QPGN_U1

Químicadel Petróleo,Gas Natural yPetroquímica

Carpeta de trabajo

Química delPetróleo, Gas Naturaly Petroquímica

Alfredo G. Friedlander

© Universidad Nacional de Quilmes

Química del Petróleo, Gas Natural y Petroquímica

Primera edición: agosto de 2003

Diseño de Tapa: Lorenzo Shakespear

Diseño de Interior: Hernán Morfese

Procesamiento Didáctico: Marina Gergich / Adriana Imperatore

La Universidad Nacional de Quilmes se reserva la facultad de dispo-

ner de esta obra, publicarla, traducirla, adaptarla o autorizar su tra-

ducción y reproducción en cualquier forma, total o parcialmente, por

medios electrónicos o mecánicos, incluyendo fotocopias, grabación

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ción. Por consiguiente, nadie tiene facultad de ejercitar los derechos

precitados sin permiso escrito del editor.

Impreso en Universidad Nacional de Quilmes

Roque Sáenz Peña 180 Bernal. Pcia. de Buenos Aires

Teléfono: (5411) 4365 7100

http://www.cvq.edu.ar

Impreso en Argentina

Lectura obligatoria

Es la bibliografía imprescindible que acompaña el desarrollo de los conteni-dos. Se trata tanto de textos completos como de capítulos de libros, artícu-los y "papers" que los estudiantes deben leer, en lo posible, en el momentoen que se indica en la Carpeta.

Actividades

Se trata de una amplia gama de propuestas de producción de diferentes ti-pos. Incluye ejercicios, estudios de caso, investigaciones, encuestas, elabo-ración de cuadros, gráficos, resolución de guías de estudio, etc.

Leer con atención

Son afirmaciones, conceptos o definiciones destacadas y sustanciales queaportan claves para la comprensión del tema que se desarrolla.

Para reflexionar

Es una herramienta que propone al estudiante un diálogo con el material, a tra-vés de preguntas, planteamiento de problemas, confrontaciones del tema conla realidad, ejemplos o cuestionamientos que alienten la autorreflexión, etc.

Lectura recomendada

Es la bibliografía que no se considera obligatoria, pero a la cual el estudian-te puede recurrir para ampliar o profundizar algún tema o contenido.

Pastilla

Se utiliza como reemplazo de la nota al pie, para incorporar informacionesbreves, complementarias o aclaratorias de algún término o frase del textoprincipal. El subrayado indica los términos a propósito de los cuales se in-cluye esa información asociada en el margen.

Íconos

No resulta sencillo definir en forma precisa lo que se entiende por industriapetroquímica (o petroquímica simplemente) dado que los productos resul-tantes pueden ser a menudo elaborados por otras vías, generalmente me-nos económicas, diferentes de la que nos compete ahora analizar. De he-cho, muchos de esos productos ya eran conocidos e industrializados muchoantes de la aparición de la industria petroquímica, que se remonta a las pri-meras décadas del siglo pasado.

Es indudable –y la etimología de la palabra lo confirma– que la petroquí-mica tiene una fuerte relación con el petróleo. Podría incluso pensarse quetodo producto obtenido por transformación química del crudo merecería ladenominación de petroquímico. Pero nuevamente se incurriría en un error, yaque existen procesos de transformación del petróleo que, sin embargo, es-capan a la industria petroquímica: nos referimos a los procesos típicos derefinerías petroleras (craqueo catalítico, hidrocraqueo, coqueo) que no sue-len englobarse dentro de esta industria.

Antes de dar una definición, nos parece más pertinente tener una ideacompleta de la industria petroquímica, y de lo que ella abarca, mencionandoen primera instancia sus principales características, las que serán analiza-das en la Unidad 1.

En las siguientes unidades se analizarán en forma sucesiva las diver-sas familias de productos petroquímicos, comenzando con los productosbásicos y expandiendo luego el conocimiento a los productos intermediosy finales.

En la última unidad se hará especial énfasis en la utilización de los pro-ductos petroquímicos como materias primas de otras industrias, tales comola plástica, fibras sintéticas, caucho sintético, etc., que han venido sustitu-yendo con gran eficiencia a productos más tradicionales como el papel, losmetales y el caucho natural.

Problemática del campo

El campo de la industria petroquímica resulta muy amplio al abarcar aspec-tos productivos, comerciales, logísticos e incluso económico-financieros. Pa-ra poder tener una dimensión de esta industria, resultan necesarios algunosconceptos de química, dado que para comprender un proceso se necesitauna representación (ecuación) de la reacción que tiene lugar y de las condi-ciones (temperatura, presión, catalizadores) en que esta se desenvuelve.

No se pretende tanto que el estudiante retenga en su memoria esas con-diciones (numéricas) de las reacciones químicas, como que se familiaricecon las vías habituales (tecnologías) de obtención de los principales produc-tos petroquímicos, de sus usos y aplicaciones más comunes y de las posi-bles materias primas alternativas.

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Introducción

La industria petroquímica ha venido registrando aumentos importantesen su capacidad instalada local, sobre todo en el área de Bahía Blanca. Porotra parte, la creación del Mercosur ha favorecido la libre importación y ex-portación de productos en la región. Por todo lo anterior en este curso sehará un fuerte énfasis en aspectos productivos y comerciales a nivel regio-nal, dado que esos conocimientos podrán ayudar a los estudiantes a apro-vechar posibles oportunidades laborales que se les puedan presentar en elfuturo.

Los objetivos del curso apuntan a:

• Familiarizar a los estudiantes con la amplia variedad de productos elabo-rados por la industria petroquímica. El enfoque elegido privilegia el cono-cimiento del árbol petroquímico.

• Tener un conocimiento bastante detallado del espectro de productos queconforman a la industria petroquímica.

• Apreciar la importancia fundamental de la petroquímica al ir comproban-do que los productos que conforman a la industria petroquímica son lasmaterias primas de otras industrias, “aguas abajo”, tales como la plásti-ca, textil, caucho, detergentes, fertilizantes, pinturas, etc.

• Considerar a la petroquímica como la madre de una serie de industrias,cuyos productos han venido reemplazando, con excelente resultado, aotros materiales más tradicionales, tales como el vidrio, papel, metales yfibras naturales.

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Objetivos


Principales características de laindustria petroquímica

unidad 1

1. Principales características de la industria petroquímica ...................151.1. Materias primas ...........................................................................15

1.1.1. Petróleo y gas natural.........................................................171.1.2. Refinerías..........................................................................191.1.3. Nafta virgen, gas licuado y gas natural ................................21

1.2. Productos petroquímicos ...............................................................221.2.1. Árbol petroquímico .............................................................23

1.3. Tecnologías ..................................................................................251.4. Polos petroquímicos......................................................................261.5. Factores de conversión .................................................................27

Índice unidad 1

Principales características de la industriapetroquímica

Objetivos:

En esta primera unidad se introducirán una serie de elementos que permi-ten caracterizar la industria petroquímica. En ese sentido, los objetivos deesta unidad son el conocimiento de:

• Las materias primas, derivadas del gas natural y del petróleo. • Los productos petroquímicos y su clasificación y ubicación dentro del ár-

bol petroquímico.• La tecnología, es decir los procesos que pemiten obtener los productos

petroquímicos a partir de sus materias primas. • Los polos petroquímicos, donde frecuentemente se localizan las plantas

petroquímicas.• Los factores de conversión, que relacionan entre sí a varios de los facto-

res anteriores: materias primas, productos petroquímicos y tecnología.

1.1. Materias primas

La inmensa mayoría de las plantas petroquímicas en el mundo utiliza comomateria prima cortes de hidrocarburos gaseosos o líquidos, contenidos en elpetróleo y gas natural.

No existe una proporcionalidad entre la capacidad petroquímica instaladapor país y la provisión local de las correspondientes materias primas. Muypor el contrario, casi podría afirmarse que son los países con menores re-cursos hidrocarbonados los que poseen la mayor parte de la capacidadmundial instalada. Tanto Europa Occidental como Japón importan gran partede sus materias primas de países petroleros, cuya industria petroquímica esgeneralmente incipiente. Más aun, son raros los casos de países con altodesarrollo petroquímico que se autoabastecen en sus requerimientos dematerias primas.

En el gráfico G.1.1. se ha representado, para unos 30 países, la capaci-dad de producción de etileno versus sus reservas de petróleo. Las reservasde petróleo de un país pueden ser consideradas como una medida de la ri-queza de materias petroquímicas. No se ha pretendido establecer con estegráfico una correlación matemática entre ambas variables, ya que en algu-nos países (como Estados Unidos, por ejemplo) gran parte del etileno se ob-tiene a partir de gas. No obstante, resulta claro que, en general, son los paí-ses más pobres en materia prima los que cuentan con la industriapetroquímica más desarrollada.

15

1

G.1.1.

PAÍS x X Y y

BÉLGICA 10 1 3.292 1,960

KOREA 10 1 3.724 5,300

TAIWÁN 10 1 3.301 2,000

ESPAÑA 50 1.69897 3.146 1,400

FRANCIA 100 2 3.500 3,160

HOLANDA 100 2 3.565 3,675

JAPÓN 100 2 3.869 7,400

RFA 350 2.54406804 3.712 5,150

ITALIA 600 2.77815125 3.326 2,120

ARGENTINA 3,000 3.47712125 2.875 750

GB 5,000 3.69897 3.450 2,820

INDONESIA 5,000 3.69897 2.829 675

CANADÁ 5,200 3.71600334 3.699 5,000

BRASIL 8,500 3.92941893 3.453 2,835

ARGELIA 9,200 3.96378783 2.380 240

NORUEGA 9,400 3.97312785 2.613 410

QATAR 15,200 4.18184359 2.699 500

USA 22,000 4.34242268 4.459 28,760

CHINA 24,000 4.38021124 3.740 5,500

NIGERIA 24,000 4.38021124 2.477 300

MÉXICO 26,300 4.41995575 3.135 1,365

LIBIA 29,500 4.46982202 2.556 360

RUSIA 48,600 4.68663627 3.643 4,400

VENEZUELA 77,000 4.88649073 2.778 600

IRÁN 90,000 4.95424251 3.079 1,200

KUWAIT 96,500 4.98452731 2.813 650

UAE 97,800 4.99033885 2.778 600

IRAQ 112,500 5.05115252 2.114 130

A.SAUDITA 262,000 5.41830129 3.531 3,400

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Universidad Virtual de Quilmes

Capacidad Etileno vs. Reservas

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5 6

LOG RESERVAS

LOG

ETI

LEN

O

1.Partiendo de la base de que existe una pobre correlación en-tre la capacidad de etileno y las reservas de petróleo, estime: a. ¿Cuál es el valor de correlación (conocida también como

elasticidad) entre capacidad de etileno (en escala logarít-mica) y el PBI (también en escala logarítmica) para losmismos países del gráfico G.1.1.?

b. ¿Ha mejorado la correlación al variarse el parámetro enabscisas?

En conclusión, diremos que la industria petroquímica usa en su inmensamayoría cortes de hidrocarburos gaseosos o líquidos del petróleo o del gasnatural, pero que la provisión de dichas materias primas no necesariamenteproviene del país donde está instalada dicha industria.

1.1.1. Petróleo y gas natural

Antes de analizar las principales materias primas de la industria petroquími-ca, es conveniente hacer una breve referencia a las dos fuentes principalesde donde se originan: petróleo y gas. También se hará una mención a las re-servas de las mismas en Argentina y a las refinerías, que pese a no serplantas petroquímicas, suelen alimentar a estas últimas con materias pri-mas (nafta virgen, gas licuado).

En la tabla T.1.1 se indican las producciones de petróleo de la Argentinaen los últimos 10 años. Se observa que la producción de petróleo ha venidocreciendo regularmente hasta estabilizarse en el rango de 45-50 millonesde m3 a partir del año 1996. Como las reservas de petróleo también se hanvenido incrementando hasta alcanzar un valor de alrededor de 450 millonesde m3, Argentina continúa manteniendo un horizonte de explotación de pe-tróleo de aproximadamente 10 años.

T.1.1.

Año Producción (MM m3)

1993 34,471994 38,731995 41,741996 45,571997 48,401998 49,151999 46,502000 44,672001 45,402002 44,10

Las cuencas de petróleo se indican en el gráfico G.1.2. Son ellas, de nortea sur, la Noroeste, Cuyana, Neuquina, Golfo San Jorge y Austral. En el casodel petróleo las dos principales cuencas son la Neuquina y San Jorge.


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G.1.2.

En la tabla T.1.2. se indican, en forma similar, las producciones de gas natural enArgentina en los últimos diez años con un crecimiento aun más espectacular quepara el petróleo. En el año 2002 la producción fue de 45.900 millones de m3. Sibien las reservas de gas natural también han venido incrementándose (casi 30%en los últimos diez años), el horizonte de abastecimiento –aunque resulta muysignificativo– se ha reducido de 23 años en 1990 a 17 años en el 2002.

T.1.2.

Año Producción (MM m3)

1993 25.0431994 26.6631995 27.6971996 30.4411997 34.6501998 38.7221999 42.4192000 45.1232001 45.9672002 45.900

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Para gas natural (gráfico G.1.2.) la principal es la cuenca neuquina, aunqueson también significativos los aportes de la cuenca austral y noroeste.

G.1.3.

1.1.2. Refinerías

La ubicación de las refinerías está vinculada con los mercados que abaste-cen, adyacencias a puertos, cercanía a yacimientos y demás cuestiones logís-ticas. Un sistema de oleoductos y poliductos, junto con el sistema fluvial ymarítimo, permite un fluido abastecimiento a los lugares de procesamiento,las refinerías, y desde estas a los mercados de combustible y petroquímicos.

El gráfico G.1.4. permite apreciar la ubicación geográfica de las refineríasde Argentina y en la tabla T.1.3. se indica la capacidad (de topping) de cadauna de las refinerías del país y de los principales procesos de elaboraciónde las mismas. La mayor refinería del país se encuentra en Ensenada (LaPlata) y pertenece a Repsol YPF. A esta empresa también corresponde la se-gunda en tamaño, la refinería de Luján de Cuyo (Mendoza). Shell en DockSud y Esso en Campana también disponen de destilerías de elevada com-


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plejidad. Las cinco restantes son de menor dimensión, aunque dos de ellas:Refisan (San Lorenzo) y Eg3 (Bahía Blanca), están localizadas en áreas conimportante actividad petroquímica.

G.1.4.

20


T.1.3.

Las refinerías tienen como función principal la producción, a partir del pe-tróleo, de una serie de productos que incluyen a las naftas o gasolinas,gas licuado, kerosene, gas oil, lubricantes, parafinas y asfaltos. La destila-ción fraccionada o topping es la unidad que no puede faltar en ninguna re-finería y los cortes resultantes pueden estar listos para su uso (combusti-bles, por ejemplo) o sufrir tratamientos posteriores. Entre estos últimosprocesos conviene destacar el craqueo (cracking) catalítico y el reforming.Para la industria petroquímica, los principales cortes de interés obtenidosa partir del petróleo son: la nafta virgen y el gas licuado (GLP), que se ana-lizarán en el próximo apartado. La tercera materia prima es el gas natural,sobre la que haremos referencia en su oportunidad.

1.1.3. Nafta virgen, gas licuado y gas natural

El término nafta indica genéricamente cortes líquidos de hidrocarburoscon un amplio rango de destilación, usualmente entre 40° C y 180° C. Ladestilación atmosférica del petróleo (topping) permite obtener en forma di-recta la llamada nafta virgen o entera con el rango de destilación antes in-dicado. La nafta virgen se utiliza tanto en la producción de hidrocarburosaromáticos como de olefinas, tal como se verá en unidades próximas.

Con el nombre de gas licuado o GLP (en inglés LPG) se identifica gené-ricamente a los hidrocarburos de C3 (propano y propileno) y C4 (butanos ybutilenos). Dos son las fuentes principales de este importante insumo pe-troquímico: el petróleo (en las refinerías) y el gas natural. Este último esuna mezcla de hidrocarburos saturados, cuyo componente principal es el


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metano. El resto está integrado por etano (importante materia prima parala producción de etileno), GLP y gasolina natural, mezcla de pentanos e hi-drocarburos superiores.

El uso principal del GLP es como combustible, sobre todo en aquellos lu-gares donde no se dispone de gas natural. El uso petroquímico es amplio yvariado como se muestra en el árbol petroquímico.

Entre los principales productores de GLP en Argentina se debe mencionara Repsol YPF, Refinor y TGS. La segmentación del mercado entre sus tresdestinos principales indica los siguientes porcentajes de utilización: com-bustible (47%), exportación (30%) y petroquímico (23%).

Los diversos componentes del gas natural –ya mencionado cuando sehabló del gas licuado– tienen varios usos petroquímicos. El componenteprincipal, el metano (CH4), es por un lado un combustible esencial tanto ensu uso domiciliario como industrial e incluso en automotores como GNC.En la Unidad 2 se analizará su uso petroquímico en la producción de gasde síntesis.

El etano (C2H6) puede ser quemado (al igual que el metano) como com-bustible o bien ser separado para su posterior utilización en la producciónde etileno. Existen dos importantes empresas que realizan esto: TGS yCOMPAÑÍA MEGA, ambas localizadas en Bahía Blanca. En realidad, MEGAcomienza su operación en Neuquén separando allí al metano del resto delos hidrocarburos presentes en el gas natural. Luego son transportados porun ducto a Bahía Blanca donde se termina de fraccionar el etano del resto(GLP, gasolina natural), básicamente para la alimentación del segundo crac-ker de PBBPolisur.

1.2. Productos petroquímicos

¿Cuáles son las principales características de los productos petroquími-cos? En primer término, se trata en su inmensa mayoría de productos dela química orgánica (química del carbono), pero esto no ocurre a la inver-sa. Otra característica es que se los puede clasificar según el grado detransformación que han sufrido. Surge entonces la importante clasifica-ción en productos petroquímicos básicos, intermedios y finales.

• Productos básicos: su principal característica es que son el punto de par-tida para la obtención de un gran número de productos. Son unos pocosproductos fácilmente identificables: a) gas de síntesis, b) olefinas (etile-no, propileno, butilenos y butadieno) y c) aromáticos (benceno, tolueno,xilenos).

• Productos intermedios: una simple definición diría que son los obtenidosa partir de los básicos o de otros intermedios y que –esto es lo más im-portante– permiten obtener los productos finales.

• Productos finales: son aquellos productos que se destinan a las indus-trias usuarias finales. Se pueden agrupar en función de las industrias fi-nales, siendo las principales las siguientes:

• Industria plástica.• Industria de fibras sintéticas.

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• Industria de caucho o elastómeros.• Industria de fertilizantes.

Otras son las industrias de agroquímicos, tensioactivos, pinturas, solven-tes, etc.

1.2.1. Árbol petroquímico

El árbol petroquímico (gráfico G.1.5.) es una representacióndel conjunto de productos petroquímicos, incluyendo ade-más a las materias primas y a las principales usuarias a lasque van destinados. Se lo denomina árbol petroquímico por-que a partir de unas pocas materias primas se va abriendoen ramas de productos. Permite apreciar la complejidad encuanto a vías de producción de los diversos productos pe-troquímicos. El árbol va creciendo de izquierda a derecha yse pueden ordenar, según la clasificación anterior, los pro-ductos petroquímicos.

El árbol petroquímico ilustra acerca de las diversas formas en que sepuede estudiar el universo de productos petroquímicos. La elegida aquíes: (1) analizar sucesivamente las ramas completas que se abren desdelos diversos productos petroquímicos básicos: a) gas de síntesis y deriva-dos, b) olefinas y derivados y c) aromáticos y derivados. Pero hay otra al-ternativas: (2) estudiar sucesivamente a) los productos básicos, b) pro-ductos intermedios y c) productos petroquímicos finales y (3) ver elconjunto analizándolo según el tipo de reacción química que da origen aun petroquímico: a) oxidación, b) hidrogenación, c) cloración, d) polimeri-zación, etc.


23

G.1.5.

24


Árbol Petroquímico

Materia Prima /Proceso

Gas Natural/Metano

Nafta Virgen/ReformingCatalítico

Etano/CrackingTérmico

CrackingCatalítico

Gas deSíntesis

Benceno

Etileno Dicloroetano Cloruro de Vinilo

Oxido de Etileno

Ox. de Propileno

Isopropanol

Buteno-1

Anh. Maleico

Isooctanol / 2Etilhexanol

Acetona

Acrilonitrilo

Propilenglicol

Etilenglicol

Propileno

Isobutileno

n-Butano

Butadieno

Tolueno

Ortoxileno

Paraxileno

Productos Pqcos.Básicos

Productos PetroquímicosIntermedios

Productos Pqcos.Finales

Amoníaco

Metanol

Etilbenceno Estireno

Ciclohexano

Cumeno

Anh. Ftálico

PTA/DMT

Anilina

LAB

Caprolactama

Ac.Adípico

HMDA

Fenol

Acetona

Diisocianato de Tolueno

Ac. Benzoico

Urea

DMTFormaldehido

Resinas UreicasFertilizantes

PETRes. Formaldehido

Poliestireno / SBR

Nylon 6

Nylon 66

Resinas Fenólicas

Bisfenol A

Detergentes

Poliuretanos

Plastificantes

PET

Polietilenos

PVC

PET

Polipropileno

Poliuretanos

Poliacrilonitrilo

Plastificantes

Copolímero PE

SBR

Resinas poliester

Polibutenos

MTBE

1.3. Tecnologías

Aquí consideraremos los procesos de elaboración de productos petroquími-cos. Al respecto, comencemos indicando que se trata de un área dinámica,de alta complejidad internacional que es dominada relativamente por pocospaíses y empresas del mundo, precisamente aquellos que tienen la mayorcapacidad petroquímica instalada.

Se puede afirmar que existen en el mundo verdaderas fábricas generado-ras de un producto muy valioso, que es la tecnología. Y este producto sevende y es a menudo caro. Para algunos productos la oferta es abundante yel precio de lo que se denomina la licencia es bajo. Pero en su gran mayo-ría, sobre todo, para desarrollos recientes, la oferta es sumamente escasa.Por ejemplo, la producción del ácido tereftálico (PTA) se realiza en el mundocasi exclusivamente usando la tecnología de Amoco, empresa hoy fusionadacon BP, que es el principal productor de PTA en el mundo.

Como regla general, los nuevos desarrollos cuestan caro: suelen estardisponibles para su adquisición a cambio de un pago que no se limita a unalicencia sino que además puede incluir en algunos casos una regalía (ro-yalty) por tonelada de producto elaborado.

Existen algunas categorías de productos petroquímicos, para los cualesla tecnología no está siempre disponible. Se trata de los productos finos (fi-ne chemicals) y las “especialidades” (specialties), muy a menudo de alto pre-cio unitario. Para los mismos, no resulta siempre factible adquirir la tecnolo-gía ya que las empresas que las detentan a nivel mundial ejercen unasuerte de monopolio u oligopolio.

El tema de las tecnologías petroquímicas permite ilustrar la historia deesta industria. Las primeras tecnologías surgen a principios de la décadadel ‘30, cuando se descubre accidentalmente el Polietileno de baja densi-dad en Inglaterra (ICI, 1933, 1ª producción en 1939) y la primera fibra sinté-tica, la poliamida o nylon (Du Pont, 1932, pero la producción empieza en1940), y el primer elastómero con cualidades aceptables, el caucho cloro-preno (Du Pont, 1928).

Fue la Segunda Guerra Mundial el verdadero catalizador del desarrollo pe-troquímico, puesto que hasta entonces la petroquímica estaba limitada a lasíntesis de solventes oxigenados, la mayoría de ellos previamente obtenidospor fermentación. Durante el lapso de la Segunda Guerra Mundial se produ-jeron los sustitutos poliméricos de productos naturales e inorgánicos, talescomo metales, cuero, vidrio, madera, gomas, fibras naturales, etc. Un hechodestacable es el desarrollo, en esa época, de los cauchos sintéticos enreemplazo de los naturales por parte de Estados Unidos. La guerra con Ja-pón hacía peligrar el abastecimiento de caucho desde Asia.

Otro hecho para resaltar es que el crecimiento espectacular de la indus-tria petroquímica a mediados del siglo pasado responde en parte a las cua-lidades y competitividad económica de los nuevos productos petroquímicosfrente a sus alternativos naturales.

Durante la década del ‘40 comienza la instalación de grandes plantas pe-troquímicas en la zona del Golfo de México (Texas y Louisiana), como conse-cuencia del descubrimiento de petróleo y el aprovechamiento de la enormecantidad de gases y subproductos livianos de petróleo. Se instalan las pri-meras plantas productoras de olefinas, sobre todo etileno. También se pro-duce el crecimiento en la demanda de amoníaco y fertilizantes nitrogenados,


25

Entendemos por licen-cia el derecho a usar la

tecnología.

que originalmente se hacían a partir de carbón y gases de coquería. Al no al-canzar la materia prima se empezaron a usar otras fuentes alternativas, so-bre todo gas natural, para elaborar el gas de síntesis, tema este que vere-mos más adelante.

Otro hito en el desarrollo tecnológico es el descubrimiento del procesode reformación de naftas para la producción de hidrocarburos aromáticos(BTX) a principios de la década del ‘50. Es el momento en que se empiezaa comercializar la tecnología a base de catalizador de platino.

La otra novedad tecnológica importante se produce en la década del ’60,cuando se superan dificultades tecnológicas y se desarrollan nuevos proce-sos para la producción de gas de síntesis y de olefinas, estas últimas con lautilización de cortes líquidos como materias primas. Esto permitió el desa-rrollo de la industria petroquímica en países que no poseían cortes gaseo-sos pero que empezaron a importar cortes líquidos y petróleo fundamental-mente, dándose sobre todo en Europa y Japón.

Entre los listados de tecnología petroquímicas se destaca el que publicacada dos años la revista Hydrocarbon Processing. Contiene cerca de 400procesos, de los cuales cerca de 100 están detallados. Otro listado más an-tiguo, para unos 100 productos petroquímicos (de la empresa Technip) pre-senta cerca de 1000 tecnologías.

De ambos listados se observa que:

• Ninguna empresa del mundo posee tecnología para todos los productos.• Las empresas elaboradoras de tecnología poseen muy diversas aptitu-

des. Algunas (UOP, IFP) están especializadas en determinados productos(básicos); otras cubren una amplia gama (Scientific Design, Dow, BASF,Shell); finalmente otras están especializadas en uno o pocos productos(Wacker, Lonza, etc.).

• Unos pocos países (Estados Unidos, Alemania, Japón, Francia, Gran Bre-taña, Italia) poseen el 90% de la tecnología mundial y casi todos son bas-tante autosuficientes, sobre todo los tres primeros y en menor medidaFrancia.

• Los países latinoamericanos no poseen, salvo pocas y raras excepcio-nes, tecnología propia.

1.4. Polos petroquímicos

Otra de las características de la industria petroquímica es la tendencia a es-tablecer complejos productivos en un mismo sitio, con varias unidades oplantas de diferentes productos y de gran tamaño o capacidad. De esa ma-nera se aprovechan mejor los beneficios de la economía de escala, concep-to que remite al hecho de que la inversión no es proporcional a la capaci-dad. O sea que una planta con capacidad de producción doble de otracuesta menos del doble (factor o exponente típico: 0,6-0,7). En un polo pe-troquímico se logran otras ventajas o economías tales como la optimizaciónen el uso de servicios (vapor, energía eléctrica, gas, etc.) que son comparti-dos por varias plantas. También se tienen ventajas logísticas al no tener quetransportar productos (por camión, barco) que deben ser procesados en lassiguientes etapas de transformación. Finalmente, la posibilidad de utilizarun mismo insumo producido en el polo (etileno, por ejemplo) para producir

26


La revista mensual Hy-drocarbon Processingha publicado en su edición demarzo de 2003 el suplemento“Petrochemical processes” conmás de 80 diagramas de proce-sos. Es un material de consultaque será de gran utilidad paraampliar la información que sepresenta a lo largo de este curso.

varios productos aguas abajo (polietileno, policloruro de vinilo, estireno, porejemplo) permite aprovechar al máximo la economía de escala en la produc-ción de dicho insumo básico (grandes plantas de etileno, en el ejemplo).

En América Latina existen varios polos petroquímicos, tales como el deLa Cangrejera (en México) con 19 plantas y una capacidad total instalada demás de 3.000.000 de toneladas anuales entre productos básicos, interme-dios y finales.

Brasil cuenta con 3 polos petroquímicos, de los cuales el más importan-te es el del Nordeste en Camacari, cerca de Bahía, con una capacidad totalde alrededor de 9.000.000 de toneladas anuales de productos petroquími-cos. Los otros dos se encuentran en Sao Paulo (el más antiguo) y Triunfo,cerca de Porto Alegre (el más nuevo).

En Argentina se deben mencionar el polo petroquímico de Ensenada, queproduce aromáticos y derivados de olefinas de C3-C4, el de San Lorenzo,que es el más antiguo y más pequeño y sobre todo el de Bahía Blanca, queproduce etileno y derivados.

1.5. Factores de conversión

Un último aspecto que se desea analizar y que tiene que ver con todos lostemas hasta ahora desarrollados, es el que se refiere al rendimiento de losprocesos o tecnologías petroquímicas. Las reacciones químicas involucra-das en un determinado proceso se rigen por una determinada ecuación es-tequiométrica. Así por ejemplo en la producción de etileno a partir de etano,dicha ecuación es:

C2 H6 —— C2 H4 + H2

Si el etano se transformara exclusivamente en etileno (100% de selectivi-dad), de acuerdo a la ecuación estequiométrica anterior se requerirían30/28 = 1,07 toneladas de etano por tonelada de etileno producido. Sinembargo, en la práctica el consumo específico (o factor de conversión) resul-ta bastante más elevado y del orden de 1,25 dado que además de etileno,se obtienen otros productos y subproductos, que reducen el rendimiento. Enel caso del ejemplo, se puede decir que el rendimiento porcentual es de(1,07/1,25)* 100 = 85%.

La tendencia en los desarrollos tecnológicos ha sido la de incrementarestos rendimientos, aproximándose a los valores estequiométricos. Sin em-bargo, en muchos casos no es posible superar un cierto rendimiento porcen-tual, aun cuando la conversión sea del 100%. Así por ejemplo, si volvemosal caso anterior de la transformación del etano a etileno, observaremos queinevitablemente además del etileno se coproducen volúmenes bastante me-nores pero no despreciables de propileno. La explicación tiene que ver conel mecanismo de transformación del etano (por radicales libres) en olefinas.Dicho de otra manera, no basta con que la conversión sea completa (100%)sino que además importa un segundo factor: la selectividad.

Existen procesos petroquímicos donde tanto la selectividad como la con-versión son prácticamente del orden del 100%. Por ejemplo, la producciónde ciclohexano, a partir de benceno, es un buen ejemplo. Por un lado, la con-versión es completa (100%) o sea que a la salida del reactor de transforma-


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Una descripción de lospolos petroquímicos

de Argentina se podrá encontraren la Unidad 6 de esta Carpeta.

Se entiende por selec-tividad el porcentaje de

la materia prima que reaccionóy se transformó en el productodeseado.

ción del benceno no queda nada sin convertir de esta materia prima. Pero lootro que se observa es que el producto de la hidrogenación del benceno esexclusivamente ciclohexano. Es decir que también la selectividad ha sido to-tal hacia ese producto, no obteniéndose ningún subproducto. El factor deconversión del benceno a ciclohexano, también conocido como consumo es-pecífico, es en la práctica de 0,93. Esto significa que para una planta comola de Repsol YPF de unas 85.000 t/a de ciclohexano se necesitarían a ple-na carga 85.000* 0,93 = 79.000 t/a de benceno, hecho que se verificaprácticamente. Obsérvese de paso que el factor teórico, que resulta de divi-dir los peso moleculares de benceno y ciclohexano: 78/84 coincide con elconsumo específico real.

Un ejemplo casi opuesto al anterior sería el caso del anhídrido maleico,que se obtiene mayoritariamente (también en Argentina) por oxidación delnormal butano. El factor teórico resulta de dividir los pesos moleculares de lamateria prima: normal butano (48) y del producto: anhídrido maleico (98), re-sultando un consumo específico teórico de 0,59. Es interesante comparar es-te valor con el real de la planta de Repsol YPF. La capacidad de la misma esde 18.000 t/a y en el año en que trabajó prácticamente “a full” (1998), elconsumo total de normal butano fue de casi 22.500 toneladas, o sea que elfactor de conversión real fue de 22.500/18.000 = 1,25. Dicho en otros tér-minos, la planta de anhídrido maleico, consumió más del doble del consumoteórico de normal butano. No se trata aquí de un problema tecnológico yaque se utilizan los mejores catalizadores del mercado y el proceso es de losmás eficientes disponibles a nivel mundial. La explicación debe buscarse porel lado del tipo de reacción que tiene lugar: una oxidación. En realidad la oxi-dación del butano se asemeja a una combustión y es sabido que estas últi-mas tienden a producir anhídrido carbónico (CO2) y agua (H2O). El catalizadorque se utiliza “trata” de evitar que la oxidación se produzca en forma comple-ta (CO2 y H2O), pero inevitablemente no lo “consigue” totalmente y la selec-tividad no supera el 60%. En otros términos, de cada 10 moléculas de normalbutano que reaccionan, sólo 6 producen anhídrido maleico y las 4 restantesgeneran subproductos, principalmente anhídrido carbónico. La selectividaddel 60% por si sola no explica la diferencia entre el factor teórico (0,59) y elreal (1,25). El otro factor a considerar es el hecho de que del normal butanoque pasa por el reactor, sólo un 80% (grosso modo) se transforma en produc-tos. Siguiendo con el ejemplo anterior, podemos decir que solo 8 de cada 10moléculas que ingresan al reactor reaccionan (¡conversión del 80%!). La otrasdos siguen de largo y se queman como fuel. En definitiva, la combinación del60% de selectividad y el 80% de conversión: 0,60*0,8 = 0, 48, explica queen el caso de la producción de anhídrido maleico el consumo específico real(1,25) sea algo más del doble del valor teórico.

En conclusión, dependiendo mucho del tipo de proceso oreacción, se pueden encontrar casos que van desde una efi-ciencia muy alta en la conversión de reactivos en productos(ciclohexano) a otros donde el rendimiento es relativamentebajo (anhídrido maleico). En la práctica, la mayoría de losprocesos que se irán viendo a lo largo del curso (como ya fueel ejemplo del etileno a partir del etano), están en algún lugarintermedio entre los dos últimos casos recién analizados.

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En este sentido, la Tabla T.1.4. contiene un listado con el factor de conver-sión (factor real) para la mayoría de los procesos de obtención de productosque se irán analizando a lo largo del curso.

T.1.4.

Factores de Conversión (t/t)

Materia Prima Producto Factor Teórico Factor RealMETANOL FORMALDEHíDO 1,07 1,16

MTBE 0,36 0,37ACIDO ACÉTICO 0,53 0,54METACRILATO DE METILO 0,32 0,36DMT 0,33 0,38

AMONÍACO UREA 0,57 0,57ETILENO PEBD/PEAD/PEL13D 1,00 0,95 - 1,05

VCM (PVC) 0,45 0,48OE 0,64 0,85ESTIRENO (vía Etilbenceno) 0,27 0,32ACETALDEHÍDO 0,64 0,68VAM 0,33 0,37

PROPILENO PP 1,00 1,03ACRILONITRILO 0,79 1,05 - 1,20OP 0,72 0,88CUMENO 0,35 0,382-EH 0,64 0,80N-BUTANOL 0,57 0,75ISOPROPANOL 0,70 0,78

N-BUTANO ANHíDRIDO MALEICO 0,59 1,25ISOBUTILENO MTBE 0,63 0,64BUTADIENO SBR 0,73 0,77BENCENO ESTIRENO 0,75 0,88

CUMENO 0,65 0,69CICLOHEXANO 0,93 0,93ANILINA (vía Nitrobenceno) 0,84 0,86LAB 0,32 0,34

TOLUENO TDI 0,53 0,67ORTOXILENO ANHíDRIDO FTÁLICO 0,72 0,95PARAXILENO PTA 0,64 0,67

DMT 0,55 0,63OE EG 0,71 0,81EG PET 0,32 0,35ACIDO ACÉTICO VAM 0,70 0,71

PTA 0,06ISOPROPANOL ACETONA 1,03 1,05ACETONA MMA 0,58 0,68ESTIRENO PS 1,00 0,95 - 1,03

SBR 0,22 0,23CUMENO FENOL 1,28 1,35ACETONA MMA 2,07 2,18FENOL CAPROLACTAMA 0,74 0,92CICLOHEXANO CAPROLACTAMA 0,74 1-1,1

ACIDO ADÍPICO 0,58 0,75ANILINA MDI . 0,73 0,79PTA PET 0,86 0,88DMT PET 1,01 1,03


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A lo largo del curso seanalizarán diversos

procesos o tecnologías, cuyosfactores de conversión apare-cen en su gran mayoría en la ta-bla T.1.4. Por ello se recomien-da consultar dicha figura encada oportunidad en que sedescriba un nuevo proceso.

Cuanto mayor sea la proximidad del factor real al factor teórico, tambiénlistado, mayor será la selectividad del proceso de producción y menor la pro-ducción de subproductos, generalmente no deseados.

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