almacenamiento.

Costo promedio del barril de petróleo en el mercado internacional

Para la estimación de los costos no sea empleado ninguna metodología de cálculo existente, más bien se ha tenido presente el precio del barril de petróleo y las pérdidas del volumen contenido de residual petrolizado almacenado en el tanque durante tres años.

Tabla 3.2. Precios del barril de petróleo actual en UDS.

Así, determinamos las perdidas de petróleo contenida en 48.6 m3 de residual depositado en el fondo del tanque de almacenado.

1 m3 = 1000 litro y 1 Barril = 158.98 litros.

Una vez calculados los gasto de petróleo contenido en el residual depositados en el fondo del tanque No.5 de la base de combustibles de la Empresa Puerto Moa. Podemos asegurar que con la recuperación del volumen de este residual se ahorrarían 24456 USD, por barril en espacio de tres años, solamente en el tanque de menor capacidad de la base de combustibles de seis disponibles.

3.5- Identificación de los peligros que producen los residuales petrolizados en el medio ambiental.

• Riesgos para el medio ambiente: Es un producto nocivo para el medio ambiente, se debe evitar su vertido en agua o tierra.

• Medidas a tomar en caso de vertido accidental:

Derrames: Evitar la extensión de la fuga. Bombear, si es posible a un tanque de recogida. Mezclar con restos de arena, tierra, aserrín y pasar a contenedor cerrado. (Utilizar equipo protector).

• Medidas de protección para personas:

Utilizar equipo de protección adecuados gafas, guantes impermeables, ropa y botas impermeables, y si es necesario, mascarilla respiratoria adecuada.

Conclusiones

• 1. Se pudo demostrar, que los residuales petrolizados depositados en los fondos de los tanques de almacenamientos en la Empresa puerto Moa se encuentran poco estudiados durante el desarrollo del marco teórico de la investigación

• 2. Los métodos y técnicas experimentales empleadas en el desarrollo de la investigación, están fundamentados a partir del problema planteado.

• 3. Se determinaron las propiedades físicas y químicas del residual de petróleo almacenado en la Empresa Puerto Moa.

• 4. Según los datos de los resultados analíticos obtenidos, podemos asegurar que este residual de petróleo almacenado posee homogeneidad en la totalidad de su composición físico – química y bajo porciento de elementos contaminantes.

• 5. Podemos asegurar, que con la recuperación del volumen de este residual se ahorrarían 24456 USD, por barril por espacio de tres años.

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Autor:

Ing. Andrés Duran Reyes

Msc. Rafael Castillo

Enviado por:

Liobanis Rubio