OBTENCIN DE AROMTICOS (BTX)
Proceso de reformacin cataltica (BTX), dentro del contexto de la
produccin de insumos petroqumicos.
Es un proceso mediante el cual se deshidrogenan alifticos
(alcanos) tanto de cadena abierta como cclicos para obtener
aromticos, principalmente benceno, tolueno y xilenos (BTX),
empleando catalizadores de platino -renio-almina. Es de gran
importancia para elevar el octanaje en las gasolinas sin aditivos
antidetonantes. En la reformacin cataltica el nmero de tomos de
carbono de los constituyentes de la carga no vara. Por ejemplo, el
ciclohexano se transforma en benceno.
No obstante, el proceso es algo ms complicado. Es posible
convertir ciclohexanos sustituidos en bencenos sustituidos;
parafinasl ineales como el n-heptano se convierten en tolueno y
tambin los ciclopentanos sustituidos pueden experimentar una
expansin en el anillo y convertirse en aromticos. Cuando se emplean
naftas pesadas como carga, se forman metilnaftalenos. Al igual que
la desintegracin cataltica, la reformacin cataltica es una reaccin
a travs de iones carbonio, sin embargo, se ven favorecidas las
reacciones de produccin de aromticos.
En el complejo aromtico se produce fundamentalmente Benceno,
Tolueno y xileno (BTX) mediante un proceso de transformacin qumica
de hidrocarburos en presencia de hidrgeno, denominado "Reforming
".El proceso toma lugar a alta temperatura 450 a 530 C a
presionesentre3.5 a 40 atm dependiendo de la tecnologa. El
componente clave de este proceso es un catalizador compuesto
principalmente de un soporte de alumina recubierta con platino. Es
de gran importancia para elevar el octanaje en las gasolinas sin
aditivos antidetonantes.
El mejoramiento mediante la reformacin puede hacerse, en parte,
por un incremento en la volatilidad (la reduccin de tamao
molecular) o por la conversin de n-parafinas a isoparafinas,
olefinas, y aromticos, y de naftenos (cicloalcanos) a aromticos. La
naturaleza del producto final es influenciada por la estructura y
composicin de la nafta alimentada (la mezcla de hidrocarburos). En
la reformacin trmica, las reacciones se parecen a aquellas en el
craqueo de gasleos. El tamao molecular es reducido, mientras las
olefinas y algunos aromticas son sintetizados. Por ejemplo, un
alcano puede ser convertido a otro alcano y una olefina [reaccin
(1)], donde n >x + y, o un alcano puede ser convertido a un
cicloalcano, el cual es a la vez convertido a un compuesto aromtico
[reaccin (2)]
Hdrocracking de parafinas de pesos moleculares altos a parafinas
de pesos moleculares bajos y una olefina:
(1)
Dehidriciclizacin de compuestos parafnicos a compuestos
aromticos:
(2)
Hydrocracking de parafinas de alto peso molecular a parafinas de
bajo peso molecular
(3)
Isomerizacin den-parafinas a isoparafinas:
(4)
Isomerizacin de metilciclopentano a ciclohexano:
(5)
El producto lquido (reformado) tiene el potencial para posterior
reaccin en virtud de la presencia de los componentes olefinicos,
pero todava contiene cantidades apreciables de materiales no
saturados y, por lo tanto, son consideradas como ser inestables.
Hidrotratamiento posterior es requerido para la estabilizacin.
En presencia de catalizadores y en presencia del hidrgeno
disponible delas reacciones de deshidrogenacin, toma lugar el
hydrocracking de parafinas para dar dos parafinas de peso molecular
inferior, y olefinas que no experimentan deshidrociclizacin (la
deshidrogenacin acompaada por la formacin de compuestos cclicos)
son deshidrogenados (con o sin isomerizacin) a fin de que el
producto final contiene slo vestigios de olefinas. Los ejemplos de
reacciones tpicas son [reaccin (2)] de deshidrociclizacin y de
deshidrogenacin, hydrocracking[reaccin (3)], eisomerizacin
[reacciones (4), y (5)]
Reformacin Trmica
La reformacin trmica fue un desarrollo natural a partir del
craqueo trmico, ya que la reformacin es tambin una reaccin trmica
de descomposicin. El craqueo convierte aceites ms pesados en
componentes de gasolina, mientras que la reformacin convierte
(reforma) estos componentes de gasolina en molculas de octano ms
alto. El equipo para la reformacin trmica es esencialmente el mismo
que para craqueo trmico, pero se usan temperaturas superiores.
Al llevar a cabo la reformacin trmica, una alimentacin, tal como
una nafta del punto final de 205C (400F) , es calentada a 510-595C
(950-1100F) en un horno igual que con un horno de craqueo, con
presiones de400-1000 lb / in.2 (2.8-6.9 mega pascales). A medida
que la nafta caliente deja el horno, es enfriado o apagado por la
adicin de nafta fra. El material reformado luego entra en una torre
de destilacin fraccionada donde cualquier producto pesado son
separados. El resto del material reformado sale por la parte
superior de la torre y es separado en gases y reformado. El nmero
de octano superior del producto (reformado) es debido
primordialmente a la rotura parafinas de cadena ms larga en
olefinas de octano ms alto.
Los productos de la reformacin trmica son gases, gasolina, y
aceite residual, el ltimo formado en cantidades muy pequeas (cerca
de 1%). La cantidad y calidad del reformado son muy dependientes en
la temperatura. Por regla general, mientras ms alto la temperatura
de reformacin, ms alto el nmero de octano del producto pero
inferior el rendimiento del reformado. Por ejemplo, una gasolina
con un nmero de octano de 35 estando reformada en 515 a C (960F)
rinde 92.4% de reformado de 56 octanos; siendo reformada a 555C
(1030F) el rendimiento es 68.7% de reformado de 83 octanos. Usando
catalizadores, como en los procesos reformatorios catalticos
descritos ms adelante, rendimientos superiores de gasolina de
octano mucho ms alto puede ser obtenido para una temperatura
dada
Reformacin Cataltica
La reformacin cataltica se refiere al mejoramiento del octanaje
de la gasolina y la refinacin de naftas craqueados. Los naftenos de
C5 yC6Son isomerizados y deshidrogenados en aromticos; las
parafinas son hidrocraqueadas o ciclizadas e hidrogenadas en
aromticos
Las reacciones son llevadas a cabo en series de tres o cuatro
reactores de cama y ya que sus reacciones son endotrmicas, los
hornos calentadores son colocados en la entrada de cada reactor. El
hidrgeno es reciclado para prevenir formacin del carbn en la
superficie.
La reformacin cataltica es tambin una fuente de benceno, tolueno
y xileno. El componente para esta produccin es nafta.
Todas las reacciones de reformacin cataltica producen grandes
cantidades de hidrgeno. Ya que varios de estos reformadores son
regenerados, se utiliza un gas inerte y reciclado. Las aplicaciones
para un sistema de adsorcin son: (1) secar y purificar hidrgeno
reciclado, (2) secar y desulfurizar el almacenamiento de
alimentacin de nafta., (3) secar el gas de regeneracin de la
generacin de gas inerte, (4)secar gas de regeneracin reciclado y,
(5) purificar el hidrgeno producido durante la reformacin para
venta u otra aplicacin de refinera.
Proceso de Reformacin cataltica
Obtencin de aromticos
Lo que en la industria petroqumica se conoce como hidrocarburos
aromticos, bajo la denominacin de fraccin BTX, es un conjunto de
molculas que podramos considerar como derivados bsicos de benceno y
formado por benceno, tolueno, orto-xileno, meta-xileno, para-xileno
y etil-benceno.
Desde un punto de vista histrico, este conjunto de molculas
formaron parte fundamental de la fraccin ligera del alquitrn
producido en la destilacin seca de la hulla y recibieron la
denominacin genrica de aromticos, constituyendo la materia prima
bsica de la industria carboqumica.
Durante la segunda parte del siglo XIX y hasta los aos 40 del
siglo XX, la industria carboqumica, asociada siempre a la
siderrgica, de donde obtena fundamentalmente sus materias primas,
experiment en Europa y EE.UU. un desarrollo espectacular.
Hacia finales de los aos 40, tiene lugar en EE.UU. la primera
obtencin de hidrocarburos aromticos procedentes del petrleo al
inventarse el reformado cataltico de naftas; con esta tecnologa se
buscaba elevar el nmero de octano que exigan las gasolinas de
aviacin. Haba nacido la moderna petroqumica basada en naftas del
petrleo y procesos catalticos. La progresin de la petroqumica es
tan rpida que ya en los aos 60 se asiste a la prctica desaparicin,
por conversin de materias primas, de la antes poderosa industria
carboqumica.
Actualmente, la petroqumica basada en naftas de petrleo aporta
ms del 96% de la produccin mundial de B.T.X. y permite soportar una
muy diversificada y en constante crecimiento industria
petroqumica
Los hidrocarburos aromticos son aquellos hidrocarburos que
poseen las propiedades especiales asociadas con el ncleo o anillo
del benceno, en el cual hay seis grupos de carbono-hidrgeno unidos
a cada uno de los vrtices de un hexgono. Los enlaces que unen estos
seis grupos al anillo presentan caractersticas intermedias,
respecto a su comportamiento, entre los enlaces simples y los
dobles. As, aunque el benceno puede reaccionar para formar
productos de adicin, como el ciclohexano, la reaccin caracterstica
del benceno no es una reaccin de adicin, sino de sustitucin, en la
cual el hidrgeno es reemplazado por otro sustituto, ya sea un
elemento univalente o un grupo. Los hidrocarburos aromticos y sus
derivados son compuestos cuyas molculas estn formadas por una o ms
estructuras de anillo estables del tipo antes descrito y pueden
considerarse derivados del benceno de acuerdo con tres procesos
bsicos:
1. por sustitucin de los tomos de hidrgeno por radicales de
hidrocarburos alifticos.
2. por la unin de dos o ms anillos de benceno, ya sea
directamente o mediante cadenas alifticas u otros radicales
intermedios.
3. por condensacin de los anillos de benceno.
Cada una de las estructuras anulares puede constituir la base de
series homlogas de hidrocarburos, en las que una sucesin de grupos
alquilo, saturados o no saturados, sustituye a uno o ms tomos de
hidrgeno de los grupos de carbono-hidrgeno.
Las principales fuentes de hidrocarburos aromticos son la
destilacin de la hulla y una serie de procesos petroqumicos, en
particular la destilacin cataltica, la destilacin del petrleo crudo
y la alquilacin de hidrocarburos aromticos de las series ms bajas.
Los aceites esenciales, que contienen terpenos y p-cimeno, tambin
pueden obtenerse de los pinos, los eucaliptos y las plantas
aromticas y son un subproducto de las industrias papeleras que
utilizan pulpa de pino. Los hidrocarburos policclicos se encuentran
en las atmsferas urbanas.
Estructura del benceno.
El anlisis y la determinacin del peso molecular demuestran que
la frmula molecular del benceno es C6R6. Siendo el nmero de tomos
de hidrgeno del benceno mucho menor que el hidrocarburo parafinico
correspondiente, el hexano, C6R14, es de esperar que aqul d
reacciones de instauracin. Esto ocurre, por ejemplo, en ls
reacciones que siguen:
a) El benceno adiciona halgenos hasta un mximo de seis
tomos.
b) El benceno puede hidrogenarse catalticamente a ciclohexano,
pudiendo adicionar seis tomos de hidrgeno como mximo
Sntesis del benceno
La primera sntesis del benceno fue realizada por M. Berthelot en
1868, el cual lo obtuvo haciendo pasar acetileno a travs de un tubo
de porcelana calentado al rojo. Una importante sntesis de
laboratorio para obtener anillos aromticos, es la deshidrogenacin
de derivados del ciclohexano, empleando como catalizadores S, Se y
Pd.
Puesto que los derivados del ciclohexano se pueden obtener por
va sinttica, este procedimiento nos permite un mtodo para preparar
sustancias aromticas especficas.
Estas reacciones indican que el benceno tiene tres dobles
enlaces. Sin embargo, demuestra que estos enlaces se comportan de
una forma especial en comparacin los componentes alifticos, por
ejemplo: El permanganato alcalino no reacciona con el benceno en
fro, pero por ebullicin prologada lo transforma en C02 y H20.
En ausencia de luz Solar (y de preferencia en presencia de
transportadores de con los halgenos), el benceno con los halgenos,
reaccione de sustitucin. Los halogenuros de hidrgeno no se
adicionan al benceno.
Los mtodos de obtencin
Propiedades fsicas
El benceno es un lquido incoloro, de olor caracterstico,
insoluble en el agua, pero soluble en alcohol, el caucho, etc.
Disuelve el yodo, el fsforo, el azufre, el alcanfor, las sustancias
grasas, el caucho, etc. Es menos denso que el agua, hierve a 80
c.
Propiedades Qumicas.
La sustitucin aromtica puede seguir tres caminos; electrofilico,
nucleofilico y de radicales libres. Las reacciones de sustitucin
aromticas ms corrientes son las originadas por reactivos
electrofilicos. Su capacidad para actuar como un dador de
electrones se debe a la polarizacin del ncleo Bencnico. Las
reacciones tpicas del benceno son las de sustitucin. Los agentes de
sustitucin ms frecuentemente utilizados son el cloro, bromo, cido
ntrico y cido sulfrico concentrado y caliente.
Halogenacin
El cloro y el bromo dan derivados de sustitucin que recibe el
nombre de haluros de arilo.
FE C6H6 + CL2 C6H5CL + HCL
Clorobenceno
FE C6H6 + Br2 C6H5Br + HBr
Bromobenceno
La halogenacin est favorecida por la temperatura baja y algn
catalizador, como el hierro o tricloruro de aluminio, que polariza
al halgeno X para que se produzca enrgicamente la reaccin. Los
catalizadores suelen ser sustancias que presentan deficiencia de
electrones.
Sulfonacin
Cuando los hidrocarburos bencnicos se tratan con cido sulfrico
fumante (cido sulfrico que contiene anhdrido sulfrico) H2SO4 + SO3
se forman compuestos caractersticos que reciben el nombre de cidos
sulfnicos. En realidad, se cree que el agente activo es el SO3
SO3 C6H6 + HOSO3H C6H5SO3H + H2O
cido benceno sulfnic
Nitracin
El cido ntrico fumante o tambin una mezcla de cidos ntrico y
sulfricos (mezcla sulfontrica), una parte de cido ntrico y tres
sulfricos, produce derivados nitrados, por sustitucin. El cido
sulfrico absorbe el agua producida en la nitracin y as se evita la
reaccin inversa:
H2so4 C6h6 + hono2 C6H5NO2 + H2O
Nitro - benceno
Combustin.
El benceno es inflamable y arde con llama fuliginosa, propiedad
caracterstica de mayora de los compuestos aromticos y que se debe a
su alto contenido en carbono. C6h6 +71 2 o2 6co2 + 3h2o
Hidrogenacin.
El ncleo Bencnico, por catlisis, fija seis tomos de hidrgeno,
formando el ciclohexano, manteniendo as la estructura de la cadena
cerrada.
Sntesis de Friedel y Crafts, Alquilacin
El benceno reacciona con los haluros de alquilo, en presencia de
Cloruro de aluminio anhidro como catalizador, formando
homlogos.
AlCl3 C6H6 + CH3Cl C6H5CH3 + HCl
Tolueno
El ataque sobre el anillo bencnico por el ion CH3 electrofilico
es semejante al realizado por el ion Cl en la halogenacin.
Sntesis de Wurtz Fitting.
Es una modificacin de la de Wurtz de la serie grasa. Los
homlogos del benceno pueden prepararse calentando una solucin etrea
de un halogenuro de alquilo y otro de arilo con sodio.
Este mtodo tiene la ventaja sobre el de Friedel Crafts, de que
se conoce la estructura del producto y puede introducirse fcilmente
cadenas largas normales. Derivados del benceno, Influencia
orientadora de los elementos que sustituyen al benceno. Cuando se
introduce un segundo sustituyente y en un derivado del benceno del
tipo C6H5X, la posicin que ocupa Y depende del carcter electrnico
del grupo X, que ya est presente en el ncleo. Los productos de la
reaccin pueden ser orto y para o meta disustituidos y eso depende
de la velocidad de la reaccin de sustitucin en cada una de las tres
posiciones.
A continuacin damos las reglas de orientacin:
Los grupos de la clase 1 (dadores de electrones) orientan la
sustitucin a las posiciones orto y para. En esta clase puede ser
uno de los grupos que siguen, OH, NH2, Cl, Br, I, F, CH2CI, SH,
C6H5, etc.
Los grupos de la clase II (aceptores de electrones) orientan la
sustitucin a la posicin meta. En esta clase puede ser: N02, SO3H,
CN, COOH, CHO, etc.
Hay un mtodo sencillo de orientacin para los derivados
disustituidos que fue establecido por Krner. Frecuentemente es
llamado mtodo 2,3.1 de Krner. Se basa en el principio de que la
introduccin de un tercer sustituyente en un compuesto para da un
producto trisustituido, en el ismero orto dos y en el meta tres.
Krner aplic este principio para establecer la orientacin de los
dibromobencenos ismeros: nitr cada uno de ellos y examin el nmero
de productos nitrados. El ismero que dio un solo
dibromo-nitrobenceno es l para; el que dio dos derivados nitrados,
el orto, y el tercero que dio tres, es el compuesto meta.
Hidrocarburos de la serie homologa del benceno
Los hidrocarburos tales como el tolueno, etil benceno, etc.
tienen carcter aliftico y aromtico. El benceno es no polar lo mismo
que el metano, siendo cero el momento dipolar de cada uno de los
compuestos. Sin embrago, el tolueno tiene un pequeo momento dipolar
(=0,4D) con la carga negativa sobre el ncleo y la positiva sobre el
grupo metilo. Los homlogos del benceno experimentan la cloracin, ya
sea en el ncleo o en la cadena lateral, segn sean las condiciones
de la reaccin.
Propiedades de esos hidrocarburos
El tolueno o metil benceno (C6H5 CH3) se obtiene, como ya hemos
dicho, por destilacin de los aceites ligeros de hulla y en la
sntesis de Friedel Crafts. Se emplea en la fabricacin de materias
colorantes del radical metilo, facilita la sustitucin.
Halogenacin:
La halogenacin del ncleo aromtico del tolueno con ayuda de un
catalizador es ms rpida que en el benceno, pues la mayor densidad
electrnica en el ncleo, producido a por el efecto inductivo del
radical metilo, facilita la sustitucin.
Nitracin.
Los homlogos del benceno Se nitran ms fcilmente que ste, debido
al efecto de activacin del grupo alquilo. Cuando se nitra tolueno
con mezcla nitrante Se origina una mezcla de orto y para
nitrotoluenos. El trinitrotolueno puede prepararse en una sola
operacin, pero su fabricacin se realiza generalmente pasando por
las tres etapas.
Sulfonacin.
La Sulfonacin del tolueno, lo mismo que en la nitracin, se
produce la sustitucin en orto y para, producindose ms de un 95 por
100 de este ltimo.
Etilbenceno.
Ya mencionado anteriormente, es un ismero de los xilenos y por
oxidacin con dicromato de potasio y cido sulfrico se obtiene cido
benzoico.
O C6H5CH3+Cr3O7-- + 8H C6h5C - OH + 2Cr +5H20
El Etilbenceno y otros homlogos del benceno, cuando reaccionan
en presencia de la luz solar, la sustitucin se hace en la cadena
lateral y no en el anillo. Primero se forma una mezcla de
cloroetilbenceno y, finalmente, pentacloroetilbenceno.
Todos ellos, como ya dijimos, se encuentran en los aceites
ligeros del alquitrn de hulla y son difciles de separar, dada la
proximidad entre sus puntos de ebullicin. Los cuatro ismeros
mezclados constituyen el disolvente llamado xilol, empleado en
trabajos histolgicos. Hidrocarburos polibencnicos. Resultan de la
asociacin de dos o ms anillos bencnicos, unin se verifica unas
veces directamente, como en el difenilo y en el naftaleno: Y otras
por medio de cadenas aciclicas, como en el difenilmetano,
trifenilmetano y antraceno. Naftaleno. De frmula C10H8, llamado
tambin naftalina. Est constituido por dos ncleos bencnicos
condensados. Su frmula estructural es: Presenta dos clases de
derivados monosustituidos: el de los carbonos 1, 4,5 y 8 se
denomina. a g el de los 2,3,6,7 se denominan b
Se obtiene por destilacin del alquitrn de hulla: es un slido
blando insoluble en agua, soluble en alcohol y en ter.
Se emplea como antisptico o insecticida y para fabricar materias
colorantes.
Antraceno. De frmula C14H10, se extrae de los aceites pesados
del alquitrn de hulla Su frmula de estructura es:
Da tres clases de derivados monosustituidos:
Derivados a ---------- Posicin: 1, 4,5 8
Derivados b ---------- Posicin: 2, 3, 6,7.
Derivados g ----------- Posicin: 9,10.
Es un slido blanco, cristalino, insoluble en agua y soluble en
ter, alcohol y benceno. Se emplea para fabricar materias
colorantes
Hidrocarburos Aromticos de cadena cerrada; nucleicos
Separacin de: Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos.
La necesidad de producir aromticos a partir del petrleo surgi
con la segunda Guerra Mundial, debido a la enorme demanda de
tolueno para producir trinitrotolueno (TNT), llamado comnmente
dinamita.
Separacin de la fraccin de butilenos.
Anteriormente, el tolueno se produca a partir del carbn mineral,
pero esta industria fue insuficiente para satisfacer las demandas
del mercado, lo que oblig a desarrollar procesos de produccin y
extraccin de tolueno contenido en las fracciones del petrleo
Despus de la guerra, se mantuvo el mercado de los hidrocarburos
aromticos debido al desarrollo de los plsticos, detergentes, y una
serie de productos sintticos, adems de la demanda creciente de
gasolina de alto octano.
Los aromticos de mayor importancia en la industria petroqumica
son: el benceno, el tolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se
encuentran en la gasolina natural en mnimas concentraciones, por lo
que resulta incosteable su extraccin.
Por lo tanto, para producirlos se desarroll el proceso
denominado de desintegracin cataltica, cuya materia prima de carga
es la gasolina natural o nafta pesada, cuyo alto contenido de
parafinas lineales y cclicas (naftenos) constituye el precursor de
los aromticos.
Uno de los procesos ms comunes de reformacin cataltica es el
llamado de "platforming" que usa como catalizador platino soportado
sobre almina. Los productos lquidos de la reaccin se someten a
otros procesos en donde se separan los aromticos del resto de los
hidrocarburos. Para separar los aromticos entre s, se puede
utilizar cualquiera de los mtodos siguientes: a) destilacin
azeotrpica (ver cuadro), b) destilacin extractiva, c) extraccin con
solvente, d) adsorcin slida, y e) cristalizacin.
COMPLEJO AROMATICOS
En el complejo aromticos se produce fundamentalmente Benceno,
Tolueno y xileno (BTX) mediante un proceso de transformacin qumica
de hidrocarburos en presencia de hidrgeno, denominado "Reforming ".
El proceso toma lugar a alta temperatura 450 a 530 C a presiones
entre 3.5 a 40 atm dependiendo de la tecnologa. El componente clave
de este proceso es un catalizador compuesto principalmente de un
soporte de alumina recubierta con platino.
De estas naftas se utiliza una fraccin intermedia denominada
Corte Corazn, el cual se obtiene por fraccionamiento en dos
columnas de destilacin. A esta seccin se la denomina
pre-fraccionamiento. El corte corazn posteriormente es purificado
de contaminantes en otro proceso posterior: HDS donde se eliminan
fundamentalmente los compuestos de azufre y nitrgeno por ser ellos
venenos del catalizador de platino.
Luego entramos en una serie de 4 reactores rellenos con el
catalizador de platino (proceso Magnaforming), donde las reacciones
de reformado toman lugar. Las reacciones bsicamente conducen a la
produccin de BTX. Los compuestos ms refractarios (parafinas
livianas) permanecen sin reaccionar y son aprovechadas parcialmente
para la produccin de solventes. El resto se vende para la produccin
de olefinas a unidades de steam cracking por ser su composicin muy
apropiada para este ltimo proceso.
Es muy difcil de separar al BTX de las parafinas por simple
destilacin ya que los puntos de ebullicin de los diferentes
compuestos se cruzan. Para obviar este inconveniente primero se
separan las parafinas y naftnicos sin reaccionar de los aromticos
por extraccin con solvente. En nuestro caso se utiliza un proceso
basado en el solvente Sulfolane cuya afinidad por los hidrocarburos
aromticos es muy superior a la que tiene por las parafinas, por lo
tanto de este proceso se obtienen dos corrientes:
De extracto conteniendo el BTX
De refinado conteniendo las parafinas
El solvente se recupera por fraccionamiento y vuelve al sistema.
Una vez separadas las parafinas de los aromticos, se utiliza la
destilacin para separar los aromticos entre s, aprovechando la gran
diferencia de puntos de ebullicin que existe entre ellos.
Los xilenos estn compuestos de una mezcla en equilibrio
entre:
Es muy fcil separar el ortoxileno de los dems xilenos por ser el
ms pesado de mayor punto de ebullicin, pero los puntos de ebullicin
del meta y el paraxileno son tan prximos que es imposible
separarlos por destilacin. Afortunadamente s presentan grandes
diferencias en sus puntos de congelacin por lo cual es esta
propiedad la que se utiliza para la separacin del paraxileno del
metaxileno. El proceso se denomina cristalizacin y toma lugar a
temperaturas sub-cero. De este proceso se obtiene paraxileno de
alta pureza materia prima bsica para la produccin de
poliesters.
Dado que el metaxileno est en exceso y la demanda de paraxileno
es muy superior, se dispone de un proceso de Isomerizacin que
transforma el exceso de metaxileno en paraxileno y ortoxileno
extinguindose prcticamente todo el metaxileno.
Fuentes de hidrocarburos aromticos.
Las principales fuentes de obtencin de hidrocarburos aromticos
son el alquitrn de la hulla y el petrleo. Cuando se calienta la
hulla en ausencia de aire se descompone dando tres productos
principales que son: gas de coquera, alquitrn de hulla y el coque.
El gas de coqueras esta constituido fundamentalmente por metano
(32%) e hidrgeno (52%) se purifica hacindolo pasar a travs de unas
columnas y luego se utiliza como combustible domstico e industrial.
El coque que es carbono casi puro, se emplea en la reduccin del
mineral de hierro en los altos hornos. El alquitrn de hulla se
somete a un proceso de destilacin fraccionada y a procesos de
separacin qumica con el fin de recuperar los constituyentes
aromticos y heterocclicos que contiene.
De esta manera y en diferentes intervalos de destilacin se
obtienen una primera fraccin de la que se extrae por destilacin
fraccionada la mezcla BTX (Benceno, Tolueno, Xileno), as como
etilbenceno. En las siguientes fracciones y por extraccin con NaOH
se obtiene fenoles y un residuo. Finalmente en las siguientes
fracciones y por procesos de cristalizacin se obtienen naftaleno y
fenantreno.
La otra fuente fundamental de aromticos la constituye el
petrleo. El propio petrleo en cada yacimiento contiene
hidrocarburos aromticos en cantidades variables, aunque en algunos
yacimientos este contenido es bastante considerable. Los
principales compuestos aromticos que se obtienen del petrleo son el
benceno, tolueno y xilenos, y en menor medida, naftaleno y
antraceno. La mayor parte de las mezclas BTX que se producen en las
refineras se suelen obtener por los procesos de reformado cataltico
y craqueo al vapor fundamentalmente.
Algunos compuestos aromticos se encuentran presentes en la
naturaleza, obtenindose a partir de sustancias de origen vegetal y
con frecuencia constituyen una fuente de derivados aromticos
especficos. Ejemplos de algunos de ellos, los tenemos en algunos
colorantes que ms se han empleado desde la antigedad como son el
prpura de Tiro que se extraa de un molusco, el Murex brandaris
(caailla), y el azul ndigo que se extraa de las distintas especies
de la planta del ndigo, concretamente de la Indigofera tinctoria y
cuyas estructuras se sealan a continuacin:
Asimismo se pueden tambin considerar otros derivados como son
las naftoquinonas y las antraquinonas. Un ejemplo de estas ltimas
lo constituye un pigmento conocido como cido carmnico, que es el
pigmento principal de la cochinilla, que es un colorante escarlata
que se obtienen despus de secar y pulverizar las cochinillas de la
especie Coccus cacti y que tambin se emplea en la industria
alimentaria (yoghurts) y en la cosmtica.
En los umbrales del siglo XXI, las fuentes de hidrocarburos BTX
son prcticamente:
1. Crackers de etileno/ propileno alimentados con nafta o gases
del petrleo-nafta piroltica. 2.
3. El reformado cataltico de naftas en refineras.
4. La desproporcionacin y desalquilacin del tolueno.
La calidad de la carga en los reformados catalticos y en los
crackers de etileno determina la produccin y concentracin del BTX
en el reformado y la nafta piroltica.
Reacciones tpica
Las etapas bsicas del reformado cataltico de naftas.
Composicin segn la fuente
Usos
La importancia econmica de los hidrocarburos aromticos ha
aumentado progresivamente desde que a principios del siglo XIX se
utilizaba la nafta de alquitrn de hulla como disolvente del caucho.
En la actualidad, los principales usos de los compuestos aromticos
como productos puros son: la sntesis qumica de plsticos, caucho
sinttico, pinturas, pigmentos, explosivos, pesticidas, detergentes,
perfumes y frmacos. Tambin se utilizan, principalmente en forma de
mezclas, como disolventes y como constituyentes, en proporcin
variable, de la gasolina. .
El benceno se ha prohibido como componente de productos
destinados al uso domstico y en muchos pases tambin se ha prohibido
su uso como disolvente y componente de los lquidos de limpieza en
seco.
El benceno se ha utilizado ampliamente en la fabricacin de
estireno, fenoles, anhdrido maleico, detergentes, explosivos,
productos farmacuticos y colorantes. Tambin se ha empleado como
combustible, reactivo qumico y agente de extraccin para semillas y
frutos secos. Los derivados mono, di y trialquilados del benceno se
utilizan principalmente como disolventes y diluyentes y en la
fabricacin de perfumes y productos intermedios en la produccin de
colorantes. Estas sustancias se encuentran en algunos petrleos y en
los destilados el alquitrn de hulla
Existen tres ismeros del xileno: orto- (o-), para- (p-) y meta-
(m-). El producto comercial es una mezcla de estos ismeros, con el
smero meta- en mayor proporcin (hasta un 60 a 70 %) y l para- en
menor proporcin (hasta un 5 %). El xileno se utiliza como diluyente
de pinturas y barnices, en productos farmacuticos, como aditivo de
alto octanaje en combustibles de aviones, en la sntesis de
colorantes y en la produccin de cidos ftlicos. Debido a que el
xileno es un buen disolvente de la parafina, el blsamo de Canad y
el poliestireno, tambin se utiliza en histologa
Benceno
El benceno se conoce generalmente como Benzol cuando se
encuentra en forma comercial (que es una mezcla de benceno y sus
homlogos) y no debe confundirse con la bencina, un disolvente
comercial compuesto por una mezcla de hidrocarburos alifticos.
Mecanismo de accin. La absorcin del benceno tiene lugar
principalmente por va respiratoria y digestiva. Esta sustancia no
penetra fcilmente por va cutnea, a menos que la exposicin sea
excepcionalmente alta. Una pequea cantidad del benceno se exhala
sin cambios. El benceno se distribuye ampliamente por todo el
organismo y se metaboliza principalmente en fenol, que se excreta
en la orina tras su conjugacin. Una vez que cesa la exposicin, los
niveles en los tejidos corporales disminuyen rpidamente.
Desde el punto de vista biolgico, parece ser que las
alteraciones hemticas y de la mdula sea encontradas en los casos de
intoxicacin crnica con benceno pueden atribuirse a la conversin del
benceno en epxido de benceno. Se ha sugerido que el benceno podra
oxidarse directamente a epxido en las clulas de la mdula sea, como
los eritroblastos. En lo que se refiere al mecanismo de toxicidad,
los metabolitos del benceno parecen interferir con los cidos
nuclicos. Tanto en las personas como en los animales expuestos al
benceno, se ha detectado un aumento de la frecuencia de
aberraciones cromosmicas. Cualquier factor que inhiba el
metabolismo del epxido de benceno y las reacciones de conjugacin,
especialmente las alteraciones hepticas, tender a potenciar los
efectos txicos del benceno. Estos factores son importantes cuando
se consideran las susceptibilidades individuales a este agente
txico. El benceno se trata con ms detalle en otros artculos de esta
Enciclopedia. Incendio y explosin.
El benceno es un lquido inflamable y sus vapores forman mezclas
inflamables o explosivas con el aire en una amplia gama de
concentraciones. El benceno lquido puede emitir vapores a
temperaturas tan bajas como -11 C. Por ello, si no se observan las
necesarias precauciones durante el almacenamiento, la manipulacin o
el uso del benceno lquido, es seguro que, a las temperaturas
normales de trabajo, se formarn concentraciones inflamables. Este
riesgo aumentar cuando se produzcan salpicaduras o derrames
accidentales.
Tolueno y sus derivados
El tolueno se absorbe en el organismo principalmente a travs del
tracto respiratorio y, en menor proporcin, a travs de la piel.
Traspasa la membrana alveolar. La mezclas angre/aire se mantiene en
una proporcin de 11,2 a 15,6 a 37 C y, entonces, se distribuye por
los distintos tejidos en cantidades variables que dependen de sus
caractersticas de perfusin y solubilidad, respectivamente. La
proporcin tejido/sangre es de 1:3, excepto en el caso de los
tejidos ricos en grasas, que presentan un coeficiente de 80/100. A
continuacin, el tolueno es oxidado en su cadena lateral por los
microsomas hepticos (mono-oxigenacin microsomal). El producto ms
importante de esta transformacin, que representa aproximadamente un
68 % del tolueno absorbido, es el cido hiprico (AH), que aparece en
la orina debido a la excrecin renal que suele producirse en los
tbulos proximales. Tambin pueden detectarse en la orina pequeas
cantidades de o-cresol (0,1 %) y p-cresol (1 %), como resultado de
la oxidacin del ncleo aromtico.
Xileno
Al igual que el benceno, el xileno es un narctico, por lo que la
exposicin prolongada al mismo provoca alteraciones de los rganos
hematopoyticos y del sistema nervioso central. El cuadro clnico de
la intoxicacin aguda es similar al de la intoxicacin por benceno.
Los sntomas son: fatiga, mareo, sensacin de borrachera, temblores,
disnea y, en ocasiones, nuseas y vmitos. En los casos ms graves
puede producirse prdida de la consciencia. Tambin se observa
irritacin de las mucosas oculares, de las vas respiratorias altas y
de los riones.La exposicin crnica produce debilidad general,
excesiva fatiga, mareo, cefalea, irritabilidad, insomnio, prdida de
memoria y zumbidos en los odos. Los sntomas tpicos son alteraciones
cardiovasculares, sabor dulzn en la boca, nuseas, en ocasiones
vmitos, prdida del apetito, mucha sed, sensacin de quemazn en los
ojos y hemorragia nasal. En algunos casos se han observado
alteraciones funcionales del sistema nervioso central asociadas con
efectos neurolgicos pronunciados (por ejemplo, distona), alteracin
de la sntesis de protenas y deterioro de la actividad inmunolgica.
Las mujeres pueden sufrir alteraciones en los ciclos menstruales
(menorragia o metrorragia). Se ha visto que las trabajadoras
expuestas a tolueno y xileno en concentraciones que sobrepasaban
peridicamente los lmites de exposicin, tambin se vieron afectadas
por problemas durante sus embarazos (toxicosis, amenaza de aborto,
hemorragias durante el parto) y esterilidad. Las alteraciones
hematolgicas se manifiestan en forma de anemia, poiquilocitosis,
anisocitosis (en ocasiones leucocitosis) con linfocitosis relativa
y, a veces, una trombocitopenia muy pronunciada.
Existen datos sobre diferencias en la susceptibilidad individual
al xileno. En algunos trabajadores expuestos durante varias dcadas
al xileno no se han producido intoxicaciones por este compuesto,
mientras que una tercera parte del personal que trabajaba en las
mismas condiciones de exposicin present sntomas de intoxicacin
crnica por xileno y fueron inhabilitados.
La exposicin prolongada al xileno puede reducir la resistencia
del organismo y hacerlo ms vulnerable a diversos tipos de factores
patgenos. Los anlisis de orina muestran la presencia de protenas,
sangre, urobilina y urobilingeno en la orina. Se han producido
casos mortales consecutivos a intoxicaciones crnicas, sobre todo en
trabajadores de imprenta, aunque tambin en otros sectores de la
industria. Asimismo, se han descrito casos de intoxicacin grave y
mortal en trabajadoras embarazadas con hemofilia y aplasia de la
mdula sea. El xileno tambin puede causar alteraciones cutneas,
particularmente eczema.
En los casos de intoxicacin crnica se detectan vestigios de
xileno en todos los rganos y, en especial, en las glndulas
suprarrenales, la mdula sea, el bazo y el tejido nervioso. El
xileno se oxida en el organismo para formar cidos toluicos (cidos
o-, m- y p-metilbenzoico), que a su vez reaccionan con la glicina y
el cido glucurnico. Durante la produccin o el uso del xileno pueden
darse concentraciones elevadas en la atmsfera del lugar de trabajo
si las instalaciones no son totalmente estancas o si se realizan
procesos abiertos, en ocasiones con grandes superficies de
evaporacin. Tambin pueden liberarse al ambiente grandes cantidades
de xileno durante las labores de reparacin y limpieza de los
equipos.