ABSTRACTEn la qumica orgnica, se denomina alquilacin a la
transferencia de un grupo alquilo de una molcula a otra. El grupo
alquilo puede ser transferido como un carbocatin de alquilo, un
radical libre, un carbanin o un carbeno (o sus equivalentes). Los
agentes alquilantes son ampliamente utilizados en laqumica ya que
el grupo alquilo es probablemente el grupo ms comn entre las
molculas orgnicas. En el contexto de la refinacin del petrleo, se
utiliza el trmino alquilacin para referirse a un procedimiento en
donde se combinan olefinas con parafinas para formar isoparafinas
de alto peso molecular. Es usual, la alquilacin del isobutileno
(olefina) con isobutano para producir una mezcla del isobutano con
isooctano. Es un proceso muy importante en la refinacin del petrleo
porque produce un nmero de octanos superior a 87.La alquilacin se
lleva a cabo mediante uno de dos catalizadores: (1) el hidrgeno de
fluoruro y (2) cido sulfrico. En el proceso de alquilacin
utilizando lquido fluoruro de hidrgeno, el cido puede ser usado
repetidamente, prcticamente no abra ningn problema de eliminacin de
cido. La relacin cido/hidrocarburo en el contacto r es de 2:1 y la
temperatura oscila entre 15 a 35 C se puede mantener, ya que no es
necesaria la refrigeracin. El cido fluorhdrico anhidro se regenera
por destilacin con presin suficiente para mantener los reactantes
en la fase lquida. En muchos casos, el acero es adecuado para la
construccin de equipos de alquilacin, incluso en presencia de los
catalizadores de cidos fuertes.POLIMERIZACIONLas reacciones de
polimerizacin poseen un amplio campo de aplicacin, especialmente en
la produccin plsticos, cauchos, resina y otros compuestos derivados
del petrleo. Los procesos industriales para obtener estos productos
utilizan como materia prima a las olefinas, las cuales se obtienen
por pirlisis de los gases incondensables que se obtienen en la
destilacin del petrleo. Dependiendo de los monmeros y del tipo de
polimerizacin, se pueden tener una amplia gama de polmeros.
RECURSOSALQUILACIONEn los primeros tiempos del refino del
petrleo, en los aos 20 y 30 del siglo pasado, la mayora de los
componentes de mezcla de gasolinas estaban compuestos por
materiales obtenidos directamente de la unidad de destilacin de
crudo. Las refineras eran esencialmente calderas de petrleo
bastante sencillas. Las primeras unidades de conversin eran poco
complicadas y estaban orientadas al cambio trmico de naftas
obtenidas directa-mente para producir componentes de mezcla de
mayor octanaje para una mayor calidad del producto. La situacin
cambi de forma significativa durante la Segunda Guerra Mundial
cuando surgi, por razones obvias, una enorme necesidad de gasolina
de aviacin de alto octanaje (los aviones mili-tares de la poca
estaban en su mayor parte equipados con motores de pistones
recprocos que utilizaban gasolina de alto octanaje, en lugar de
motores a reaccin que utilizan queroseno).Una de las respuestas a
esta necesidad de gasolina de alto octanaje fue el desarrollo de
una unidad de conversin de la refinera: la unidad de alquilacin de
cido fluorhdrico (HF).La unidad de alquilacin de HF (HFU) sigue
siendo de importancia clave en nuestros das. Desempea un papel
crtico al proporcionar uno de los principales materiales de
aportacin al producto final del conjunto de mezcla de gasolinas. Su
importancia ha crecido conjuntamente con las cada vez ms numerosas
unidades de cracking cataltico en lecho fluido (FCC) en las
refineras. El FCC aade valor a los productos finales pesados de la
destilacin de crudo al romper catalticamente los materiales pesados
en productos ms ligeros tales como petrleo de ciclo ligero y
gasolina FCC, que se pueden utilizar directamente o despus de un
hidrotratamiento en operaciones de mezcla del producto final. El
inconveniente de este proceso es que en las operaciones de FCC
tambin se producen olefinas ligeras, especialmente buteno y
propeno. stas, por sus caractersticas intrnsecas, no sirven como
materia prima. De modo similar, en cualquier proceso de destilacin
de crudo se tiende a producir un exceso de productos finales
ligeros, como el butano, que son de uso limitado. El n-butano se
puede convertir fcilmente en isobutano, y en esta forma se une a
las olefinas c3 c4 de FCC (buteno o propeno) como materias primas
combinadas para la unidad de alquilacin de HF. La unidad de
alquilacin de HF cumple la importante funcin de convertir estos
subproductos en alquilato de alto valor, que se utiliza como
componente de mezcla de la gasolina. Esta operacin, valiossima
desde el punto de vista eco-nmico, de eliminar las olefinas c4 del
FCC y los isoalcanos c4 de la unidad de destilacin de crudo de
petrleo y convertirlos, mediante el proceso cataltico de alquilacin
del HF (una reaccin Friedel-Crafts modificada) en isooctanos, sigue
siendo de enorme importancia en el refino de petrleo. Los
isooctanos (alquilatos) son el componente ms valioso de los que
inter-vienen en la mezcla de la gasolina en el contexto actual de
combustibles limpios y preocupacin por el medio ambiente. Tienen
altos RON y MON (octanaje medido en laboratorio y octanaje probado
en un motor esttico, respectivamente), bajo contenido de azufre,
baja presin de vapor Reid (RVP) y un contenido de aromticos
prcticamente nulo. Son los componentes perfectos de las
gasolinas.En los ltimos quince aos, los requisitos de formulacin de
las gasolinas, estipulados por los organismos medio-ambientales de
las administraciones de casi todo el mundo (pero lideradas por la
Unin Europea y los Estados Unidos), se han hecho considerablemente
ms severos. La exigencia de menor contenido de azufre, de benceno,
de aromticos, menor RVP y menor ndice de manejabilidad (una
combinacin de propiedades de destilacin del combustible), limita
seriamente las opciones de las compaas de refino en sus operaciones
de mezcla del producto final, la gasolina. Los dos cambios ms
recientes y que probablemente hayan tenido un mayor impacto en el
conjunto de las gasolinas han sido la eliminacin del MTBE (metil
terciario-butil ter) a causa de su efecto contaminador de las aguas
subterrneas, y la adicin de bioetanol por sus propiedades neutras
en carbono. El MTBE es un componente de alto octanaje de mezcla de
gasolina con una menor presin de vapor. Aunque el etanol es tambin
de alto octanaje, realiza una aportacin sustancial a la RVP, que
esencialmente evita que el butano puro se utilice en gran cantidad
en la misma combinacin de mezcla. As pues, el alquilato producido
por la HFU es de excepcional valor para las refineras en su intento
por cumplir con las limitaciones medioambientales y otras medidas
legales en sus operaciones.
POLIMERIZACIONEn trminos generales, la polimerizacin es la unin
de dos o mas hidrocarburos, para formar una molcula que tenga una
cadena mas larga de carbono y un mayor punto de ebullicin. En
realidad la polimerizacin ocurre en muchas reacciones, pero en la
forma general que se aplica aqu, significa la practica de convertir
hidrocarburos con cuatro tomos de carbono o menos, por molcula,
productos que se comprenden principalmente en la ebullicin de la
gasolina. El procedimiento se realiza termal o cataliticamente.
Polimerizacin termalNo es selectiva en carcter, y por esta razn no
se practican la fraccin y la preparacin de la cargaen una sola
oleofina. La gasolina que resulta de la operacin es generalmente
alrededor del nmero octano (80), con un alto valor de mezcla con
otros constituyentes de combustibles de motor. Polimerizacin
catalticaEl procedimiento de polimerizacin cataltica, como lo
implica el nombre, usa un catalizador para convertir los
hidrocarburos livianos insaturados, en gasolina o fracciones que
pueden convertir en isoctanos y gasolina de avacin de numero octano
(100).el procedimiento se desarrolla bajo condiciones menos
drsticas, en lo tocante a presiones y temperaturas, que el
procedimiento de polimerizacin termal, a pesar de que solo los
insaturados quedan sujetos a reacciones.
RESOLUCIONALQUILACION AVANZADADefinicinEn la qumica orgnica, se
denomina alquilacin a la transferencia de un grupo alquilo de una
molcula a otra. El grupo alquilo puede ser transferido como un
carbocatin de alquilo, un radical libre, un carbanin o un carbeno
(o sus equivalentes). Los agentes alquilantes son ampliamente
utilizados en la qumica ya que el grupo alquilo es probablemente el
grupo ms comn entre las molculas orgnicas.En el contexto de la
refinacin del petrleo, se utiliza el trmino alquilacin para
referirse a un procedimiento en donde se combinan olefinas con
parafinas para formar isoparafinas de alto peso molecular. Es
usual, la alquilacin del isobutileno (olefina) con isobutano para
producir una mezcla del isobutano con isooctano. Es un proceso muy
importante en la refinacin del petrleo porque produce un nmero de
octanos superior a 87.
Diagrama de flujo de la alquilacin
La alquilacin se lleva a cabo mediante uno de dos catalizadores:
(1) el hidrgeno de fluoruro y (2) cido sulfrico. En el proceso de
alquilacin utilizando lquido fluoruro de hidrgeno, el cido puede
ser usado repetidamente, prcticamente no abra ningn problema de
eliminacin de cido. La relacin cido/hidrocarburo en el contactor es
de 2:1 y la temperatura oscila entre 15 a 35 C se puede mantener,
ya que no es necesaria la refrigeracin. El cido fluorhdrico anhidro
se regenera por destilacin con presin suficiente para mantener los
reactantes en la fase lquida.En muchos casos, el acero es adecuado
para la construccin de equipos de alquilacin, incluso en presencia
de los catalizadores de cidos fuertes, como su efecto corrosivo se
atena considerablemente por la formacin de esteres como productos
intermedios catalticos.En la industria petrolera, el cido sulfrico
y fluoruro de hidrgeno son empleados como catalizadores de
alquilacin deben ser sustancialmente anhidros para ser efectivos, y
el acero es satisfactorio. Cuando las condiciones no son anhidros,
el equipo debe estar revestido de plomo, metal o esmalte. En unos
pocos casos, de cobre o de cobre estaado todava se utiliza, por
ejemplo, en la fabricacin de productos farmacuticos y fotogrficos
para disminuir contaminacin con metales.La destilacin es por lo
general el procedimiento ms conveniente para la recuperacin del
producto, incluso en aquellos casos en los que los puntos de
ebullicin son bastante cercanos entre s. Con frecuencia esa
destilacin proporcionar un material acabado de calidad suficiente
para satisfacer las demandas del mercado. Si no, otros medios de
purificacin pueden ser necesarios, tales como cristalizacin o
separacin por medio de disolventes. La eleccin de un disolvente
adecuado, en muchos casos, dan lugar a la cristalizacin del
producto alquilado y para su conveniente recuperacin.
Proceso de alquilacin REACTOR PHILIPS PARA ALQUILACIN CON HF
En el proceso Phillips, la carga de olefina e isobutano se seca
y pasa a una unidad combinada de reaccin y decantacin. (1) 1
El hidrocarburo procedente de la zona de decantacin
(Sedimentador) se carga en el fraccionador principal. El producto
de evaporacin de la seccin superior del fraccionador principal pasa
a un despropanizador. (2)
REACCIONES
Termodinmica del procesoste proceso se lleva a cabo a bajas
temperaturas y presiones relativamente bajas, debido a que es un
proceso de unificacin, mediante el cual se crean enlaces
covalentes, por tanto se libera energa, y de sta manera se requiere
una baja temperatura para mejorar el rendimiento de la
alquilacin.Otro aspecto a tener en cuenta es que las reacciones que
se llevan a cabo son irreversibles, esto es, no se puede alcanzar
una eficiencia de 100%; particularmente, para el caso que nos
ocupa, se puede llegar a una conversin mxima de
80%.POLIMERIZACIONLas reacciones de polimerizacin poseen un amplio
campo de aplicacin, especialmente en la produccin plsticos,
cauchos, resina y otros compuestos derivados del petrleo. Los
procesos industriales para obtener estos productos utilizan como
materia prima a las olefinas, las cuales se obtienen por pirlisis
de los gases incondensables que se obtienen en la destilacin del
petrleo. Dependiendo de los monmeros y del tipo de polimerizacin,
se pueden tener una amplia gama de polmeros.Tipos de
polimerizacinEl proceso de construir una molcula polimrica, y por
ende obtener un material plstico, se denomina polimerizacin. Se
diferencian dos tipos de procesos de polimerizacin, de adicin y de
condensacin.POLIMERIZACIN DE ADICINEn esta clase de polimerizacin
los polmeros son sintetizados por la adicin de monmeros insaturados
a la cadena creciente. Un monmero insaturado es aquel que tiene un
enlace covalente, o doble, entre sus tomos, estos enlaces
covalentes son bastante reactivos y al ser eliminados permiten que
el monmero se pueda acoplar con otros monmeros insaturados.Por
ejemplo, al monmero de etileno se le rompe el enlace covalente
entre sus dos tomos de carbono dejando dos electrones desapareados.
Esto atrae otro monmero de etileno, rompindole el enlace covalente
y acoplndolo. As puede continuar indefinidamente la reaccin
formando la cadena polimrica.
Obviamente, cuando se va a iniciar la reaccin, el primer monmero
no es capaz por s solo de romper el enlace covalente, por lo que se
utilizaniniciadores. Los iniciadores son molculas que tienen la
particularidad de romper por s mismas uno de sus enlaces. Luego de
haberse dividido tenemos dos fragmentos, denominadosfragmentos
iniciadores, cada uno con un electrn no apareado. Molculas como
estas son el perxido benzoico y el 2,2'-azo-bis-isobutirilnitrilo
(AIBN).
Estos electrones no apareados son inestables y buscarn la forma
de aparearse con otros electrones para estabilizarse. Este electrn
lo obtienen al romper el enlace covalente de un monmero, dejando a
su vez a este monmero con un electrn desapareado que reacciona, de
igual manera que el iniciador, con otro monmero propagndose la
reaccin de polimerizacin por adicin.
Desafortunadamente, la reaccin tiene que acabar. Hay dos maneras
de terminar la reaccin. La primera es llamadaacoplamiento. Sucede
cuando dos electrones no apareados de dos cadenas diferentes que
estn creciendo se encuentran, permitiendo que sus respectivas
cadenas se acoplen.
La segunda forma de terminacin de la reaccin es
llamadadesproporcionalizacin. Es un poco ms particular que la
anterior. En la desproporcionalizacin, cuando se encuentran las dos
cadenas crecientes, uno de los electrones desapareados en lugar de
acoplarse sencillamente con el de la otra cadena, lo que hace es
arrebatarle un tomo de hidrgeno, terminando su crecimiento y
dejando a la ltima cadena con dos electrones desapareados entre los
cuales se forma un enlace doble que tambin cierra esta cadena.
En general, un polmero de adicin como elpolietilenopuede
representarse as:
En donde1y2son los grupos terminales de inicio y fin de la
reaccin, que se encuentran en muy pequeas concentraciones
comparados con la cantidad de monmeros de la cadena principal.
Estos grupos terminales no tienen efecto en las propiedades
mecnicas del polmero, pero s pueden influenciar la estabilidad
qumica del mismo: en algunos polmeros, cuando son calentados o
irradiados con luz, los grupos terminales inestables pueden iniciar
la degradacin de la molcula.POLIMERIZACIN DE CONDENSACINA
diferencia de la polimerizacin de adicin, en la polimerizacin de
condensacin algunos tomos del monmero no son incluidos en el
polmero resultante, por lo que se produce una pequea molcula como
residuo. Usualmente agua o gas de cido clorhdrico (HCl).La obtencin
de la siguiente poliamida es un ejemplo.
Tambin la obtencin de PET es otro ejemplo, la reaccin entre cido
tereftlico y etilenglicol. Que produce (2n-1)H2O ms el
polisterpolietiln tereftalato (PET).
Principales productos obtenidos por polimerizacin
Polietileno(PE) (HDPE, LDPE) Polipropileno(PP) Poliestireno(PS)
Poliuretano(PU) Policloruro de vinilo(PVC) Politereftalato de
etileno(PET) Polimetilmetacrilato(PMMA) Nylon(poliamida 6, PA 6)
Polietilenimina Polilactona Policaprolactona Polister Polisiloxanos
Polianhidrido Poliurea Policarbonato Polisulfonas Poliacrilonitrilo
Acrilonitrilo Butadieno Estireno(ABS) Polixido de etileno
Policicloctano Poli (n-butil acrilato) Tereftalato de
Polibutileno(PBT) Estireno Acrilonitrilo(SAN) Poliuretano
Termoplstico(TPU)
Proceso industrial de la polimerizacinComo ejemplo para este
trabajo, se considerar el proceso de obtencin de polietileno.Para
obtener polietileno a partir del gas natural, la primera operacin
es la separacin de las distintas molculas, seguidas por un cracking
de las distintas molculas de etano. Dicho proceso puede ser trmico
(por ser sometido a alta temperatura y presin) o cataltico (por
aplicacin de calor y catalizadores)De esta forma, se obtienen las
distintas olefinas: etileno, propileno, butileno, butadieno y gas
de pirlisis.El polietileno se obtiene finalmente en sus tres formas
comerciales por la polimerizacin del etileno.
El proceso de polimerizacin del etileno se inicia con una
purificacin del etileno para obtener un producto de mayor calidad.
Se limpiaran tanto las impurezas inorgnicas (compuestos de azufre,
xido carbnico, anhdrido carbnico) como las orgnicas (etano,
hidrgeno). Para esta parte se usan lavadores que actan a modo de
columnas, aprovechando el bajo punto de ebullicin de ciertas
impurezas para que salgan por la parte superior. Los componentes de
alto punto de ebullicin salen por la parte inferior de la
columna.
NOMENCLATURAAPIAMERICAN PETROLEUM INSTITUTEABSACRILONITRILO
BUTADIENO ESTIRENOSANESTIRENO ACRILONITRILOTPUPOLIURETANO
TERMOPLSTICOGLPGAS LICUADO DE PETROLEOGPMGALONES POR MINUTO
CONCLUSIONES La destilacin es un proceso fundamental en la
industria de refinacin del petrleo, pues permite hacer una
separacin de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos
de ebullicin. La destilacin atmosfrica y al vaco es el primer
proceso que aparece en una refinera. El petrleo se separa en
fracciones que despus de procesamiento adicional, darn origen a los
productos principales que se venden en el mercado: el gas LPG
(comnmente utilizado en estufas domsticas), gasolina para los
automviles, turbosina para los aviones jet, diesel para los
vehculos pesados y combustleo para el calentamiento en las
operaciones industriales.
Existe una gran competencia entre las grandes potencias por el
dominio de los principales yacimientos petrolferos, que acuden a
todos los medios, incluso a la fuerza, para apoderarse de ellos,
debido a la importancia que tiene el aceite mineral, tanto en
tiempos de paz como de guerra, por su uso en automviles, camiones,
aeroplanos, barcos y tanques. Aparte de sus importantsimas
aplicaciones como combustible y lubricante, sirve para otros
numerossimos usos. El mercado del petrleo es un negocio global que
involucra tanto a los pases exportadores como a los pases
importadores. As vemos que en las pginas de los diarios locales
cada da aparece publicada alguna noticia de tan importante rubro:
del aumento de la produccin como del aumento o baja de los precios.
En las refineras el petrleo est sometido a temperaturas y presiones
que lo pueden hacer explotar espontneamente en caso de fuga. Los
hidrocarburos son sustancias altamente inflamables, por esto los
incendios petrolferos son muy difciles de apagar y exigen tcnicas
de sofocamiento especiales.RECOMENDACIONES Debido a los cambios que
ha ido experimentando nuestro entorno el problema de la
contaminacin ambiental ha dejado de ser el problema de unos cuantos
para ser el problema de todos. Por esto la explotacin de la
actividad petrolera deber atenerse a los principios de Desarrollo
Sustentable, el cual reza: "Asegurarse de que las naciones actuales
satisfagan sus necesidades y aspiraciones, sin comprometer la
disponibilidad de recursos para las futuras generaciones, a fin de
que satisfagan tambin sus necesidades y aspiraciones, todo ello en
equilibrio con los lmites de habilidad de los sistemas naturales
para autorregenerarse, asegurando en todo momento un hbitat con
aceptable calidad de vida" .
Estamos conscientes de que la explotacin petrolera produce,
necesariamente, desechos, sin embargo, recomendamos que estos
desechos sean tratados adecuadamente y dispuestos en sitios seguros
para evitar lacontaminacindel ambiente, almacenamiento y
aprovisionamiento de los derivados del petrleo (posibles derrames
de producto).
BIBLIOGRAFIA Speight James G. Chemical Process And Design
Hanbook - Mcgrawhill -2002 Ethylene-Figure 1 Production Of Ethylene
From Refinery Gas.- Figure 5 Manufacture Of High-Density
Polyethylene.www.textoscientificos.com/polietileno_verde Refinera
de petrleo de catalizadores/catalizador que se utiliza para la
polimerizacin - spanish.alibaba.com Petroecuador. Glosario de
trminos petroleros (ao-2000). Quito Ecuador.