Indice
1.
Introducción
2. Composición química y
propiedades del petróleo
3. Origen geológico del
petróleo
4. Extracción de
petróleo
5. Naftas
6. Producción mundial y argentina
de petróleo
7. Naftas sintéticas y
carburantes
Las investigaciones históricas han comprobado que el petróleo, o aceite mineral (petrae = piedra y oleum = aceite, en latín) fue conocido desde la remota antigüedad. Con betún, asfalto derivado del petróleo, se asentaron los ladrillos de la torre de Babel y se calafateó el arca de Noé. Los egipcios lo utilizaron en embalsamamientos por lo menos desde el 7 000 a. C. En el siglo III los chinos excavaron pozos y lo aprovecharon como iluminante. Sin embargo, la primera explotación moderna se concreta en 1854 cuando DRAKE, auxiliado por un herrero, perfora un pozo de 21 metros de profundidad en Titusville (Pennsylvania, EE.UU. ).
2. Composición química y propiedades del petróleo
El análisis químico revela que el
petróleo está casi exclusivamente constituido
por hidrocarburos,
compuestos formados por dos elementos: carbono e
hidrógeno. Esta simplicidad es aparente porque, como el
petróleo
es una mezcla, y no una sustancia pura, el número de
hidrocarburos
presentes y sus respectivas proporciones varían dentro de
un límites
muy amplios. Es químicamente incorrecto referirse al
"petróleo", en singular; existen muchos
"petróleos", cada uno con su composición química y sus
propiedades características. En efecto:
Son líquidos insolubles en agua y de
menor densidad que
ella. Dicha densidad
está comprendida entre 0,75 y 0,95 g/ml.
Sus colores
varían del amarillo pardusco hasta el negro.
Algunas variedades son extremadamente viscosas mientras que otras
son bastante fluidas.
Es habitual clasificar a los petróleos dentro de tres
grandes tipos considerando sus atributos específicos y los
subproductos que suministran:
1) Petróleos asfálticos
Negros, viscosos y de elevada densidad: 0,95 g/ml. En la destilación primaria producen poca nafta y abundante
fuel oil, quedando asfalto como residuo. Petróleos
asfálticos se extraen del flanco sur de San Jorge (Chubut
y Santa Cruz).
2) Petróleos parafínicos
De color claro,
fluidos y de baja densidad: 0,75-0,85 g/ml. Rinden más
nafta que los
asfálticos. Cuando se refina sus aceites lubricantes se
separa parafina. Mendoza y Salta poseen yacimientos de
petróleos parafínicos.
3) Petróleos mixtos
Tienen características y rendimientos comprendidos
entre las otras dos variedades principales. Aunque sin ser
iguales entre sí, petróleos de Comodoro Rivadavia
(Chubut) y de Plaza Huincul (Neuquén) son de base
mixta.
3. Origen geológico del petróleo
Durante la era terciaria en el fondo de los mares se
acumularon restos de peces,
invertebrados y, probablemente, algas, quedando sepultadas por la
arena y las arcillas sedimentadas. Las descomposiciones
provocadas por microorganismos, acentuadas por altas presiones y
elevadas temperaturas posteriores, dieron origen a hidrocarburos.
Al comenzar la era cuaternaria los movimientos orogénicos
convulsionaron la corteza terrestre y configuraron nuevas
montañas, la cordillera de los Andes entre ellas. Los
estratos sedimentarios se plegaron y el petróleo
migró a través de las rocas porosas,
como las areniscas, hasta ser detenido por anticlinales, pliegues
con forma de A mayúscula, y por fallas que interrumpieron
la continuidad de los estratos.
El yacimiento no debe imaginarse como un gran "lago"
subterráneo. El petróleo ocupa los intersticios de
rocas
sedimentarias muy porosas, acompañado habitualmente de
gas natural y
de agua
salada.
Corresponde señalar semejanzas entre carbones y petróleos:
Localización de cuencas petrolíferos
El hallazgo de yacimientos de petróleo no es obra librada
al azar y obedece a una tarea científicamente organizada,
que se planifica con mucha antelación. Instrumental de
alta precisión y técnicos especializados deben ser
trasladados a regiones a menudo deshabitadas, en el desierto o en
la selva, obligando a construir caminos y sistemas de
comunicación, disponer de
helicópteros, instalar campamentos y laboratorios, etc.
Los estudios realizados se desarrollan según el siguiente
ordenamiento:
Ubicado un yacimiento, se perfora el terreno hasta
llegar al mismo. Se monta una torre metálica de 40-50
metros de altura que sostendrá los equipos y el subsuelo
se taladra con un trépano que cumple un doble movimiento:
avance y rotación. Tanto el trépano como la barra
que lo acciona tienen conductos internos para que circule una
suspensión acuosa de bentonita, arcilla amarillenta de
adhesividad apropiada. Esa suspensión enfría al
trépano y arrastra el material desmenuzado hacia la
superficie.
En su boca los pozos tiene 50 cm de diámetro pero
éste es de menor a mayor profundidad. Antes se perforaba
verticalmente pero ahora se trabaja en cualquier dirección usando barras articuladas. Estos
dispositivos permiten "dirigir" el trépano, sorteando
obstáculos. Así, en Comodoro Rivadavia, se extrae
petróleo de yacimientos situados bajo la ciudad sin
necesidad de erigir torres en el núcleo urbano.
En Mendoza hay pozos de 1 500 a 1 800 metros pero en
Salta se ha necesitado 4 000 metros de profundidad. a medida que
progresa la perforación se insertan caños de
acero, adosados
al terreno con cemento, para
impedir desmoronamientos e infiltración de agua. En la
proximidad del yacimiento escapan gases.
Entonces se extreman las precauciones. En algunas oportunidades
la gran presión de
dichos gases origina
la surgencia natural, espontánea y descontrolada, con
riesgos de
inflamación. Después el petróleo fluye
lentamente siendo conducido a depósitos. Cuando la
presión
natural disminuye el petróleo se bombea
mecánicamente.
El rendimiento promedio de los pozos argentinos no es alto,
está comprendido entre 10 y 20 m3/día. En casos
excepcionales se registran hasta 500 m3/día. Los
países anglosajones valúan el volumen
extraído en una unidad convencional: el barril. Un barril
equivale a 36 galones, cada uno de ellos de 4,5 litros, de
donde:
1 barril = 36 x 4,5 litros = 162 litros = 0,162 m3
Tratamiento y transporte del
petróleo crudo
El petróleo extraído del pozo se denomina crudo.
Como no se lo consume directamente, ya en el propio yacimiento
sufre algunos tratamientos:
El metano: CH4, y el etano: C2H6, componen el gas seco,
así llamado porque no se licua por compresión. El
gas seco se
utiliza como combustible en el yacimiento o se inyecta en los
gasoductos, mezclándolo con el gas natural.
Otros dos hidrocarburos, el propano: C3H8, y el butano: C4H10,
constituyen el gas húmedo que se licua por
compresión. El gas líquido se envasa en cilindros
de acero de 42-45
kg., comercializados como "Supergás" y también en
garrafas de 10-15 kg. La apertura de la válvula, que los
recoloca a presión atmosférica, lo reconvierte en
gas.
El crudo se envía de los yacimientos a las destilerías que, en nuestro país, están en los centros de consumo y no en la región productora. se recurre a diversos medios:
Destilación primaria del petróleo
crudo
En las destilerías se destila fraccionadamente al
petróleo. Como está compuesto por más de 1
000 hidrocarburos, no se intenta la separación de cada uno
de ellos. Es suficiente obtener fracciones, de composición
y propiedades aproximadamente constantes, destilando entre dos
temperaturas prefijadas. La operación requiere varias
etapas; la primera de ellas es la destilación primaria, o topping.
El crudo se calienta a 350ºC y se envía a una torre de fraccionamiento, metálica y de 50 metros de altura, en cuyo interior hay numerosos "platos de burbujeo". Un plato de burbujeo es una chapa perforada, montada horizontalmente, habiendo en cada orificio un pequeño tubo con capuchón. De tal modo, los gases calientes que ascienden por dentro de la torre atraviesan al líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto dicho líquido desborda un plato cae al inmediato inferior.
La temperatura dentro de la torre de fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350ºC en su base, hasta menos de 100ºC en su cabeza. Como funciona continuamente, se prosigue la entrada de crudo caliente mientras que de platos ubicados a convenientes alturas se extraen diversas fracciones. Estas fracciones reciben nombres genéricos y responden a características bien definidas, pero su proporción relativa depende de la calidad del crudo destilado, de las dimensiones de la torre de fraccionamiento y de otros detalles técnicos.
De la cabeza de las torres emergen gases. Este "gas de destilería" recibe el mismo tratamiento que el de yacimiento y el gas seco se une al gas natural mientras que el licuado se expende como Supergás o en garrafas.
Las tres fracciones líquidas más importantes son, de arriba hacia abajo, es decir, de menor a mayor temperatura de destilación:
Gas oil: El gas oil es un líquido denso (0,9 g/ml) y aceitoso, que destila entre 275ºC y 325ºC. Queda un residuo que no destila: el fuel oil, que se extrae de la base de la torre. Es un líquido negro y viscoso de excelente poder calorífico: 10 000 cal/g. Una alternativa es utilizarlo como combustible en usinas termoeléctricas, barcos, fábricas de cemento y de vidrio, etc. La otra, es someterlo a una segunda destilación fraccionada: la destilación conservativa, o destilación al vacío, que se practica a presión muy reducida, del orden de pocos milímetros de mercurio. Con torres de fraccionamiento similares a las descriptas se separan nuevas fracciones que, en este caso, resultan ser aceites lubricantes, livianos, medios y pesados, según su densidad y temperaturas de destilación. El residuo final es asfalto, imposible de fraccionar. En la Argentina se dispone de casi un millón de metros cúbicos anuales de asfalto, utilizado para pavimentación e impermeabilización de techos y cañerías.
Destilación secundaria, o cracking
Los petróleos argentinos, en general, producen poca
cantidad de naftas. El porcentaje promedio respecto del crudo
destilado es del 10%. Para aumentarlo se emplea un tercer
procedimiento:
la destilación secundaria, destilación destructiva
o cracking. Las fracciones "pesadas" como el gas oil y el fuel
oil se calientan a 500ºC, a presiones del orden de 500
atm, en presencia
de sustancias auxiliares: catalizadores, que coadyuvan en el
proceso. De
allí que se mencione el "cracking catalítico". En
esas condiciones la molécula de los hidrocarburos con
muchos átomos de carbono se rompe formando hidrocarburos
más "livianos", esto es, de menor número de
átomos de carbono en su molécula. La siguiente
ecuación ilustra el hecho acaecido:
C18H36 = C8H16 + C8H18 + CH4 + C
La ruptura de la molécula de 18 átomos de carbono
origina nuevos hidrocarburos, dos de ellos de 8 átomos de
carbono cada uno, iguales a los que componen las naftas. Otro
hidrocarburo formado es el metano: CH4. Y queda un residuo
carbonoso: el coque de petróleo.
Las fracciones obtenidas mediante el cracking se envían a torres de fraccionamiento para separar:
Gracias al cracking se eleva el rendimiento de las naftas hasta el 40-50%.
Las fracciones obtenidas en las destilaciones son refinadas sufriendo tratamientos físicos y químicos que ajustan su composición, eliminan componentes perjudiciales y mejoran las características técnicas de cada subproducto. Así, por ejemplo, la refinación de naftas consiste en:
Uno de los objetivos de la refinación es liberar a la nafta de compuestos de azufre, que comunican mal olor y producen gases corrosivos. Otro es evitar que se depositen "gomas" semisólidas originadas por la acción del aire y la luz sobre algunos hidrocarburos, que obturan filtros y carburadores.
En nuestro país se elaboran dos tipos de nafta
para automotores: nafta común y nafta especial. La
diferencia reside en la antidetonancia, propiedad
vinculada con el funcionamiento de los motores a
explosión.
Estos motores cumplen
un ciclo de cuatro etapas sucesivas:
Una nafta "detona" cuando su combustión es prematura y comienza durante el período de compresión, antes de que el pistón complete su recorrido. El conductor percibe un "golpeteo" porque, frenado el movimiento del pistón, el motor vibra innecesariamente. Este defecto se agudiza en motores de alta compresión alimentados con nafta común: se rebajan su potencia y su velocidad.
La detonación por sola compresión se
vincula con la estructura
molecular de los hidrocarburos presentes en las naftas. Dos de
ellos interesan particularmente:
El heptano: C7H16, tiene 7 átomos de carbono alineados,
uno a continuación de otro. Es muy detonante y explota
fácilmente por compresión.
Y el isooctano: C8H18, sus 8 átomos de carbono forman una
cadena corta, con ramificaciones laterales. No explota por
compresión y, por consiguiente, es antidetonante.
Se mide la antidetonancia con una escala
convencional: los grados octanos. Al heptano puro se le asigna
antidetonancia nula: 0 grados octano. Mientras que el mayor
valor de la
escala: 100
grados octano, corresponde al isooctano, buen antidetonante. El
porcentaje de isooctano en una mezcla de ambos hidrocarburos
expresa los grados octano de la misma.
Las naftas comunes tienen 80-82 grados octano. Las naftas especiales elevan su antidetonancia a 90-92 grados octano. Las aeronaftas, de composición química ligeramente distinta de las comunes, alcanzan los 120-130 grados octano. El octanaje se mejora sensiblemente con el agregado de plomo-tetra-etilo. Una ínfima cantidad de este aditivo: 0,03%, transforma una nafta común en nafta especial. Ofrece, sin embargo, un inconveniente: se deposita plomo metálico dentro del cilindro. Para obviar este problema, se incorpora un segundo aditivo: dibromo-etileno, encargado de convertir al plomo en bromuro de plomo, sustancia volátil que sale del cilindro disuelta en los gases de combustión. Los automotores contribuyen notablemente a la contaminación ambiental:
Éter de petróleo, solvente nafta y "bencina" son variedades de naftas consumidas en la industria y en tintorerías, por su poder disolvente. En particular, disuelven bien aceites y grasas, tanto comestibles como lubricantes, y cacho.
Otros subproductos del petróleo
Con la refinación de kerosenes se logra que quemen sin
humo y sin olor, siendo aptos para cocinas, estufas y faroles. Se
reduce convenientemente su volatilidad para que inflamen
después de ser calentados. La temperatura de
inflamación ha sido reglamentada y siempre será
mayor de 40ºC. Algunas variedades son consumidas por aviones
a reacción y tractores agrícolas.
El gas oil es utilizado en los motores DIESEL, o de combustión interna. El fuel oil, por su parte, es el combustible "pesado" de la industria: usinas termoeléctricas y fábricas. Su poder calorífico es muy alto: 10 000-11 000 cal/g. Anualmente son despachados en el país 12 millones de m3 de fuel oil y 6 millones de m3 de gas oil.
Los aceites lubricantes interponen una delgadísima capa líquida entre dos superficies metálicas en movimiento atenuando el desgaste por frotamiento. Su refinación es complicada debido a la diversidad de calidades preparadas que se identifican mediante el número SAE (sigla tomada de Society of Automotive Engineers). Este número, que varía de 10 en 10, desde 10 a 250, se establece según la densidad, la viscosidad, las temperaturas de inflamación y de congelación y otras propiedades físicas y químicas. El motor de automóvil requiere aceite de 40 SAE. Para engranajes de maquinarias se usará de 80 SAE, más denso y más viscoso.
Las grasas lubricantes son semisólidas. Se preparan empastando aceites lubricantes con jabones, resina, glicerina, grafito, etcétera.
Todos los aceites lubricantes son desparafinados durante su refinación. Para ello se enfrían a -30ºC, filtrando después. Se separa la parafina, semisólida y de bajo punto de fusión. Es empleada en fósforos, velas, cartón impermeabilizado, aislante eléctrico y otros usos menores. La vaselina es semejante pero blanda y untuosa al tacto.
6. Producción mundial y argentina de petróleo
De acuerdo con las reservas conocidas y el ritmo de extracción, los expertos predicen que hacia el 2030 se agotaría el petróleo natural. Un primer síntoma de la crisis energética se manifestó en 1973 cuando la Organización de Países Exportadores de Petróleo -O.P.E.P.- decidió regularla producción y cuadriplicar el precio en el término de un año, conmoviendo la economía mundial. Numerosas son las propuestas para encarar la situación:
Entre tanto, la producción se ha estabilizado en los 3100 millones de metros cúbicos anuales. La ex-Unión Soviética, con el 20% de dicho total, y los EE.UU., con otro 15%, encabezan la nómina de productores. Pero este último país necesita de la importación para satisfacer sus necesidades. El tercer productor, Arabia Saudita, aunque sólo extrae un 10%, es el mayor exportador mundial, dado su pequeño consumo interno. Una situación semejante se observa en sus vecinos del Medio Oriente: Irán, Irak, Kuwait y los emiratos árabes.
La Argentina extrae anualmente alrededor de 30 millones de m3 de petróleo. No es gran producción puesto que no llega al 1% del total mundial pero ha bastado para el autoabastecimiento. Desde 1984 no se importan crudos y se registra una incipiente exportación de fuel oil y otros derivados. El factor decisivo para este logro ha sido la suplantación de combustibles líquidos por gas natural.
Desde fines del siglo pasado se tenía conocimiento de la existencia de petróleo en el subsuelo argentino. Incipientes trabajos en Mendoza y Salta fracasaron. En 1907, mientras se buscaba agua potable para Comodoro Rivadavia (Chubut), surgió accidentalmente petróleo. Subsiguientemente se descubrieron otras cuencas obligando a la creación de una repartición estatal: Yacimientos Petrolíferos Fiscales (YPF).
En la Actualidad, con 60 000 técnicos, empleados y obreros, se ha convertido en la primera industria nacional de índole no agropecuaria. Entre las múltiples funciones que desempeña figuran:
Las cuencas petrolíferas actuales son cinco:
Las reservas cubicadas se estiman en 500 millones de metros cúbicos, suficientes para los próximos 15 años. Pero el futuro no es desalentador puesto que:
7. Naftas sintéticas y carburantes
Resolver la escasez de combustibles líquidos no es novedad. Desde la década del '30 se estudió la posibilidad de fabricar naftas "artificialmente" por medio de la síntesis, combinando carbono e hidrógeno. Se perfeccionaron métodos que parten de carbón y lignito dispersados en alquitranes de hulla. Bajo el efecto de altas temperaturas, grandes presiones y en presencia de catalizadores, se obtienen productos que, destilados fraccionadamente, dan naftas, gas oil y aceites lubricantes. Alemania aplicó masivamente estos procedimientos durante la segunda Guerra mundial, siendo después abandonados por razones económicas: el costo de la nafta sintética es varias veces mayor que el de la nafta natural. El progresivo encarecimiento de esta última ha hecho renacer las perspectivas de esta industria.
Otra experiencia, ya ensayada anteriormente, que ha sido propuesta en Tucumán. Para aumentar el volumen de nafta se le adiciona hasta un 10% de alcohol absoluto, libre de agua. El contenido de alcohol y el grado de humedad son esenciales en estas "mezclas carburantes" pues, sobrepasando cierto límite, el combustible líquido se segrega en dos capas distintas. Desde luego, para que este carburante sea redituable debe producirse alcohol abundante y barato, gracias a la fermentación de melazas azucareras.
Preguntas adicionales:
1) ¿Qué entiende por refinación de
petróleo?
Se entiende por refinación de petróleo a los
tratamientos físicos y químicos que ajustan su
composición, eliminan componentes perjudiciales y mejoran
las características de los subproductos. En la nafta, por
ejemplo, se utiliza la refinación para liberarla de
compuestos de azufre, que comunican mal olor y producen gases
corrosivos; también se la utiliza para evitar que
depositen "gomas" semisólidas originadas por la
acción del aire y la luz sobre algunos
hidrocarburos, que obturan filtros y carburadores.
2) Confeccione una tabla en la que figure el nombre de las distintas fracciones, el intervalo de ebullición, el número de carbonos de los hidrocarburos que los constituye y sus aplicaciones.
|
Nombre de la fracción |
Intervalo de ebullición |
Nº de Carbonos en sus hidrocarburos |
Aplicaciones |
|
Naftas |
Menor de 175ºC |
De 5 a 12 átomos de Carbono |
Se lo utiliza como combustible |
|
Kerosenes |
Entre 175º y 275ºC |
De 12 a 18 átomos de Carbono |
Se usa en cocinas, estufas y faroles |
|
Gas oil |
Entre 275º y 325ºC |
Más de 18 átomos de Carbono |
Es utilizado en los motores de combustión interna |
3) Explique en que consiste el craqueo térmico y
catalítico.
Este es un proceso por el
cual fracciones pesadas como el gas oil y el fuel oil se
calientan a 500ºC, a presiones del orden de 500 atm, en presencia de
sustancias auxiliares llamadas catalizadores. Esto se utiliza
para romper los hidrocarburos del gas oil y del fuel oil y formar
hidrocarburos más livianos para obtener naftas, gases y
kerosenes.
4) ¿Qué significa que el índice de
octano es de 85?
Esto significa que la antidetonancia de la nafta es de 85. Esto
se da al haber un 85% de isooctano y un 15% de heptano en la
mezcla de la nafta.
5) ¿Qué compuesto se agrega para aumentar
el octanaje en una nafta?
Para aumentar el octanaje de una nafta se le puede agregar
plomo-tetra-etilo, aunque con inconvenientes: se deposita plomo
metálico dentro del cilindro. Para solucionar este
problema se incorpora dibromo-etileno, el cual convierte al plomo
en bromuro de plomo, sustancia que sale junto con los gases de
combustión. Esta sustancia es tóxica.
7) ¿En qué consiste el proceso "Fisher
Tops"?
El proceso, conocido como
TOPS ( basado en la Oxidación Térmica y
Gasificación de Residuos) es un método
puntero en la reducción de residuos médicos,
industriales y municipales desde su forma original de
depósito hasta conseguir un pequeño volumen
(aproximadamente un 5%) de metales
reciclables y aluminio,
vidrio y cenizas
finas e inertes. Ello representa una reducción de volumen
del orden del 95%, y en la mayoría de aplicaciones, donde
se produce el reciclado de vidrio, metales y
cenizas, no necesitará enviar nada al vertedero. El
sistema TOPS no
necesita separación previa de los residuos entrantes. Los
residuos municipales, neumáticos de coches y camiones,
aceites, residuos médicos, papeles industriales y plásticos
etc pueden depositarse directamente en el sistema.
Las emisiones a la atmósfera producidas por el
proceso, han sido repetidamente comprobadas en un amplio espectro
de parámetros desde 1988. Los resultados han sido
extraordinarios: Las Partículas en suspensión,
Monóxido de Carbono, Oxidos nitrosos Azufre y otras
emisiones químicas, han resultado mucho menores que los
nuevos y restrictivos requerimientos de la Unión
Europea referentes a la calidad del aire.
Prácticamente no existen emisiones de metales
pesados.
El sistema TOPS reduce cualquier tipo de residuos incluyendo:
Autor:
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