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PETROQUMICA Y SOCIEDADAutora: SUSANA CHOW PANGTAY
COMIT DE
SELECCINEDICIONESAGRADECIMIENTOSPENSAMIENTOSPRESENTACINPRLOGOINTRODUCCINI.
HISTORIA DEL PETRLEOII. EL ORIGEN Y COMPOSICIN DEL PETRLEOIII.
SEPARACIN DEL PETRLEO EN SUS FRACCIONESIV. MOTORES DE COMBUSTIN
INTERNA Y OCTANAJES
....DE GASOLINAV. FABRICACIN DE LA GASOLINA COMERCIALVI. LOS
PETROQUMICOS Y SUS MATERIAS PRIMASVII. PRODUCCIN DE HIDROCARBUROS
BSICOSVIII. RELACIN ENTRE EL PRECIO DE LO PETROQUMICOS
....BSICOS Y EL CONSUMO DE LOS COMBUSTIBLES.IX. PRODUCTOS
INTERMEDIOS DE LA PETROQUMICAX.POLMEROS DERIVADOS DEL PETRLEOXI.
CAUCHO SINTTICOXII. LOS PETROQUMICOS Y LAS NECESIDADES PRIMARIAS
DEL HOMBREXIII.
CONCLUSIONESAPNDICEGLOSARIOBIBLIOGRAFACONTRAPORTADA
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EDICIONES
Primera edicin, 1987
Quinta reimpresin, 1996
Segunda impresin, 1997
Primera reimpresin, 1998
La Ciencia desde Mxico es proyecto y propiedad del Fondo de
Cultura Econmica, alque pertenecen tambin sus derechos. Se publica
con los auspicios de la Subsecretarade Educacin Superior e
Investigacin Cientfica de la SEP y del Consejo Nacional deCiencia y
Tecnologa.
D.R. 1987, FONDO DE CULTURA ECONMICA, S. A. DE C. V.
D.R. 1998, FONDO DE CULTURA ECONMICA
Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 Mxico, D.F.
ISBN 968-16-5430-7 (segunda edicin)
ISBN 968-16-2669-9 (primera edicin)
Impreso en Mxico
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PRESENTACIN
En muy pocos aos la industria petroqumica ha llegado a ser una
de las actividadesindustriales ms importantes para nuestro pas. Su
importancia deriva no slo de suparticipacin relativa en el producto
interno bruto, que supera el 2%, de su elevada tasade crecimiento
anual, que se encuentra entre los ms altos de la industria, o de su
altogrado de integracin nacional, difcil de superar por otros
sectores industriales, sino dela influencia directa que esta
industria tiene, a travs de sus diversas cadenasproductivas, sobre
cualquier actividad de la vida moderna.
Para convencerse de ello invitamos al lector a realizar el
sencillo experimento dedesprenderse de cualquier artculo o prenda
de vestir fabricado en una alta proporcincon materiales sintticos
derivados de la petroqumica. Le recomendamos esperar paraello a
estar en la privacidad de su hogar, ya que, en el mejor de los
casos, se quedaraslo con la ropa interior puesta, si es que sta es
de algodn, y esto slo -si reaccionacon suficiente rapidez, ya que
perdera hasta el elstico, por ser ste de materialsinttico.
Desaparecer casi toda la decoracin de la casa, ya que hoy en da
losacabados son en su mayora de materiales sintticos (alfombras,
cortinas, tapices,pintura), as como la mayora de los enseres
domsticos, que son fabricados total oparcialmente de plstico.
Su coche se quedar sin neumticos y seguramente perder las suelas
de sus zapatos, sino es que los zapatos tambin, ya que cada vez se
fabrican en mayor proporcional conelastmeros sintticos, al igual
que la tapicera del automvil, las maletas o las bolsas demano.
Ms grave an, su despensa se reducira de manera alarmante, al
venirse abajo laproduccin de alimentos, ya que nos quedaramos sin
fertilizantes y plaguicidas,esenciales para la agricultura moderna,
y su botiqun se vera limitado a un pequeonmero de medicamentos
derivados de productos naturales, ya que la mayora de
losmedicamentos que hoy en da utilizamos desaparecan de la
farmacopea por serderivados de una u otra manera de productos de
origen petroqumico.
El libro de la doctora Susana Chow, Petroqumica y sociedad,
analiza estos y otrosaspectos, que permitirn al lector profundizar
en el conocimiento de esta importanterama industrial. La doctora
Chow conduce al lector de la mano, de manera amena yconvincente, a
travs de un amplio recorrido que abarca desde el petrleo y sus
orgeneshasta los principales productos de la petroqumica, pasando
por los diversos procesos demanufactura, y analiza la trascendencia
que ha tenido la petroqumica en la satisfaccinde las necesidades
primarias del hombre moderno.
Estamos seguros que, una vez que haya concluido la lectura de
este libro, el lectorquedar convencido que es necesario realizar un
esfuerzo cada vez mayor paratransformar los hidrocarburos en
productos tiles para el hombre en lugar de quemarlosde manera
ineficiente para generar energa, como lo estamos haciendo hoy
da.
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PRLOGO
Para nadie es desconocido, en algn sentido u otro, el
significado de la palabra petrleo.Sobre todo en un pas como el
nuestro, en el cual, en una buena medida, suproblemtica actual est
ntimamente ligada a este recurso natural. Pero olvide el lectorla
asociacin que pueda hacer entre petrleo y atributos tales como
poder, deudaexterna, cacicazgo, corrupcin, ineficiencia, etc., y
concntrese en lo que realmente es:un recurso natural no renovable
del cual el hombre, sobre todo en este siglo, ha obtenidoun enorme
provecho. Este lquido espeso de color parduzco que brota de la
tierra y quese lleg a calificar como oro negro es en efecto un
tesoro de valor incalculable. Unabuena parte de la energa motriz
disponible en este planeta proviene del petrleo y susderivados. Tan
slo en Mxico, pas al que la naturaleza dot de una enorme
riquezapetrolfera, el 95% de la energa que consumimos diariamente
proviene o estrelacionada con el uso del petrleo. Sin embargo, la
tragedia ms grande que le puedeocurrir a un pas productor de
petrleo es pensar que ste debe destinarse esencialmentea satisfacer
sus demandas energticas. En efecto, de los productos derivados
delpetrleo se obtienen un sinnmero de materias primas y substancias
diversas que son deusos muy variados en nuestra vida cotidiana.
Todas ellas se extraen de los productos dela destilacin del petrleo
crudo por medio de procesos qumicos muy elaborados. Entrminos muy
generales a estos procesos se les agrupa bajo una sola
denominacin:qumica del petrleo o petroqumica. De hecho, una de las
grandes disyuntivas que se lepresentan a la humanidad es decidir si
seguir quemando el petrleo como combustible outilizarlo para la
fabricacin de materias petroqumicas, que, insistimos, tienen
unautilidad prctica enorme.
En este libro, Susana Chow nos presenta de una manera lcida y
entretenida losdiversos aspectos de la petroqumica moderna.
Comienza por decirnos cmo se creeactualmente que se form el petrleo
y cmo est distribuido en el planeta. Su usodirecto, despus de ser
extrado, es muy restringido, as que debe ser sometido a
ciertosprocesos para optimizar su utilizacin. Estos procesos se
describen en el texto con sumocuidado, siempre de una manera
accesible para un lector no especializado en estostemas. En
particular, la autora hace hincapi en el enorme problema que se ha
derivadodel binomio formado por el motor de combustin interna y el
uso de las gasolinas,productos naturales de la destilacin del
petrleo, como combustibles. Esto la lleva adiscutir el problema de
la contaminacin causada por los vehculos que inevitablementeestn
restringidos a la existencia de dicho binomio.
Sin embargo, la parte central de la obra se enfoca al uso
extenso y variado que tienen losproductos petroqumicos en nuestra
vida diaria. Para los que se hayan familiarizado conel comercial de
nuestra televisin, Pemex en tu casa, en tu oficina, etc., este
libro lesproporcionar una forma amena y simple un desglose de su
significado.Simultneamente, tambin explica el grado de complejidad
que inevitablementeacompaa a cada uno de los procesos utilizados en
la industria petroqumica. Y de aquse desprende, como juiciosamente
lo hace ver la autora, la importancia que tiene elconocimiento
amplio y slido de la ciencia en el desarrollo de tecnologas, en
particularpetroqumicas. Al trmino de la exposicin el lector
seguramente tendr una idea muchoms clara de lo que significa para
un pas poseer petrleo y saber aprovecharloeficientemente. Y tambin
se dar cuenta por qu los pases avanzados, que a pesar de
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carecer de tan valiosa materia prima s cuentan con la
infraestructura cientfica ytecnolgica adecuada, pueden explotar a
los que slo poseen la materia prima, pero nocuentan con la
tecnologa para desarrollarla. Por eso se nos llama
subdesarrollados.
Es muy posible que un lector acucioso se haga la pregunta de cul
es la situacin denuestro pas en materia petroqumica. Siempre fue la
idea de los que hemos llevadoadelante la coleccin La Ciencia para
Todos ofrecer al lector en cada libro, cuando eltema as lo amerite
y el autor est dispuesto a realizarlo, un panorama general de cmose
ha desarrollado la disciplina subyacente a dicho tema en nuestro
pas. Por razonespersonales, en este caso me tomo la libertad de
decir algo al respecto. La petroqumica,como la mayora de las ramas
de la qumica moderna, es prcticamente inexistente enMxico. Esto
quiere decir que, empezando por los programas de estudio de la
granmayora de las escuelas de qumica del pas, ni siquiera se
contempla como un temaprioritario, adems de no ofrecerse como un
tema de especializacin en el posgrado.Consecuentemente podemos
afirmar que la infraestructura cientfico tecnolgica en
estaimportantsima rea de la qumica, est totalmente descuidada en
nuestro medio.
En el pasado existi un grupo de investigacin slido y promisorio
en petroqumica enel Instituto Mexicano del Petrleo. La autora de
este libro fue pionera de dicho grupo, yen la actualidad es de las
pocas personas con las que contamos que pueden llamarseexpertas en
dicha materia. No es ste el sitio para analizar las razones por las
cualeshace ya varios aos se permiti negligentemente la
desintegracin de dicho grupo ni lasconsecuencias que eso ha tenido
para el pas. Baste decir que es un verdadero privilegiopoder
introducir al lector a la lectura de tan fascinante e importante
tema, en una obraque ha sido escrita por una persona que s sabe de
petroqumica
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INTRODUCCIN
Qu pensaran si se les propusiera talar todos los bosque del
mundo, para transformarslo el 7% de la madera en muebles y papel, y
el resto convertirlo en lea y carbn?
Pues eso es exactamente lo que se est haciendo actualmente con
el petrleo y el gasnatural!
El 93% de estas materias primas se usa como combustible para
producir la energa querequieren los coches, trailers, camiones,
aviones, barcos, trenes, calderas, estufas,termoelctricas, etc., y
slo el 7% se emplea para obtener productos petroqumicos.
Cmo se ha llegado a tal extremo? Esa es la pregunta que
trataremos de resolver eneste libro para dar a conocer el grado en
que nuestra sociedad depende del petrleo.Pero sobre todo deseamos
que el lector descubra la importancia de hacer un uso msracional de
estos energticos a fin de continuar disfrutando, en el futuro, de
losbeneficios obtenidos de la petroqumica.
En las prximas pginas describiremos brevemente los usos del
petrleo en laantigedad. Con la aparicin del automvil a fines del
siglo pasado, se inici latransformacin no slo de los medios de
transporte sino tambin del uso del petrleocrudo, y se hizo
necesario crear las tecnologas para obtener ms y mejores
gasolinas,as como otros combustibles.
Sin embargo, para poder comprender cmo se relaciona la produccin
de materiasprimas petroqumicas con los combustibles, se explicar
cmo funciona un motor decombustin interna (motor de automvil), en
qu consiste el octanaje de las gasolinas,por qu y cmo el
combustible consumido por nuestros automviles debe obtenerse atravs
de una serie de procesos que requieren de una compleja tecnologa, y
enconsecuencia, de altos costos.
Tambin daremos a conocer las razones principales por las cuales
el alto consumo degas licuado y de gasolina afecta el precio y la
disponibilidad de las materias primaspetroqumicas.
Indudablemente que el objetivo principal del libro ser el de
explicar cmo y de dndese obtienen los materiales bsicos, cmo se
transforman en productos intermediarios y,finalmente, cules son
algunos de los miles de productos que se obtienen de ellos.
Veremos cmo la petroqumica interviene en todas las necesidades
fundamentales delhombre, como son el vestido, la salud, la
alimentacin, la vivienda y las diversiones.
Explicaremos de qu materias primas petroqumicas se hace el
nylon, el polister, eldacrn, la lycra, el acriln, etc. Tambin
diremos de qu se hacen los fertilizantes,insecticidas y herbicidas,
y qu aditivos se usan en las gelatinas, jamones, harinas,pudines,
refrescos embotellados, alimentos enlatados, vinos de mesa, etc.,
queprovienen del petrleo.
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En cuanto a la salud, describiremos cmo la petroqumica
interviene en la fabricacinde medicinas, de rganos artificiales
tales como corazones, venas, huesos y otros,incluyendo prtesis
dentales.
Al analizar los plsticos, resinas y cauchos sintticos derivados
del petrleo veremos suaplicacin en industrias como la
automovilstica, la de la construccin, la de lafabricacin de muebles
y artculos de decoracin, adems de la de la produccin de todaclase
de equipo domstico, de oficina, deportivo, etc.
Esperamos que con este pequeo libro todos tengamos mayor
conciencia de laimportancia del petrleo y sus derivados, a fin de
tratar de salvaguardar esta riquezanatural para que las
generaciones futuras tambin la disfruten.
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I. HISTORIA DEL PETRLEO
EL PETRLEO se conoce desde la prehistoria. La Biblia lo menciona
como betn, ocomo asfalto. Por ejemplo vemos que en el Gnesis,
captulo 11 versculo 3, se dice queel asfalto se us para pegar los
ladrillos de la torre de Babel; asimismo el Gnesis,captulo 4
versculo 10, nos describe cmo los reyes de Sodoma y Gomorra
fueronderrotados al caer en pozos de asfalto en el valle de
Siddim.
Tambin los indgenas de la poca precolombiana en Amrica conocan y
usaban elpetrleo, que les serva de impermeabilizante para
embarcaciones.
Durante varios siglos los chinos utilizaron el gas del petrleo
para la coccin dealimentos.
Sin embargo, antes de la segunda mitad del siglo XVIII las
aplicaciones que se le dabanal petrleo eran muy pocas.
Fue el coronel Edwin L. Drake quien perfor el primer pozo
petrolero del mundo en1859, en Estados Unidos, logrando extraer
petrleo de una profundidad de 21 metros.
Tambin fue Drake quien ayud a crear un mercado para el petrleo
al lograr separar lakerosina del mismo. Este producto sustituy al
aceite de ballena empleado en aquellapoca como combustible en las
lmparas, cuyo consumo estaba provocando ladesaparicin de estos
animales.
Pero no fue sino hasta 1895, con la aparicin de los primeros
automviles, que senecesit la gasolina, ese nuevo combustible que en
los aos posteriores se consumiraen grandes cantidades. En vsperas
de la primera Guerra Mundial, antes de 1914, yaexistan en el mundo
ms de un milln de vehculos que usaban gasolina.
En efecto, la verdadera proliferacin de automviles se inici
cuando Henry Ford lanzen 1922 su famoso modelo "T". Ese ao haba 18
millones de automviles; para 1938 elnmero subi a 40 millones, en
1956 a 100 millones, y a ms de 170 millones para1964. Actualmente
es muy difcil estimar con exactitud cuntos cientos de millones
devehculos de gasolina existen en el mundo.
Lgicamente el consumo de petrleo crudo para satisfacer la
demanda de gasolina hacrecido en la misma proporcin. Se dice que en
la dcada de 1957 a 1966 se us casi lamisma cantidad de petrleo que
en los 100 aos anteriores. Estas estimaciones tambintoman en cuenta
el gasto de los aviones con motores de pistn.
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Figura 1. Su majestad: el automvil.
Posteriormente se desarrollaron los motores de turbina (jets)
empleados hoy en losaviones comerciales, civiles y militares. Estos
motores usan el mismo combustible delas lmparas del siglo pasado,
pero con bajo contenido de azufre y baja temperatura decongelacin,
que se llama turbosina.
Desde luego, cuando se introdujeron los aviones de turbina, el
uso de la kerosina comocombustible de lmparas era casi nulo, debido
al descubrimiento de la electricidad, detal manera que en 1964
cerca del 80% del consumo total de sta era para hacerturbosina.
Otra fraccin del petrleo crudo que sirve como energtico es la de
los gasleos, queantes de 1910 formaba parte de los aceites pesados
que constituan los desperdicios delas refineras. El consumo de los
gasleos como combustible se inici en 1910 cuandoel almirante Fisher
de la flota britnica orden que se sustituyera el carbn por elgasleo
en todos sus barcos. El mejor argumento para tomar tal decisin lo
constituy lasuperioridad calorfica de ste con relacin al carbn
mineral, ya que el gasleo generaaproximadamente 10 500 caloras/kg.,
mientras que un buen carbn slo proporciona 7000 caloras/kg.
Ms tarde se extendi el uso de este energtico en la marina
mercante, en losgeneradores de vapor, en los hornos industriales y
en la calefaccin casera.
El empleo del gasleo se extendi rpidamente a los motores diesel.
A pesar de queRudolph Diesel invent el motor que lleva su nombre,
poco despus de que sedesarroll el motor de combustin interna, su
aplicacin no tuvo gran xito pues estabadiseado originalmente para
trabajar con carbn pulverizado.
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Figura 2. Tractores agrcolas consumidores de diesel.
Figura 3. Aviones de turbina consumidores de turbosina.
Cuando al fin se logr separar la fraccin ligera de los gasleos,
a la que se le llamdiesel, el motor de Rudolph Diesel empez a
encontrar un amplio desarrollo.
La principal ventaja de los motores diesel en relacin a los
motores de combustininterna estriba en el hecho de que son ms
eficientes, ya que producen ms trabajomecnico por cada litro de
combustible. Es de todos conocido que nuestros automvilesslo
aprovechan del 22 al 24% de la energa consumida, mientras que en
los motoresdiesel este aprovechamiento es del 35%.
Por lo tanto, estos motores encontraron rpida aplicacin en los
barcos de la marinamilitar y mercante, en las locomotoras de los
ferrocarriles, en los camiones pesados, yen los tractores
agrcolas.
Despus de este breve anlisis de la historia del desarrollo y uso
de los combustiblesprovenientes del petrleo, vemos claramente que
el mayor consumidor de estosenergticos es el automvil.
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EL cuadro I nos ilustra el consumo de combustible en Mxico
durante 1985.
Cuadro 1. Consumo de combustible en Mxico durante 1985.
Esto se debe no slo al hecho de tener en circulacin millones de
vehculos con motoresde combustin interna, sino a la muy baja
eficiencia de sus motores, ya quedesperdiciarian el 75% ciento de
la energa generada, como se mencion anteriormente.
As pues, como el automvil sigue siendo el "rey", la mayor parte
de las refineraspetroleras stan diseadas para proveer de gasolina a
" Su Majestad".
Despus de la aparicin del automvil, el mundo empez a moverse
cada vez msaprisa, requiriendo da a da vehculos de mayor potencia,
y por lo tanto mejoresgasolinas.
En qu consisten estas mejores gasolinas? Cmo se logran? Cales
son susconsecuencias? Qu productos qumicos usados para subir el
octanaje de las gasolinasson base de las fibras sintticas? Cules
son los materiales usados para fabricar msgasolina, que a su vez
sirven como materia prima para hacer detergentes
sintticos,plsticos, solventes, lubricantes, alimentos, etc.?
stas son algunas de las preguntas que trataremos de responder en
los captulossiguientes, no sin antes describir los orgenes del
petrleo y su composicin.
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II. EL ORIGEN Y COMPOSICIN DELPETRLEO
CMO SE FORM EL PETRLEO?
EXISTEN varias teoras sobre la formacin del petrleo. Sin
embargo, la ms aceptada esla teora orgnica que supone que se origin
por la descomposicin de los restos deanimales y algas microscpicas
acumuladas en el fondo de las lagunas y en el cursoinferior de los
ros.
Esta materia orgnica se cubri paulatinamente con capas cada vez
ms gruesas desedimentos, al abrigo de las cuales, en determinadas
condiciones de presin,temperatura y tiempo, se transform lentamente
en hidrocarburos (compuestosformados de carbn e hidrgeno), con
pequeas cantidades de azufre, oxgeno,nitrgeno, y trazas de metales
como fierro, cromo, nquel y vanadio, cuya mezclaconstituye el
petrleo crudo.
Estas conclusiones se fundamentan en la localizacin de los
mantos petroleros, ya quetodos se encuentran en terrenos
sedimentarios. Adems los compuestos que forman loselementos antes
mencionados son caractersticos de los organismos vivientes.
Ahora bien, existen personas que no aceptan esta teora. Su
principal argumento estribaen el hecho inexplicable de que si es
cierto que existen ms de 30 000 campospetroleros en el mundo
entero, hasta ahora slo 33 de ellos constituyen grandesyacimientos.
De esos grandes yacimientos 25 se encuentran en el Medio Oriente
ycontienen ms del 60% de las reservas probadas de nuestro
planeta.
Uno se pregunta entonces: Cmo es posible que tantos animales
hayan muerto enmenos del 1% de la corteza terrestre, que es el
porcentaje que le corresponde al MedioOriente?
Figura 4. El Medio Oriente almacena el 60% de las reservas
mundiales de petrleo.
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Indudablemente que la respuesta a esta pregunta, si la teora
orgnica es vlida, slo sepuede encontrar en la Biblia, donde se
describe al Edn como un lugar rodeado porcuatro ros (siendo uno de
ellos el ufrates), en cuyo centro se encuentra el "rbol de
laVida".
Esta respuesta probablemente no suena muy cientfica, pero acaso
no justifica el hechode que el Medio Oriente contenga el cementerio
de animales ms grande del mundo,origen de sus reservas petroleras,
si la teora orgnica es cierta?
Naturalmente que existen otras teoras que sostienen que el
petrleo es de origeninorgnico o mineral. Los cientficos soviticos
son los que ms se han preocupado porprobar esta hiptesis. Sin
embargo estas proposiciones tampoco se han aceptado en
sutotalidad.
Una versin interesante de este tema es la que public Thomas Gold
en 1986. Estecientfico europeo dice que el gas natural (el metano)
que suele encontrarse en grandescantidades en los yacimientos
petroleros, se pudo haber generado a partir de losmeteoritos que
cayeron durante la formacin de la Tierra hace millones de aos.
Los argumentos que presenta estn basados en el hecho de que se
han encontrado envarios meteoritos ms de 40 productos qumicos
semejantes al kergeno, que se suponees el precursor del
petrleo.
Y como los ltimos descubrimientos de la NASA han probado que las
atmsferas de losotros planetas tienen un alto contenido de metano,
no es de extraar que esta teora estganando cada da ms adeptos.
Podemos concluir que a pesar de las innumerables investigaciones
que se han realizado,no existe una teora infalible que explique sin
lugar a dudas el origen del petrleo puesello implicara poder
descubrir los orgenes de la vida misma.
QU ES EL PETRLEO?
Cualquiera que tenga un cierto sentido de observacin puede
describir el petrleo comoun lquido viscoso cuyo color vara entre
amarillo y pardo oscuro hasta negro, conreflejos verdes. Adems
tiene un olor caracterstico y flota en el agua.
Pero si se desea saber todo lo que se puede hacer con el
petrleo, esta definicin no essuficiente. Es necesario profundizar
el conocimiento para determinar no slo suspropiedades fsicas sino
tambin las propiedades qumicas de sus componentes.
Como dijimos anteriormente, el petrleo es una mezcla de
hidrocarburos, compuestosque contienen en su estructura molecular
carbono e hidrgeno principalmente.
El nmero de tomos de carbono y la forma en que estn colocados
dentro de lasmolculas de los diferentes compuestos proporciona al
petrleo diferentes propiedadesfsicas y qumicas. As tenemos que los
hidrocarburos compuestos por uno a cuatrotomos de carbono son
gaseosos, los que contienen de 5 a 20 son lquidos, y los de msde 20
son slidos a la temperatura ambiente.
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El petrleo crudo vara mucho en su composicin, lo cual depende
del tipo deyacimiento de donde provenga, pero en promedio podemos
considerar que contieneentre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13%
de hidrgeno.
Mientras mayor sea el contenido de carbn en relacin al del
hidrgeno, mayor es lacantidad de productos pesados que tiene el
crudo. Esto depende de la antigedad y dealgunas caractersticas de
los yacimientos. No obstante, se ha comprobado que entrems viejos
son, tienen ms hidrocarburos gaseosos y slidos y menos lquidos
entran ensu composicin.
Algunos crudos contienen compuestos hasta de 30 a 40 tomos de
carbono.
Figura 5. Extraccin de petrleo en tierra.
Figura 6. Extraccin de petrleo en el mar.
En la composicin del petrleo crudo tambin figuran los derivados
de azufre (quehuelen a huevo podrido), adems del carbono e
hidrgeno.
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Adems, los crudos tienen pequeas cantidades, del orden de partes
por milln, decompuestos con tomos de nitrgeno, o de metales como el
fierro, nquel, cromo,vanadio, y cobalto.
Por lo general, el petrleo tal y como se extrae de los pozos no
sirve como energtico yaque requiere de altas temperaturas para
arder, pues el crudo en s est compuesto dehidrocarburos de ms de
cinco tomos de carbono, es decir, hidrocarburos lquidos. Porlo
tanto, para poder aprovecharlo como energtico es necesario
separarlo en diferentesfracciones que constituyen los diferentes
combustibles como el gasavin, gasolina,turbosina, diesel, gasleo
ligero y gasleo pesado.
Los mtodos para llevar a cabo esta separacin se describirn en el
siguiente captulo.
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III. SEPARACIN DEL PETRLEO EN SUSFRACCIONES
CMO se puede separar en diferentes fracciones el petrleo? El
sentido comn dice quehay que calentarlo. As, a medida que sube la
temperatura, los compuestos con menostomos de carbono en sus
molculas (y que son gaseosos) se desprenden fcilmente;despus los
compuestos lquidos se vaporizan y tambin se separan, y
as,sucesivamente, se obtienen las diferentes fracciones.
En las refineras petroleras, estas separaciones se efectan en
las torres defraccionamiento o de destilacin primaria.
Para ello, primero se calienta el crudo a 400 C para que entre
vaporizado a la torre dedestilacin. Aqu los vapores suben a travs
de pisos o compartimentos que impiden elpaso de los lquidos de un
nivel a otro. Al ascender por los pisos los vapores se
vanenfriando.
Figura 7. Refinera petrolera.
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Figura 8. Principales fracciones del crudo
Este enfriamiento da lugar a que en cada uno de los pisos se
vayan condensandodistintas fracciones, cada una de las cuales posee
una temperatura especfica delicuefaccin.
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Los primeros vapores que se licuan son los del gasleo pesado a
300 Caproximadamente, despus el gasleo ligero a 200 C; a
continuacin, la kerosina a 175C, la nafta y por ltimo, la gasolina
y los gases combustibles que salen de la torre defraccionamiento
todava en forma de vapor a 100 C. Esta ltima fraccin se enva aotra
torre de destilacin en donde se separan los gases de la
gasolina.
Ahora bien, en esta torre de fraccionamiento se destila a la
presin atmosfrica, o sea,sin presin. Por lo tanto, slo se pueden
separar sin descomponerse los hidrocarburosque contienen de 1 a 20
tomos de carbono.
Para poder recuperar ms combustibles de los residuos de la
destilacin primaria esnecesario pasarlos por otra torre de
fraccionamiento que trabaje a alto vaco, o sea apresiones
inferiores a la atmosfrica para evitar su descomposicin trmica, ya
que loshidrocarburos se destilarn a ms baja temperatura.
En la torre de vaco se obtienen slo dos fracciones, una de
destilados y otra deresiduos.
De acuerdo al tipo de crudo que se est procesando, la primera
fraccin es la quecontiene los hidrocarburos que constituyen los
aceites lubricante y las parafinas, y losresiduos son los que
tienen los asfaltos y el combustleo pesado.
El cuadro 2 nos describe aproximadamente el nmero de tomos de
carbono quecontienen las diferentes fracciones antes
mencionadas.
CUADRO 2. Mezcla de hidrocarburos obtenidos de la destilacin
fraccionada delpetrleo
En este cuadro incluimos los gases incondensables y el gas
licuado (LP) porque stos seencuentran disueltos en el crudo que
entra a la destilacin primaria, a pesar de que sesuele eliminarlos
al mximo en las torres de despunte que se encuentran antes
deprecalentar el crudo de fraccionadores.
De los gases incondensables el metano es el hidrocarburo ms
ligero, pues contiene sloun tomo de carbono y cuatro de hidrgeno.
El que sigue es el etano, que estcompuesto por dos de carbono y
seis de hidrgeno.
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El primero es el principal componente del gas natural. Se suele
vender comocombustible en las ciudades, en donde se cuenta con una
red de tuberas especiales parasu distribucin. Este combustible
contiene cantidades significativas de etano.
El gas LP es el combustible que se distribuye en cilindros y
tanques estacionarios paracasas y edificios. Este gas est formado
por hidrocarburos de tres y cuatro tomos decarbono denominados
propano y butano respectivamente.
La siguiente fraccin est constituida por la gasolina virgen, que
se compone dehidrocarburos de cuatro a nueve tomos de carbono, la
mayora de cuyas molculasestn distribuidas en forma lineal, mientras
que otras forman ciclos de cinco y seistomos de carbono. A este
tipo de compuestos se les llama parafnicos ycicloparafnicos
respectivamente.
Esta gasolina, tal cual, no sirve para ser usada en los
automviles; en el siguientecaptulo se explicar por qu.
La fraccin que contiene de 10 a 14 tomos de carbono tiene una
temperatura deebullicin de 174 a 288 C, que corresponde a la
fraccin denominada kerosina, de lacual se extrae el combustible de
los aviones de turbina llamado turbosina.
La ltima fraccin que se destila de la torre primaria es el
gasleo, que tiene unintervalo de ebullicin de 250 a 310 C y
contiene de 15 a 18 tomos de carbono. Deaqu se obtiene el
combustible llamado diesel, que, como ya dijimos, sirve para
losvehculos que usan motores diesel como los tractores,
locomotoras, camiones, trailers ybarcos.
De los destilados obtenidos al vaco, aquellos que por sus
caractersticas no se destinena lubricantes se usarn como materia
prima para convertirlos en combustibles ligeroscomo el gas licuado,
la gasolina de alto octano, el diesel, la kerosina y el gasleo.
El residuo de vaco contiene la fraccin de los combustleos
pesados que se usan en lascalderas de las termoelctricas.
De todo lo que hemos descrito en este captulo, se ve claramente
cmo casi el total decada barril de petrleo que se procesa en las
refineras se destina a la fabricacin decombustibles. La cantidad de
gasolina virgen obtenida depende del tipo de petrleocrudo (pesado o
ligero), ya que en cada caso el porcentaje de esta fraccin es
variable.
Como dijimos al principio, la gasolina es el combustible que
tiene mayor demanda; porlo tanto, la cantidad de gasolina natural
que se obtiene de cada barril siempre esinsuficiente, aun cuando se
destilen crudos ligeros, que llegan a tener hasta 30% de
esteproducto. Adems, las caractersticas de esta gasolina no llenan
las especificaciones deoctanaje necesarias para los motores de los
automviles.
Para resolver estos problemas los cientficos han desarrollado
una serie de procesos paraproducir ms y mejores gasolinas a partir
de otras fracciones del petrleo.
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Pero para poder comprender lo anterior es necesario describir
antes cmo trabaja unmotor de combustin interna y qu significa el
ndice de octano de una gasolina, temasde los cuales hablaremos a
continuacin.
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IV. MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA YOCTANAJES DE GASOLINA
QU son los motores de combustin interna? Son los que usan
comnmente losautomviles. Se llaman tambin motores de explosin.
Estos nombres les fueron asignados debido a que el combustible
se quema en el interiordel motor y no es un dispositivo externo a
l, como en el caso de los motores diesel.
CMO TRABAJAN LOS MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA?
Estos motores trabajan en cuatro tiempos que son la admisin, la
compresin, laexplosin y el escape.
La figura 9 ilustra los cuatro tiempos del motor de combustin
interna.
En el primer tiempo o admisin, el cigeal arrastra hacia abajo el
mbolo, aspirando enel cilindro la mezcla carburante que est formada
por gasolina y aire procedente delcarburador.
Figura 9. Los cuatro tiempos del motor de combustin interna.
En el segundo tiempo se efecta la compresin. El cigeal hace
subir el mbolo, elcual comprime fuertemente la mezcla carburante en
la cmara de combustin.
En el tercer tiempo, se efecta la explosin cuando la chispa que
salta entre loselectrodos de la buja inflama la mezcla,
producindose una violenta dilatacin de losgases de combustin que se
expanden y empujan el mbolo, el cual produce trabajo
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mecnico al mover el cigeal, que a su vez mueve las llantas del
coche y lo haceavanzar.
Por ltimo, en el cuarto tiempo, los gases de combustin se
escapan cuando el mbolovuelve a subir y los expulsa hacia el
exterior, saliendo por el escape del automvil.
Naturalmente que la apertura de las vlvulas de admisin y de
escape, as como laproduccin de la chispa en la cmara de combustin,
se obtienen mediante mecanismossincronizados en el cigeal.
De acuerdo a la descripcin anterior, comprendemos que si la
explosin dentro delcilindro no es suave y genera un tirn irregular,
la fuerza explosiva golpea al mbolodemasiado rpido, cuando an est
bajando en el cilindro.
Este efecto de fuerzas intempestivas sacude fuertemente la
mquina y puede llegar adestruirla. Cuando esto sucede se dice que
el motor est "detonando" o "cascabeleando",efecto que se hace ms
notorio al subir alguna pendiente.
Indudablemente que este fenmeno tambin se observa cuando el
automvil est malcarburado, o sea que no tiene bien regulada la
cantidad de aire que se mezcla con lagasolina.
Sin embargo, cuando ste no es el caso, el cascabeleo se deber al
tipo de gasolina quese est usando, la cual a su vez depende de los
compuestos y los aditivos que laconstituyen, o sea de su
octanaje.
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Figura 10. Cientficos e ingenieros trabajando en el desarrollo
de tecnologas.
QU SIGNIFICA EL OCTANAJE EN UNA GASOLINA?
Hace 50 aos se lleg a descubrir que, de todos los compuestos que
forman la gasolina,el heptano normal (un hidrocarburo con siete
tomos de carbn formando una cadenalineal) es el que provoca la peor
detonacin. Por lo tanto se le asign un valor de cero enla escala
correspondiente.
El compuesto que detonaba menos era de ocho tomos de carbono,
formando unacadena ramificada llamada isooctano. Se le dio un valor
de 100, y as nacieron losndices de octano u octanajes de las
gasolinas.
Pero cmo se determinan prcticamente los octanajes de las
gasolinas?
Existen aparatos especiales para medir las detonaciones que
provocan. El resultado secompara con mezclas de heptano e isooctano
hasta encontrar aquella que produzca unefecto semejante.
As, por ejemplo, si cierta gasolina tiene caractersticas
detonantes parecidas a las deuna mezcla en 90% de isooctano y 10%
de heptano normal, entonces se le asigna unndice de octano de
90.
Pero por qu se dijo en el captulo anterior que la gasolina
natural proveniente de ladestilacin primaria no llenaba las
especificaciones de octanaje requeridas por losautomviles? Cmo se
consigue aumentar el ndice de octano en la gasolina? Si lafraccin
que contiene de cinco a nueve tomos de carbono en el petrleo crudo
esinsuficiente para satisfacer las demandas de gasolina, qu
procesos se usan para hacerms gasolina a partir de las otras
fracciones?
stas son algunas de las preguntas que respondemos en el
siguiente captulo.
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V. FABRICACIN DE LA GASOLINACOMERCIAL
A PRINCIPIOS del siglo, la obtencin de gasolina de calidad era
cuestin de suerte. Lanaturaleza proporcionaba los ingredientes,
casi siempre parafinas (hidrocarburoslineales y cclicos), pero
diluidos con otros componentes contenidos en el petrleocrudo.
En la actualidad la gasolina es un producto hecho por el hombre,
o sea que es sinttica.Las principales razones son:
1. Los crudos tienen un mximo de 25-30% de gasolina naturalcon
ndices de octano de 40 a 60, los cuales son demasiadobajos para
usarse en los motores modernos de combustininterna. Esto se debe a
la estructura molecular de loshidrocarburos que la constituyen.
2. La cantidad de gasolina primaria o natural contenida en
loscrudos es insuficiente para satisfacer la gran demandaprovocada
por los cientos de millones de vehculos quecirculan diariamente por
las carreteras y calles del mundoentero.
Las dos razones aqu mencionadas crearon el reto para los
cientficos: cmo remodelarlas molculas para producir ms y mejores
gasolinas.
Sin embargo, a medida que se hacan mejores gasolinas,
simultneamente losdiseadores de automviles aumentaban la compresin
de los motores elevando as suPotencia. Se necesit entonces un ndice
de octano mayor.
Vamos a suponer que de un barril de 159 litros de petrleo crudo
logremos separar 50litros de gasolina cuyos componentes tienen de
cinco a nueve tomos de carbono
, y que de los 109 litros restantes algunos de los hidrocarburos
no seanapropiados para usarlos como gasolina, ya sea porque su
composicin no cuenta consuficientes tomos de carbono por molcula o
porque tiene demasiados .Otros quizs cumplan con el nmero requerido
de carbonos, pero sus molculas estnen forma lineal en vez de
ramificada. Entonces, cmo hacer ms y mejor gasolina delresto de los
hidrocarburos que constituyen el barril de crudo?
PROCESOS PARA HACER MS GASOLINA
El sentido comn nos dice que si tenemos molculas con ms tomos de
carbono de losque necesitamos, hay que romper las cadenas que unen
los tomos de carbono paraobtener molculas ms chicas, cuyo nmero de
carbono sea de cinco a nueve.
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Pero si las molculas tienen menos tomos de carbono de los que
buscamos, entonces esnecesario unir dos, tres o ms de ellas entre
s, para agrandarlas hasta conseguir eltamao deseado.
Para lograr esto, los cientficos e ingenieros tuvieron que
trabajar conjuntamente paradesarrollar las tecnologas
requeridas.
Esta labor en equipo es larga, laboriosa y muy costosa, pero si
se tiene xito, lascompaas que patrocinan la labor obtienen enormes
dividendos, ya que quien deseeusar sus tecnologas tendr que pagar
mucho dinero por concepto de regalas, lo queindudablemente aumenta
el costo final del producto elaborado.
Lo anterior nos permite comprender mejor la diferencia entre
pases desarrollados ypases subdesarrollados. Los primeros tienen
tecnologa propia, que no es ms que elsimple conocimiento de cmo
satisfacer las necesidades con los recursos disponibles.Mientras
tanto, si los segundos no tienen estos conocimientos, se ven
obligados acomprrselos a los primeros a un alto costo, pagando con
recursos naturales, los cualesles son tomados a precios
irrisorios.
Por eso todos los pases subdesarrollados cuyo consumo de
gasolina y de energticos engeneral es elevado, tienen costos de
fabricacin altos ya que aunque sean productores depetrleo, se ven
obligados a pagar regalas en todos los procesos de
tecnologaextranjera usados en las refineras.
Pero cules son los procesos usados en las refineras para hacer
ms y mejoresgasolinas?
Primero veremos cules son y en qu estn basadas las tecnologas
usadas para hacerms gasolina:
Son dos: los procesos de desintegracin trmica y los de
desintegracin cataltica.
La primera utiliza bsicamente temperatura y presin alta para
romper las molculas.Los hidrocarburos que produce se caracterizan
por tener dobles ligaduras en susmolculas, a las cuales se les
llama olefinas y son muy reactivas. Cuando tienen decinco a nueve
tomos de carbono y se incorporan a las gasolinas ayudan a subir
elndice de octano.
Sin embargo, tienen el inconveniente de ser muy reactivas; al
polimerizarse, formangomas que perjudican los motores. Por lo tanto
en las mezclas de gasolinas en donde seusan fracciones con alto
contenido de olefinas es necesario agregar aditivos que inhibanla
formacin de gomas.
Los procesos de desintegracin trmica se usan principalmente para
hacer olefinasligeras, o sea de dos carbonos (etileno), tres
(propileno), cuatro (butenos cuando tienenuna sola doble ligadura
en la molcula y butadieno cuando tienen dos dobles ligaduras),y
cinco (pentenos cuando tienen una sola doble ligadura e isopreno
cuando tienen dosdobles ligaduras).
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Las fracciones del petrleo que sirven de materia prima o carga
pueden ser desdegasolinas pesadas hasta gasleos pesados. En estos
casos siempre se obtienen tambinlas llamadas gasolinas de
desintegracin. Los procesos de desintegracin catalticatambin usan
temperaturas y presin para romper las molculas, pero son menores
queen el caso anterior, gracias a ciertos compuestos qumicos
llamados catalizadores.
Figura 11. Polimeracin. Unin de molculas para hacer ms
gasolina.
Los catalizadores no slo permiten que el proceso trabaje a
temperaturas y presionesinferiores sino que tambin aumentan la
velocidad de la reaccin.
Adems actan como "directores" haciendo que las molculas se
rompan de ciertamanera; los pedazos se unen y forman
preferencialmente un determinado tipo dehidrocarburos.
As, por ejemplo, una molcula con 16 tomos de carbono como es el
hexadecano, puede romperse para formar un par de molculas con 8
tomos de carbono
cada una o sea octano + octeno). El octeno es un hidrocarburo
olefnico,es decir, que tiene dos tomos de hidrgeno menos que el
octano, que es unhidrocarburo parafnico.
Los procesos de desintegracin cataltica para obtener
preferencialmente las gasolinasde alto octano usan como carga los
gasleos, o sea la fraccin que contienen de 14 a 20tomos de carbono
en sus molculas. Las gasolinas obtenidas por
desintegracincataltica, y en particular las fracciones ligeras,
contienen hidrocarburos altamenteramificados, tanto parafnicos como
olefnicos. Estas ramificaciones en las molculascontenidas en la
fraccin de la gasolina le imparten un alto ndice de octano.
Adems de la gasolina tambin se produce bastante gas, como el
isobutano (cuatrotomos de carbono ramificados), y una elevada
cantidad de etileno, propileno y butenos.
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Otros combustibles que se forman son el diesel, la kerosina y
otros productos mspesados.
Las olefinas gaseosas antes mencionadas forman la materia prima
para hacer msgasolina. Como tienen dos, tres y cuatro tomos de
carbono, est claro que para obtenerproductos de cinco a nueve
carbonos ser necesario unir las molculas.
En las refineras existen dos tipos de procesos para llevar a
cabo este tipo de reacciones.Uno es la polimerizacin. Este proceso
tambin usa catalizadores para la obtencin degasolina. Al
combustible que resulta se le llama gasolina polimerizada.
El otro proceso de sntesis que usa los gases de las
desintegradoras es el llamadoproceso de alquilacin. Es una reaccin
qumica de una olefina con una parafinaramificada, en presencia de
un catalizador. El producto resultante tendr tambinramificaciones;
es decir, los carbonos no estarn en una sola lnea.
En este proceso se hacen reaccionar las olefinas como el
etileno, el propileno y losbutenos, con el isobutano, que es un
hidrocarburo parafnico ramificado con cuatrocarbonos en su
molcula.
Al producto obtenido en el proceso anterior se le llama gasolina
alquilada. Su altondice de octano se debe principalmente a las
mltiples ramificaciones de loshidrocarburos que lo forman. Por lo
general esta gasolina tambin se usa para hacergasavin, que es el
combustible que emplean las avionetas que tienen motores de
pistn.
PROCESOS PARA MEJORAR LA GASOLINA NATURAL
La gasolina natural o primaria est compuesta por el nmero
adecuado de carbonos,pero la forma en que estn colocados dentro de
la molcula no le imparten un buenoctanaje.
Para mejorar la calidad de esta gasolina existen dos tipos de
procesos en las refineras,que son la isomerizacin y la reformacin.
Ambos requieren catalizadores.
En el primer caso los hidrocarburos lineales de los que est
compuesta la gasolinanatural se ramifican, lo que permite que se
incremente su octanaje.
As sucede, por ejemplo, con el heptano normal, que tiene siete
tomos de carbonoformando una cadena lineal. Como dijimos
anteriormente, su ndice de octano es decero. Pero si lo
isomerizamos y lo hacemos altamente ramificado obtenemos
elisoheptano, que tiene 110 de octano.
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Figura12. Isomerizacin. Modificacin de los hidrocarburos para
elevar octanajes.
El segundo proceso o sea la reformacin, no slo favorece la
ramificacin de loshidrocarburos como en el caso anterior, sino que
tambin les permite ciclizarse,formando anillos de seis tomos de
carbono, y despus perder tomos de hidrgenodndonos los hidrocarburos
cclicos llamados aromticos.
Figura 13. Isooctano, ndice de octano 100.
stos estn constituidos principalmente por benceno , tolueno ,
yxilenos .
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A los grupos , que contienen los anillos bencnicos del tolueno y
los xilenos, se lesllama metilos. El tolueno tiene un solo metilo,
mientras que el xileno tiene dos, loscuales, dependiendo de la
forma de su unin al anillo bencnico, se llaman
ortoxileno,metaxileno, o paraxileno.
Estos hidrocarburos aromticos le imparten un alto ndice de
octano a la gasolinareformada (proveniente de la reformacin
cataltica de la gasolina natural).
El cuadro 3 nos resume todos los procesos mencionados.
GASOLINA COMERCIAL
La gasolina que compramos en las gasolineras se hace mezclando
gasolina natural condiferentes porcentajes de gasolina proveniente
de los procesos de polimerizacin,alquilacin, isomerizacin,
reformacin y desintegracin.
A estas mezclas se les determina su octanaje como se mencion en
el captulo anterior,y se les agrega una serie de aditivos antes de
venderlas al pblico.
En la actualidad se pueden hacer mezclas de gasolinas con ndices
de octano mayoresque el del isooctano puro, o sea hasta de 110.
Esto se logra agregando a la mezcla degasolina compuestos llamados
antidetonantes. El compuesto de este tipo ms comn esel tetraetilo
de plomo (TEP).
Este producto impide que la gasolina "explote" dentro de los
cilindros del motor condemasiada rapidez. Adems permite usar en las
mezclas mayor cantidad de gasolina demenor calidad, como es la
gasolina natural (40-60 octanos), y alcanzar de todos modoslos
octanajes requeridos por las gasolinas comerciales.
La cantidad ptima de tetraetilo de plomo que se usa en las
mezclas de gasolinas es detres mililitros por cada galn (un galn
tiene aproximadamente 3.8 litros). No vale lapena agregar
concentraciones mayores a las antes mencionadas, pues el
excesoperjudica a las mezclas.
El tetraetilo de plomo sube ms el octanaje de las mezclas cuando
stas contienenmayor cantidad de hidrocarburos ramificados, por
ejemplo las gasolinas de laisomerizadora y los de la
alquiladora.
Sin embargo, cuando las mezclas tienen un alto contenido de
olefinas, como las de lapolimerizadora, o tienen demasiados
compuestos de azufre, la susceptibilidad altetraetilo de plomo
disminuye. Es decir, que aunque se agregue la misma cantidad deTEP,
el ndice de octano subir menos que en el caso anterior.
Las gasolinas con plomo, como se les llama a aquellas que
contienen TEP, resultan msbaratas que las que no lo llevan. Esto se
debe a que el contenido de gasolina natural(ms barata) es mayor en
este caso. Adems, tres mililitros por galn de TEP consiguenen
algunos casos elevar el octanaje de las gasolinas hasta en 20
octanos.
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As por ejemplo, si tenemos una mezcla de gasolina con un ndice
de octano de 60, alagregarle el TEP puede llegar a tener un
octanaje de 80. Si la mezcla original tena 90de octano, con el
aditivo puede subir hasta 110.
Desgraciadamente, si bien este fabuloso aditivo es muy bueno
para los automviles ypara nuestros bolsillos, no lo es para nuestra
salud.
El principal problema que se presenta con el uso del TEP como
antidetonante estriba enel hecho de que el plomo se elimina con los
gases de combustin que salen por elescape de los automviles,
causando un problema grave de contaminacin ambientaldebido a su
toxicidad.
En pases como Estados Unidos los automviles estn provistos de
los llamados escapescatalticos a fin de disminuir el problema del
llamado "smog". Los vehculos que tieneninstalados este tipo de
escapes no deben usar gasolina con plomo, pues el plomodestruye el
catalizador que contiene dicho aditamento y lo hace inservible.
Pero por qu tiene que costar ms cara la gasolina sin plomo? Por
la simple y sencillarazn de que si queremos subirle el octanaje a
una mezcla de gasolina que tiene 60 deoctano, y que es inadecuada
para los automviles, la nica forma de lograrlo con losmedios hasta
ahora aceptados es aumentar la concentracin de
hidrocarburosaromticos, tales como el benceno, tolueno, xilenos,
provenientes de la reformadora, yagregar ms gasolina de los otros
procesos antes mencionados.
Otra manera de ayudar a subir el octanaje de las gasolinas es
agregndoles butano, unhidrocarburo con cuatro tomos de carbono.
Este producto es gaseoso y suele mezclarsecon la gasolina en el
invierno para facilitar el arranque en fro de los motores.
Esta solucin resulta muy conveniente, pues debido a las
temperaturas bajas registradasdurante el invierno, es muy fcil
mantener disuelto este gas. Adems, el butano es unode los
componentes del gas licuado que se quema en las estufas y cuyo
costo es inferioral de la gasolina.
Durante los otros meses del ao la concentracin de butano en las
mezclas de gasolinaes menor y depender de la temperatura ambiente
para mantenerse disuelta.
Ahora, con la explicacin anterior, estamos listos para la
siguiente pregunta: cuntostipos de gasolina existen en el comercio,
y cules son las diferencias que existen entreellas?
Segn el pas, se dispone por lo general de dos o tres tipos
diferentes de gasolinacomercial para cubrir las distintas
especificaciones de los vehculos. Se les suele llamarregular con
plomo, super con plomo y super sin plomo.
La regular con plomo se usa principalmente en automviles y
camiones que tienenmotores con una relacin de compresin hasta de
9:1. Esta gasolina es una mezcla degasolinas provenientes de la
desintegradora cataltica, la reformadora, gasolina natural ybutano
normal, con 3 m1 de TEP por galn. Su octanaje es de 80 a 85.
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La super con plomo se usa en vehculos con motores de compresin
superior a 9:1. Lamezcla tpica contiene gasolinas provenientes de
la desintegradora cataltica, lareformadora., la isomerizadora, la
alquiladora gasolina natural, y butano normal.Adems se le aade
tetraetilo de plomo (TEP). Su octanaje es de 90 a 100 y en
algunospases llega a ser hasta de 110.
La super sin plomo se usa en automviles con escapes catalticos
que sirven paradisminuir la cantidad de emisiones contaminantes de
los gases de combustin del motor.La composicin de sus mezclas es
muy semejante al de la super pero con un mnimo onada de gasolina
natural. Adems no contiene tetraetilo de plomo.
El hecho de que una gasolina no contenga TEP no significa que
los automviles que lausen no provocarn ninguna contaminacin en el
ambiente, pues el "smog" producidoproviene principalmente de los
hidrocarburos no quemados y del monxido de carbonoque salen del
escape. La cantidad de stos depende de las condiciones de los
motores(vase Apndice 6), pero aun contando con automviles bien
afinados y nuevos, stosde todas maneras sern fuentes de
contaminacin, ya que el rendimiento termodinmicode los motores de
combustin interna es slo de 23%, lo que significa que menos del25%
de la energa producida se aprovecha para mover el vehculo.
Figura 14. La gasolina comercial es una mezcla de gasolina
natural y gasolina sinttica.
Pero qu relacin existe entre la fabricacin de gasolinas y las
materias petroqumicasbsicas?
La respuesta es muy sencilla: casi toda la industria petroqumica
se basa principalmenteen los hidrocarburos olefnicos como el
etileno, propileno, buteno, penteno y losaromticos benceno, tolueno
y xileno. Casualmente las olefinas mencionadas (el etilenoen menor
grado), constituyen las materias primas para fabricar gasolina
sinttica en laspolimerizadoras y las alquiladoras, mientras que los
hidrocarburos aromticos son loque imparten un elevado ndice de
octano a las gasolinas de las reformadoras.
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A continuacin hablaremos sobre la petroqumica y la forma de
obtener de ella otrasmaterias primas.
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VI. LOS PETROQUMICOS Y SUS MATERIASPRIMAS
QU ES LA PETROQUMICA?
LA PETROQUMICA comprende la elaboracin de todos aquellos
productos qumicos quese derivan de los hidrocarburos del petrleo y
el gas natural. Por lo general el trminono incluye los
hidrocarburos combustibles, lubricantes, ceras ni asfaltos.
Los petroqumicos no se consideran como un tipo o clase
particular de productosqumicos, ya que muchos de ellos han sido y
continan siendo fabricados con otrasmaterias primas.
As por ejemplo, el benceno, el metanol y el acetileno se pueden
producir a partir delcarbn de hulla. El glicerol se obtiene de las
grasas, el etanol por fermentacin de lacaa de azcar, el azufre de
los depsitos minerales.
Sin embargo, todos ellos tambin se producen a partir del petrleo
y en grandesvolmenes.
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Algunos productos qumicos se obtienen en la actualidad casi
totalmente del petrleo.Un caso tpico es el de la acetona que
originalmente se produca de la destilacin de lamadera, y
posteriormente de la fermentacin de los productos agrcolas.
En el mismo caso se encuentra el cloruro de etilo que
antiguamente se fabricaba a partirdel etanol y actualmente slo se
fabrica industrialmente del petrleo.
La petroqumica incluye tambin muchos productos que antes no se
conocan ms que anivel del laboratorio. Algunos de stos son el
alcohol isoproplico, el xido de etileno,los teres gliclicos, el
cloruro de alilo, el alcohol allico, la epiclorhidrina, la
metil-isobutilcetona y la acrolena.
El desarrollo de la qumica moderna despus de casi 50 aos ha
demostrado que elpetrleo es la materia prima ideal para la sntesis
de la mayor parte de los productosqumicos de gran consumo. Adems de
su gran abundancia y disponibilidad, estformado por una gran
variedad de compuestos que presentan todas las
estructurascarboniladas posibles, lo que permite acrecentar an ms
las posibilidades de nuevosproductos.
La importancia de la petroqumica estriba en su capacidad para
producir grandesvolmenes de productos a partir de materias primas
abundantes y a bajo precio.
La mayor parte de los compuestos petroqumicos son orgnicos. Sin
embargo, tambinvarios productos inorgnicos se producen en grandes
cantidades a partir del petrleo,como por ejemplo el amoniaco, el
negro de humo, el azufre y el agua oxigenada.
CMO SE CLASIFICAN LOS HIDROCARBUROS DEL PETRLEO?
Cualquier clasificacin qumica del petrleo presupone que se ha
establecido deantemano el tipo de compuestos que lo forman. Para
esto se clasifican los hidrocarburosdel ptroleo en tres grandes
series.
La primera serie est formada por los hidrocarburos acclicos
saturados, llamadostambin parafnicos. Se les llama as porque no
reaccionan fcilmente con otroscompuestos. Su nombre proviene de las
races griegas "parum", pequea y "affinis",afinidad. Su frmula
general es (n es un nmero entero positivo).
Los cuatro primeros hidrocarburos de esta serie son el metano ,
el etano yel butano y son los principales componentes de los gases
del petrleo.
A la segunda serie pertenecen los hidrocarburos cclicos
saturados o naftnicos defrmula general , tales como el ciclopentano
y el ciclohexano .
La tercera serie la forman los hidrocarburos cclicos no
saturados, ms conocidos comohidrocarburos aromticos, cuya frmula
general es . El compuesto ms simplede esta serie es el benceno ,
que tiene seis tomos de carbono unidos por doblesligaduras
alternadas formando un anillo.
Los hidrocarburos de esta ltima serie, que se encuentran en el
petrleo crudo por logeneral, estn constituidos por los llamados
poliaromticos, que son varios anillos
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bencnicos unidos entre s y que se encuentran principalmente en
las fraccionespesadas.
Sin embargo, aparte de las tres series antes mencionadas,
existen en pequeascantidades otros hidrocarburos tales como los
acclicos no saturados, llamados tambinetilnicos u olefinas, de
frmula generaI , las diolefinas los acetilnicos
, adems de otros hidrocarburos formados por la combinacin de
anillos ycadenas que pueden semejarse a varias de las series
precedentes.
Como dijimos anteriormente, el petrleo crudo casi no contiene
hidrocarburosbencnicos ligeros como el benceno, tolueno y xilenos.
Tampoco cuenta con grancantidad de olefinas ni diolefinas de pocos
carbones como son el etileno, propileno,butenos, butadieno e
isopreno.
Slo mediante procesos especficos o separndolos al fabricar
gasolinas, es posibleobtener estos importantes hidrocarburos.
CMO SE OBTIENEN LAS MATERIAS PRIMAS PETROQUMICAS?
La industria petroqumica emplea ante todo como materias primas
bsicas las olefinas ylos aromticos obtenidos a partir del gas
natural y de los productos de refinacin delpetrleo: el etileno,
propileno, butilenos, y algunos pentenos entre las olefinas, y
elbenceno, tolueno y xilenos como hidrocarburos aromticos.
Sin embargo, en algunos casos, la escasa disponibilidad de estos
hidrocarburos debidoal uso alterno que tienen en la fabricacin de
gasolina de alto octano ha obligado a laindustria a usar procesos
especiales para producirlos.
Por lo tanto, si se desea producir petroqumicos a partir de los
hidrocarburos vrgenescontenidos en el petrleo, es necesario
someterlos a una serie de reacciones, segn lasetapas
siguientes:
1. Transformar los hidrocarburos vrgenes en productos con
unareactividad qumica ms elevada, como por ejemplo el
etano,propano, butanos, pentanos, hexanos etc., que son
lasparafinas que contiene el petrleo, y convertirlos a
etileno,propileno, butilenos, butadieno, isopreno, y a los
aromticosya mencionados.
2. Incorporar a las olefinas y a los aromticos obtenidos en
laprimera etapa otros heterotomos tales como el cloro, eloxgeno, el
nitrgeno, etc., obtenindose as productosintermedios de segunda
generacin. Es el caso del etileno,que al reaccionar con oxgeno
produce acetaldehdo y cidoactico.
3. Efectuar en esta etapa las operaciones finales que forman
losproductos de consumo. Para ello se precisan las
formacionesparticulares de modo que sus propiedades correspondan a
losusos que prevn.
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Algunos ejemplos de esta tercera etapa son los poliuretanos, los
cuales, dependiendo delas formulaciones especficas, pueden usarse
para hacer colchones de cama, salvavidas,o corazones artificiales.
Las resinas acrlicas pueden servir para hacer alfombras,plafones
para las lmparas, prtesis dentales y pinturas.
Otro caso tpico es el del acetaldehdo que se produce oxidando
etileno y que encuentraaplicacin como solvente de lacas y resinas
sintticas, en la fabricacin de saborizantesy perfumes, en la
manufactura de pieles artificiales de tintas, cementos,
pelculasfotogrficas y fibras como el acetato de celulosa y el
acetato de vinilo.
Esta clasificacin tiene numerosas excepciones, a veces, por
ejemplo, se reduce elnmero de etapas para hacer el producto
final.
Es necesario mencionar otros productos que se consideran
petroqumicos bsicos sin serhidrocarburos, como el negro de humo y
el azufre. stos se pueden obtener del gasnatural y del petrleo.
A continuacin trataremos de explicar cmo se obtienen los
productos de la primeraetapa, entre los cuales consideraremos no
slo la obtencin de olefinas y aromticos,sino tambin la de negro de
humo y azufre a partir de estos crudos.
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VII. PRODUCCIN DE HIDROCARBUROSBSICOS
EN ESTA seccin explicaremos cmo se transforman los hidrocarburos
vrgenescontenidos en el petrleo y el gas natural en productos ms
reactivos como son lasolefinas, aromticos ligeros, hidrgeno y
monxido de carbono.
OBTENCIN DE OLEFINAS
Como dijimos anteriormente, las olefinas son hidrocarburos
acclicos insaturados. Losde mayor inters en cuanto a sus
aplicaciones son aquellos que poseen de dos a cincotomos de
carbono: es decir, el etileno, propileno, n-buteno, butadieno e
isopreno.
En los pases en donde existen yacimientos ricos en gas natural,
el etileno y el propilenose pueden obtener por medio del proceso
llamado desintegracin trmica (mencionadoen el captulo V), usando
como carga el propano y butano contenidos en dicho gas.
Pero si no se dispone de grandes cantidades de propano y butano,
porque se consumecomo gas LP (que es el combustible usado en las
ciudades que no tienen sistemas dedistribucin de gas por medio de
ductos), entonces se usa el etano como carga en elproceso de
desintegracin. En este caso los productos principales de la reaccin
son eletileno, el metano y el hidrgeno.
Mxico es uno de los pases que ha adoptado este ltimo mtodo para
la obtencin de suetileno, razn por la cual no es autosuficiente en
propileno. Las nicas fuentesdisponibles actualmente provienen de
los procesos de desintegracin usados para hacergasolina.
Es bien conocido que el gas natural est compuesto sobre todo de
gases no licuables.Por lo tanto su transporte solamente resulta
costeable cuando se cuenta con gasoductosque lo conduzcan desde el
lugar de produccin hasta el de consumo. Por esta razn,para obtener
olefinas, la mayor parte de los pases europeos han optado por
alimentarcon hidrocarburos ms pesados a las desintegradoras
trmicas.
La carga ms utilizada en las refineras de Europa es una fraccin
denominada nafta ogasolina pesada, que proviene de la destilacin
primaria, y cuyas molculas contienende cinco a doce tomos de
carbono. A veces se usan fracciones an ms pesadas comolos
gasleos.
El aprovechamiento de fracciones lquidas como las que acabamos
de mencionar,procura toda una serie de olefinas como son el
etileno, propileno, butenos e isopentenos.Tambin se forman
diolefinas como el butadieno y el isopreno.
Adems de los productos antes mencionados, se obtiene una
cantidad no despreciablede gasolina de alto octano rica en
aromticos.
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El hecho de poder producir gasolinas de alta calidad en el mismo
proceso que se usapara obtener petroqumicos, ha permitido que se
unan ciertas empresas para aprovecharmejor sus recursos. As tenemos
el caso de la refinera de la BP (British Petroleum)localizada en
Lavera, Francia, que tiene un acuerdo con NaphtaChimie instalada
muycerca de ella. De esta manera, la refinera de la BP provee a
esta ltima de la gasolinaprimaria que usa como carga para obtener
olefinas, y NaphtaChimie se compromete apagar dicho material con la
gasolina de alto octano que obtiene como subproducto, y asambas
compaas se benefician mutuamente.
CUADRO 4. Porcentaje de productos obtenidos usando diferentes
cargas
El cuadro 4 ilustra la influencia que tienen las diferentes
cargas usadas en lasdesintegradoras trmicas sobre la formacin y
distribucin de sus productos.
As por ejemplo, cuando se usa gasolina pesada como carga, segn
las condiciones deoperacin que se empleen en el proceso, sta nos
puede dar 33% de etileno, 10% depropileno, 20% de gasolina de alto
octano rica en aromticos, 19% de gases ligerosricos en metano e
hidrgeno, 8% de butilenos entre los que se incluyen el butadieno
eisopreno, y 5% de combustleo (posiblemente formado por la
polimerizacin de lasolefinas).
Pero cmo separar a las olefinas? Se hace fsicamente, sometiendo
los gases que salendel proceso de desintegracin a una serie de
separaciones por medio de columnas dedestilacin.
La figura 15 ilustra cmo lograrlo.
En esta figura vemos cmo los gases provenientes de la
desintegradora (parcialmentelicuados) se introducen a la primera
columna de destilacin llamada demetanizadora, endonde se extrae el
hidrgeno y el metano por el domo o parte superior de la
columna.
Los productos que salen del fondo se hacen pasar por una segunda
columna llamadadeetanizadora, en donde se separa el etano y el
etileno por el domo para separarlos entres en una tercera
columna.
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Figura 15. Destilacin fraccionada de los gases de la
desintegradora.
El etileno obtenido en esta ltima tiene una pureza de 98-99% que
es suficiente para lafabricacin de xido de etileno. Pero si se
desea usar el etileno para hacer polietileno dealta densidad lineal
que requiere una pureza de 99.9%, entonces es necesario someter
eletileno a procesos de purificacin, lo que aumenta su precio.
Pero regresemos a la deetanizadora, a lo que se saca del fondo
de la misma y se hacepasar por una columna llamada depropanizadora,
en donde se separa por el domo unamezcla de propano-propileno.
Existen procesos petroqumicos en donde se puede aprovechar el
propileno junto con elpropano, como en el caso de la fabricacin del
tetrmero de propileno usado en losdetergentes sintticos. Pero en
otros casos como el de la fabricacin de polipropileno esnecesario
someter la mezcla a purificaciones posteriores.
Por el fondo de la depropanizadora se extrae la fraccin que
contiene las olefinas concuatro tomos de carbono en adelante. Esta
fraccin se somete a otras separaciones paraeliminar de la fraccin
los productos ms pesados que fueron arrastrados por losgases de la
desintegradora, tales como pentanos, pentenos, benceno, tolueno
etc. (todosellos lquidos).
Posteriormente, por medio de otros procesos de separacin, se
obtienen los butenos,isobutenos, butano, isobutano, butadieno e
isopreno, como lo muestra la figura 16.
OBTENCIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS
La necesidad de producir aromticos a partir del petrleo surgi
con la segunda GuerraMundial, debido a la enorme demanda de tolueno
para producir trinitrotolueno (TNT),llamado comnmente dinamita.
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Figura 16. Separacin de la fraccin de butilenos.
Anteriormente, el tolueno se produca a partir del carbn mineral,
pero esta industria fueinsuficiente para satisfacer las demandas
del mercado, lo que oblig a desarrollarprocesos 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 aldesarrollo de los plsticos, detergentes, y una
serie de productos sintticos, adems de lademanda creciente de
gasolina de alto octano.
Los aromticos de mayor importancia en la industria petroqumica
son: el benceno, eltolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se
encuentran en la gasolina natural enmnimas concentraciones, por lo
que resulta incosteable su extraccin.
Por lo tanto, para producirlos se desarroll el proceso
denominado de desintegracincataltica, cuya materia prima de carga
es la gasolina natural o nafta pesada, cuyo altocontenido de
parafinas lineales y cclicas (naftenos) constituye el precursor de
losaromticos.
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 separanlos aromticos del resto de los
hidrocarburos.
Para separar los aromticos entre s, se puede utilizar cualquiera
de los mtodossiguientes: a) destilacin azeotrpica (ver cuadro 5),
b) destilacin extractiva, c)extraccin con solvente, d) adsorcin
slida, y e) cristalizacin.
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CUADRO 5. Destilacin azeotrpica para recuperar tolueno
OBTENCIN DEL NEGRO DE HUMO
El negro de humo es otra materia petroqumica. Bsicamente es
carbn puro con unaestructura muy semejante a la del grafito.
El tamao de las partculas en el negro de humo es lo que
determina su valor. Entre mspequeas sean, ms caro ser el producto.
Varan desde 10 hasta 500 mm (milsimaparte de una micra que a su vez
es la milsima parte de un milmetro).
Existen tres procesos generales para fabricar industrialmente el
negro de humo, que sonlos siguientes; proceso de canal, proceso de
horno y proceso trmico.
Las materias primas para hacer negro de humo pueden incluir
desde gas natural hastaaceites pesados con alto contenido de
poliaromticos, como los productos de la torre devaco descrita en
los captulos anteriores.
La diferencia bsica entre los dos primeros procesos y el ltimo
es que los procesos decanal y de horno obtienen los productos
quemando parcialmente los materiales usadoscomo materia prima,
mientras que el proceso trmico consiste en descomponer losproductos
por medio de calor.
Antes de 1945, el negro de humo se fabricaba a partir del gas
natural usando cualquierade los tres procesos mencionados. Despus
de esta fecha se modific el proceso dehorno para de esta forma
poder usar hidrocarburos lquidos como materia prima, yactualmente
es el que ms se usa
Los hidrocarburos que se utilizan como carga son desde gasleos
hasta residuospesados. En general, estas cargas deben tener un alto
porcentaje de aromticos pesadoso poliaromticos, y un bajo contenido
de azufre. Adems deben producir un mnimo deceniza mineral.
El negro de humo contiene de 88 a 99.3% de carbono, 0.4-0.8% de
hidrgeno, y 0.3 a17% de oxgeno.
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El hidrgeno es un remanente de las molculas de hidrocarburo
originales, y por esoforma parte de la estructura graftica. Por
otro lado, como el oxgeno se absorbe en lasuperficie, se le puede
incorporar en cantidades variables mediante
tratamientosposteriores.
Las variedades de negro de humo comercial tienen una amplia gama
de propiedadesfsicas y qumicas, similares a las del grafito; pero
como contiene grupos superficiales,las caractersticas de los
productos finales en donde se usan son diferentes.
El negro de humo se usa en el caucho de las llantas, en la
fabricacin de tintas, lacas,pinturas, en cierto tipo de
polietileno. Tambin se emplea el negro de humo para lafabricacin de
diamantes artificiales y para sembrar las nubes a fin de provocar
lluvia.
OBTENCIN DE AZUFRE A PARTIR DEL PETRLEO
El azufre es un producto que se encuentra en abundancia en el
petrleo crudo y en el gasnatural, bajo la forma de sus principales
derivados como son el cido sulfhdrico y losmercaptanos
(hidrocarburos que contienen azufre en su estructura molecular),
los cualesse distinguen fcilmente por su fuerte olor a huevo
podrido.
Estos derivados del azufre se encuentran presentes en todas las
fracciones de ladestilacin del crudo. Por lo tanto es necesario
someter todas las fracciones, sobre todolas de la destilacin
primaria, a los procesos llamados de desulfurizacin.
Algunas tecnologas efectan la desulfurizacin de las fracciones
en presencia dehidrgeno, otras no, pero todas hacen uso de
catalizadores para efectuar estatransformacin.
El azufre que se obtiene de las fracciones petroleras es de una
excelente calidad. Enmuchos casos la pureza alcanzada es superior a
99%, y se puede usar directamente parafines farmacuticos.
Es de suma importancia la eliminacin de los derivados del azufre
de las fracciones quevan desde el gas hasta los gasleos pesados.
Esto se debe no slo al hecho de que elazufre envenena los
catalizadores y afecta la calidad de las gasolinas y la de los
demscombustibles, sino sobre todo porque estos productos cuando se
queman con loscombustibles ocasionan problemas ecolgicos muy
graves.
Uno de los problemas ms conocidos y que ha causado grandes
discusiones entreCanad y Estados Unidos es la llamada "lluvia
cida". Este fenmeno es provocado porel azufre contenido en los
combustibles, que al ser quemado se transforma en bixido deazufre
que en presencia del ozono, los rayos ultravioleta y la humedad de
la atmsfera,se convierte en cido sulfrico que se precipita con las
lluvias.
El agua de estas lluvias es muy cida, lo que provoca la
destruccin de rboles y otrasespecies vegetales. Tambin daa las
especies animales, sobre todo las acuticas, alaumentar la acidez de
las aguas en los lagos. Adems causa la corrosin de losmonumentos
histricos y edificios en las grandes ciudades como Pars, Roma,
Londres,Mxico, Atenas, Nueva York, Tokio, etc.
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Sin embargo, la destruccin provocada por la lluvia cida no slo
llega a afectar la flora,la fauna y los edificios, sino que tambin
alcanza a los seres humanos al contaminar elagua "potable" que
beben.
Pero, cmo es esto posible?
La explicacin ms sencilla es la siguiente: el agua cida se
filtra a travs de la tierra yforma sales de metales txicos como el
arsnico, cobre, mercurio, etc., que son solublesen agua. Estas
sales acaban en los ros subterrneos y lagos que proveen el agua
queconsumimos, y provocan una contaminacin que no es fcil de
eliminar con losprocesos usuales de potabilizacin.
Despus de hacer una revisin rpida de la forma en que se obtienen
las materias primaspetroqumicas a partir de los hidrocarburos
vrgenes contenidos en el petrleo crudo,nos gustara describir
brevemente la relacin que existe entre el consumo de gasolina
dealto octano y de gas LP, y los precios de los petroqumicos
mencionados en estecaptulo.
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VIII. RELACIN ENTRE EL PRECIO DE LOSPETROQUMICOS BSICOS Y EL
CONSUMO DECOMBUSTIBLES
LOS HIDROCARBUROS usados como materias primas petroqumicas
tienen un papelcrucial, y se interrelacionan con el gran negocio de
los combustibles: gas LP, gasolina,diesel, combustleos, etc. El
consumo de combustibles ejerce gran fuerza sobre elprecio de los
petroqumicos, efecto que se manifiesta en mltiples formas, ms
notoriasen los pases donde la industria petrolera no es estatal
sino privada, como en EUA.
Describiremos algunos factores que influyen para que el consumo
de combustiblesafecte el precio de los petroqumicos:
1) Todos los hidrocarburos usados como materia prima petroqumica
pueden usarsecomo combustible, principio bsico que subyace la
economa petroqumica, y quederiva de que la industria petroqumica no
consume tanto petrleo crudo y gas naturalcomo para estabilizar sus
precios. As, en los ltimos aos, este consumo ha sidoalrededor de 7%
en pases como EUA.
2) Comprobamos que el valor alterno como combustible de
cualquier hidrocarburo es asu vez el mnimo que tendr como materia
prima petroqumica. As, el valor de loshidrocarburos como
combustible es el valor de base para todo lo dems.
El valor del combustible vara mucho con las circunstancias. Hubo
una poca en queEUA no aumentaba el precio del benceno, a pesar de
su gran demanda en la industriaqumica, debido al bajo consumo de
gasolina de alto octano en esa poca.
El fenmeno contrario se observ en 1974-1979, cuando hubo gran
consumo degasolina en dicho pas. Adems, el valor como combustible
de los hidrocarburos incluyemucho ms que los costos de explotacin,
produccin, transportacin y manejo. Haytambin factores polticos que
pueden alterarlos grandemente: las naciones productorasde petrleo
pueden decidir venderlos a precios superiores o inferiores a sus
costos deproduccin, segn la ideologa o su necesidad de divisas. Las
naciones consumidoraspueden tener grandes reservas que satisfagan
sus necesidades por un periododeterminado, y disminuir sus
importaciones de crudo y gas, lo que har que existamayor oferta que
demanda en el mercado internacional de petrleo, provocando unacada
en su precio.
3) Otro factor que influye en la desviacin de los petroqumicos
al mercado de loscombustibles es el clima! Los productores
consideran como regla establecida que loscostos de propano-butano
se elevan en invierno, por un mayor uso de la calefaccin ylos
calentadores de agua. Tambin hay que aumentar el contenido de
butano de lasgasolinas para incrementar su volatilidad en el
arranque en fro de los motores.
4) Otro factor a incluir en el mercado de petroqumicos es la
ecologa. Eliminar el TEP(tetraetilo de plomo) de las gasolinas
implica usar MTBE (metil terbutil ter), TAME(ter-amil metil ter),
aromticos (benceno, tolueno, xilenos), isomerizados
(isopentano,
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isohexano, isobutano), alquilados (isooctano), que dan alto
octanaje a las gasolinasreformuladas, Magna Sin, Premium de PEMEX
REFINACIN.
5) Afecta tambin la globalizacin econmica, que obliga a los
pases a abrir sumercado y competir a nivel mundial en calidad y
precio. Para hacerlo en petroqumicabsica hay que producir grandes
volmenes con tecnologa de punta. Los pases en vasde desarrollo con
un mercado cerrado y sin competencia se hallan ahora en
desventaja,con tecnologa obsoleta y bajo volumen de produccin
instalado que no les permitenproducir a menor costo y alta
calidad.
De acuerdo con la descripcin anterior podemos ver claramente cmo
el consumo de loscombustibles afecta los precios de los
petroqumicos bsicos y por ende afecta tambinel de sus derivados, de
los cuales hablaremos a continuacin.
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IX. PRODUCTOS INTERMEDIOS DE LAPETROQUMICA
ESTE captulo comprende lo que podramos llamar la segunda etapa
de las operacionesqumicas, en donde se introducen a las molculas de
olefinas y aromticos (cuyaobtencin se describi en el captulo VII)
heterotomos como el oxgeno, nitrgeno,cloro, etc.
Tambin se incluyen los productos formados por adicin de
diferentes molculas dehidrocarburos a los petroqumicos bsicos antes
mencionados.
Los heterotomos que se emplean en la industria qumica tienen que
usarse de la manerams conveniente.
Por ejemplo, el oxgeno (O) puede obtenerse del agua , o del aire
(21% deoxgeno + 79% de nitrgeno). En ciertos casos es necesario
enriquecer de oxgeno elaire, para evitar transportar y eliminar
grandes cantidades de nitrgeno.
Otro ejemplo lo constituye el nitrgeno (N), el cual, tal como se
encuentra en el aire, escasi inerte y difcilmente reacciona con los
hidrocarburos. Por lo tanto es necesariotransformarlo a una forma
ms reactiva como el amoniaco o el cido ntrico
, o aun el cido cianhdrico (HCN). Los productos que estudiaremos
constituyenlos compuestos ms importantes de una industria que
relaciona la refinacin delpetrleo, la produccin de reactivos (como
el cido sulfrico, cido fosfrico, fosgeno,hidrgeno, monxido de
carbono, etc.), y las grandes industrias consumidoras deproductos
orgnicos e inorgnicos como son las que producen plsticos,
fibrassintticas, detergentes, fertilizantes, etc.
Muchos de estos compuestos son en s productos terminados, como
los solventes y losaditivos para gasolinas.
A continuacin procederemos a describir los petroqumicos
secundarios derivados delmetano, etileno, propileno, butenos,
butadieno, benceno, tolueno y paraxileno. Estoshidrocarburos se
consideran como la base de casi toda la industria petroqumica.
Sin embargo, en este captulo no describiremos en detalle cada
uno de los procesosampliamente explicados en la bibliografa; slo
mencionaremos las aplicaciones de cadauno de ellos. Posteriormente
se ampliar este tema.
PRODUCTOS DERIVADOS DEL METANO
El metano es el hidrocarburo parafnico que contiene ms tomos de
hidrgenopor tomo de carbono.
Esta propiedad se aprovecha para obtener el hidrgeno necesario
en la fabricacin deamoniaco y metanol .
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El hidrgeno se obtiene catalticamente, quemando parcialmente el
metano en presenciade oxgeno y de vapor de agua, con lo cual se
forma una mezcla llamada gas de sntesiscompuesta principalmente por
monxido de carbono (CO), bixido de carbono ehidrgeno .
Las principales reacciones que intervienen son las
siguientes:
La figura 17 nos describe el diagrama del proceso para producir
gas de sntesis.
Cabe mencionar que tambin se suele usar el etano, el propano y
el butano comomaterias primas, aunque stos tienen en sus molculas
menos tomos de hidrgeno portomo de carbono que el metano.
Figura 17. Diagrama del proceso para producir gas de
sntesis.
Como dijimos anteriormente, el gas de sntesis se usa
principalmente para haceramoniaco y metanol.
A continuacin describiremos brevemente la obtencin de estos
productos de segundageneracin, as como sus principales
aplicaciones.
Obtencin y usos del amoniaco
El amoniaco, cuya frmula qumica es , se fabrica a partir del
nitrgeno del aire ydel hidrgeno del metano.
Las etapas que constituyen el proceso de fabricacin del amoniaco
a partir de loscompuestos anteriores, son las siguientes:
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- destilacin del aire
- oxidacin parcial del metano con oxgeno
- eliminacin del carbono
- conversin del monxido de carbono con vapor de agua
- eliminacin del bixido de carbono formado
- eliminacin del monxido de carbono por medio de nitrgeno
lquido
- formacin de la mezcla nitrgeno + tres partes de hidrgeno.
La reaccin para hacer el amoniaco es la siguiente:
Uno de los principales productos secundarios en la fabricacin
del amoniaco es elbixido de carbono. Este gas tiene muchas
aplicaciones industriales. Por ejemplo,cuando se comprime, el
bixido de carbono se transforma en el hielo seco que se usacomo
refrigerante en los carritos de helados y paletas. Tambin encuentra
ampliaaplicacin en la fabricacin de agua mineral y de bebidas
gaseosas en general.
Otros usos de gran importancia son los de la fabricacin de
productos qumicos, entrelos que se encuentra el carbonato y el
bicarbonato de sodio usados para combatir laacidez estomacal, o
para hacer pasteles y otros productos de repostera.
Pero para regresar a nuestro tema original, veamos a continuacin
cules son lasaplicaciones que tiene el amoniaco.
Usos industriales del amoniaco
La mayor parte del amoniaco se usa para hacer fertilizantes
tales como el nitrato deamonio, sulfato de amonio, urea, fosfato de
amonio y amoniaco disuelto en fertilizanteslquidos y slidos.
Otras aplicaciones industriales incluyen la fabricacin de
reactivos qumicos como elcido ntrico, acrilonitrilo y cido
cianhdrico, que se utilizan para hacer explosivos,plsticos, fibras
sintticas, papel, etc.
En algunos refrigeradores caseros el gas de enfriamiento es el
amoniaco, aunque elpblico est ms familiarizado con su uso en los
artculos de limpieza cuya publicidaddestaca el contenido de
"amonia" que garantiza la pulcritud de los vidrios, azulejos,pisos,
etc.
PRODUCTOS DERIVADOS DEL ETILENO
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El etileno es una olefina que sirve como materia prima para
obtener una enormevariedad de productos petroqumicos.
La doble ligadura olefnica que contiene la molcula nos permite
introducir dentro de lamisma muchos tipos de heterotomos como el
oxgeno para hacer xido de etileno, elcloro que nos proporciona el
dicloroetano, el agua para darnos etanol, etc.
Asimismo permite unir otros hidrocarburos como el benceno para
dar etilbenceno, yotras olefinas tiles en la obtencin de polmeros y
copolmeros del etileno.
El cuadro 6 ilustra algunas de estas reacciones.
CUADRO 6. Principales derivados del etileno
Para entender mejor estas reacciones, haremos un anlisis breve
de las mismas ydescribiremos algunas de las aplicaciones de los
productos intermedios obtenidos.
Oxidacin del etileno
En este caso el etileno reacciona con el oxgeno en fase gaseosa
y en presencia de uncatalizador.
xido de etileno. El petroqumico ms importante que se fabrica por
medio de estareaccin es el xido de etileno. La reaccin se lleva a
cabo en fase gaseosa haciendopasar el etileno y el oxgeno a travs
de una columna empacada con un catalizador abase de sales de plata
dispersas en un soporte slido.
El xido de etileno como tal se usa para madurar las frutas, como
herbicida y comofumigante, y sus aplicaciones como materia prima
petroqumica son innumerables,siendo algunos de sus derivados el
etilenglicol, polietilenglicol, los teres de glicol,
lasetanolaminas, etc.
Los principales usos de los productos ltimos de los derivados
del xido de etileno son:anticongelantes para los radiadores de
autos, fibras de polister para prendas de vestir,polmeros usados en
la manufactura de artculos moldeados, solventes y productosqumicos
para la industria textil.
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Tambin se utiliza el xido de etileno en la produccin de
poliuretanos para hacercaucho espuma rgido y flexible (el primero
se usa para hacer empaques y el otro paracolchones y cojines).
Otro uso de los derivados del xido de etileno lo constituye la
fabricacin de adhesivosy selladores que se emplean para pegar toda
clase de superficies como cartn, papel,piel, vidrio, aluminio,
telas, etc.
Acetaldehdo. Otro de los productos petroqumicos fabricados por
oxidacin del etilenoes el acetaldehdo.
El proceso industrial ms usado es el que desarroll la compaa
Wacker de Alemania.La tecnologa consiste en hacer reaccionar el
etileno con una solucin diluida de cidoclorhdrico que adems
contiene disueltos cloruros de paladio y de cobre, los cualesactan
como catalizadores.
La regeneracin del catalizador se lleva a cabo en presencia de
oxgeno.
Este proceso de oxidacin en fase lquida lo emplean en Alemania
las compaasHoechst y Wacker, en Estados Unidos la Celanese y la
Eastman, en Canad laShawinigan, en Mxico Petrleos Mexicanos, en
Italia la Edison, y en Japn diversascompaas.
El acetaldehdo es un intermediario muy importante en la
fabricacin de cido actico ydel anhdrido actico. Estos productos
encuentran una enorme aplicacin industrialcomo agentes de
acetilacin para la obtencin de steres, que son compuestos
qumicosque resultan de la reaccin de un alcohol, fenol, o glicol
con un cido.
Algunos de los steres que se derivan del cido actico y los
alcoholes apropiados sonlos llamados acetatos de metilo, etilo,
propilo, isopropilo, isobutilo, amilo, isoamilo, n-octlo,
feniletilo, etc. Estos productos son de olor agradable y se usan
como saborizantesy perfumes.
Figura 18. Pelculas fotogrficas hechas con steres del cido
actico.
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El cuadro siguiente describe los olores que despiden algunos de
los steres fabricadoscon cido actico.
CUADRO 7. steres del cido actico y sus aromas
Los steres derivados del cido actico tambin sirven como
solventes para extraer lapenicilina y otros antibiticos de sus
productos naturales. Tambin se emplean comomateria prima para la
fabricacin de pieles artificiales, tintas, cementos,
pelculasfotogrficas y fibras sintticas como el acetato de celulosa
y el acetato de vinilo.
El acetaldehdo no slo sirve para fabricar cido actico, sino que
tambin es la materiaprima para la produccin de un gran nmero de
productos qumicos como el 2-etilhexanol, n-butanol, pentaeritrol,
cloral, cido cloroactico, piridinas, y cidonicotnico. Estos
petroqumicos secundarios encuentran mltiples aplicaciones.
Porejemplo, el petaeritrol sirve para fabricar lubricantes
sintticos, el cloral y el cidocloroactico para hacer herbicidas, el
2-etilhexanol para hacer plastificantes.
Adicin de cloro al etileno
Dicloroetano. El etileno reacciona con el cloro cuando se
encuentra en presencia de uncatalizador de cloruro frrico y una
temperatura de 40-50 C y 15 atmsferas de presin.
El principal producto de la reaccin es el dicloroetano, que
encuentra su aplicacin en lafabricacin de cloruro de vinilo que
sirve para hacer polmeros usados para cubrir losasientos de
automviles y muebles de oficina, tuberas, recubrimientos para papel
ymateriales de empaque, fibras textiles, etc.
El dicloroetano tambin se utiliza para fabricar solventes como
el tricloroetileno, elpercloroetileno y el metilcloroformo, que se
usan para desengrasar metales y para ellavado en seco de la
ropa.
Otras de las mltiples aplicaciones del dicloroetano son la
fabricacin de cloruro deetilo, tetraetilo de plomo (TEP),
etilendiamina y otros productos aminados.
En el terreno de la medicina, el dicloroetano sirve como
solvente para la extraccin deesteroides.
Adicin de benceno al etileno
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Etilbenceno. El etilbenceno se puede obtener por medio de dos
procedimientos:extraccin de los aromticos de las reformadoras, y
sntesis a partir del etileno conbenceno.
La reaccin del etileno con benceno para obtener etilbenceno se
lleva a cabo enpresencia de catalizadores a base de cido fosfrico
adsorbido en arcilla. El etilbencenose usa casi exclusivamente para
hacer estireno, que a su vez es la materia prima parahacer plsticos
de poliestireno.
Este producto se usa para fabricar artculos para el hogar, tales
como las cubiertas de lostelevisores, licuadoras, aspiradoras,
secadores de pelo, radios, muebles, juguetes, vasostrmicos
desechables, etc. Tambin se emplea para empaques y materiales
deconstruccin.
El estireno, al copolimerizarse con otros reactivos como el
butadieno y el acrilonitrilo,se convierte en los cauchos sintticos
llamados SBR (caucho estireno-butadieno), o lasresinas ABS
(acrilonitrilo-butadieno-estireno).
Hidratacin del etileno
Alcohol etlico o etanol. Una de las reacciones de gran
importancia industrial es lahidratacin del etileno para la obtencin
de alcohol etlico o etanol.
Esta reaccin se puede hacer de dos maneras. 1) Agregarle agua a
las molculas deetileno en presencia de cido sulfrico de 90%, y 2)
usar un proceso de alta presin queemplea un catalizador slido de
cido fosfrico soportado sobre celite.
El primer proceso se desarroll en 1930 y contina usndose en la
actualidad.
La tecnologa del segundo proceso la introdujo la S