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La petroquimica venezolana

Enviado por OSCAR ALBERTO



  1. Introducción
  2. ¿Qué es la petroquímica?
  3. ¿Qué es el petróleo?
  4. ¿Cómo se clasifican los hidrocarburos del petróleo?
  5. ¿Cómo se obtienen las materias primas petroquímicas?
  6. Obtención de olefinas
  7. Obtención de hidrocarburos aromáticos
  8. Obtención del negro de humo
  9. Obtención de azufre a partir del petróleo
  10. Importancia de la petroquímica

Introducción

Se conoce que la formación del petróleo está asociada al desarrollo de rocas sedimentarias depositadas en ambientes marinos o próximos al mar, y que es el resultado de procesos de descomposición de organismos de origen vegetal y animal, que en tiempos remotos quedaron incorporados en esos depósitos.

El petróleo no se encuentra distribuido de manera uniforme en el subsuelo, deben confluir por lo menos cuatro condiciones básicas para que éste se acumule: una roca permeable, de forma tal que bajo presión el petróleo pueda moverse a través de los poros microscópicos de la roca; una roca impermeable, que evite la fuga del aceite y gas hacia la superficie; el yacimiento debe comportarse como una trampa, ya que las rocas impermeables deben encontrarse dispuestas de tal forma que no existan movimientos laterales de fuga de hidrocarburos; y debe existir material orgánico suficiente y necesario para convertirse en petróleo por el efecto de la presión y temperatura que predomine en el yacimiento.

En su estado natural se le atribuye un valor mineral; es susceptible de generar, a través de procesos de transformación industrial, productos de alto valor, como son los combustibles, lubricantes, ceras, solventes y derivados petroquímicos.

¿Qué es la petroquímica?

LA PETROQUÍMICA comprende la elaboración de todos aquellos productos químicos que se derivan de los hidrocarburos del petróleo y el gas natural. Por lo general el término no incluye los hidrocarburos combustibles, lubricantes, ceras ni asfaltos.

Los petroquímicos no se consideran como un tipo o clase particular de productos químicos, ya que muchos de ellos han sido y continúan siendo fabricados con otras materias primas.

Así por ejemplo, el benceno, el metanol y el acetileno se pueden producir a partir del carbón de hulla. El glicerol se obtiene de las grasas, el etanol por fermentación de la caña de azúcar, el azufre de los depósitos minerales.

¿Qué es el petróleo?

El petróleo es una mezcla en la que coexisten en fases sólida, liquida y gas, compuestos denominados hidrocarburos, constituidos por átomos de carbono e hidrogeno y pequeñas proporciones de heterocompuestos con presencia de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales, ocurriendo en forma natural en depósitos de roca sedimentaria. Su color varía entre ámbar y negro. La palabra petróleo significa aceite de piedra.

¿Cómo se clasifican los hidrocarburos del petróleo?

Cualquier clasificación química del petróleo presupone que se ha establecido de antemano el tipo de compuestos que lo forman. Para esto se clasifican los hidrocarburos del petróleo en tres grandes series.

La primera serie está formada por los hidrocarburos acíclicos saturados, llamados también parafínicos. Se les llama así porque no reaccionan fácilmente con otros compuestos. Su nombre proviene de las raíces griegas "parum", pequeña y "affinis", afinidad. Su fórmula general es (n es un número entero positivo).

Los cuatro primeros hidrocarburos de esta serie son el metano , el etano y el butano y son los principales componentes de los gases del petróleo.

A la segunda serie pertenecen los hidrocarburos cíclicos saturados o nafténicos de fórmula general , tales como el ciclopentano y el ciclohexano .

La tercera serie la forman los hidrocarburos cíclicos no saturados, más conocidos como hidrocarburos aromáticos, cuya fórmula general es . El compuesto más simple de esta serie es el benceno, que tiene seis átomos de carbono unidos por dobles ligaduras alternadas formando un anillo.

Los hidrocarburos de esta última serie, que se encuentran en el petróleo crudo por lo general, están constituidos por los llamados poliaromáticos, que son varios anillos bencénicos unidos entre sí y que se encuentran principalmente en las fracciones pesadas.

Sin embargo, aparte de las tres series antes mencionadas, existen en pequeñas cantidades otros hidrocarburos tales como los acíclicos no saturados, llamados también etilénicos u olefinas, de fórmula general , las diolefinas los acetilénicos , además de otros hidrocarburos formados por la combinación de anillos y cadenas que pueden semejarse a varias de las series precedentes.

Como dijimos anteriormente, el petróleo crudo casi no contiene hidrocarburos bencénicos ligeros como el benceno, tolueno y xilenos. Tampoco cuenta con gran cantidad de olefinas ni diolefinas de pocos carbones como son el etileno, propileno, butenos, butadieno e isopreno.

Sólo mediante procesos específicos o separándolos al fabricar gasolinas, es posible obtener estos importantes hidrocarburos.

¿Cómo se obtienen las materias primas petroquímicas?

La industria petroquímica emplea ante todo como materias primas básicas las olefinas y los aromáticos obtenidos a partir del gas natural y de los productos de refinación del petróleo: el etileno, propileno, butilenos, y algunos pentenos entre las olefinas, y el benceno, tolueno y xilenos como hidrocarburos aromáticos.

Sin embargo, en algunos casos, la escasa disponibilidad de estos hidrocarburos debido al uso alterno que tienen en la fabricación de gasolina de alto octano ha obligado a la industria a usar procesos especiales para producirlos.

Por lo tanto, si se desea producir petroquímicos a partir de los hidrocarburos vírgenes contenidos en el petróleo, es necesario someterlos a una serie de reacciones, según las etapas siguientes: 1. Transformar los hidrocarburos vírgenes en productos con una reactividad química más elevada, como por ejemplo el etano, propano, butanos, pentanos, hexanos etc., que son las parafinas que contiene el petróleo, y convertirlos a etileno, propileno, butilenos, butadieno, isopreno, y a los aromáticos ya mencionados.

2. Incorporar a las olefinas y a los aromáticos obtenidos en la primera etapa otros heteroátomos tales como el cloro, el oxígeno, el nitrógeno, etc., obteniéndose así productos intermedios de segunda generación. Es el caso del etileno, que al reaccionar con oxígeno produce acetaldehído y ácido acético.

3. Efectuar en esta etapa las operaciones finales que forman los productos de consumo. Para ello se precisan las formaciones particulares de modo que sus propiedades correspondan a los usos que prevén.

Algunos ejemplos de esta tercera etapa son los poliuretanos, los cuales, dependiendo de las formulaciones específicas, pueden usarse para hacer colchones de cama, salvavidas, o corazones artificiales. Las resinas acrílicas pueden servir para hacer alfombras, plafones para las lámparas, prótesis dentales y pinturas.

Otro caso típico es el del acetaldehído que se produce oxidando etileno y que encuentra aplicación como solvente de lacas y resinas sintéticas, en la fabricación de saborizantes y perfumes, en la manufactura de pieles artificiales de tintas, cementos, películas fotográficas y fibras como el acetato de celulosa y el acetato de vinilo.

Esta clasificación tiene numerosas excepciones, a veces, por ejemplo, se reduce el número de etapas para hacer el producto final.

Es necesario mencionar otros productos que se consideran petroquímicos básicos sin ser hidrocarburos, como el negro de humo y el azufre. Éstos se pueden obtener del gas natural y del petróleo.

A continuación trataremos de explicar cómo se obtienen los productos de la primera etapa, entre los cuales consideraremos no sólo la obtención de olefinas y aromáticos, sino también la de negro de humo y azufre a partir de estos crudos.

Obtención de olefinas

Como dijimos anteriormente, las olefinas son hidrocarburos acíclicos insaturados. Los de mayor interés en cuanto a sus aplicaciones son aquellos que poseen de dos a cinco átomos de carbono: es decir, el etileno, propileno, n-buteno, butadieno e isopreno.

En los países en donde existen yacimientos ricos en gas natural, el etileno y el propileno se pueden obtener por medio del proceso llamado desintegración térmica (mencionado en el capítulo 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 consume como gas LP (que es el combustible usado en las ciudades que no tienen sistemas de distribución de gas por medio de ductos), entonces se usa el etano como carga en el proceso de desintegración.

En este caso los productos principales de la reacción son el etileno, el metano y el hidrógeno.

México es uno de los países que ha adoptado este último método para la obtención de su etileno, razón por la cual no es autosuficiente en propileno. Las únicas fuentes disponibles actualmente provienen de los procesos de desintegración usados para hacer gasolina.

Es bien conocido que el gas natural está compuesto sobre todo de gases no licuables. Por lo tanto su transporte solamente resulta costeable cuando se cuenta con gasoductos que lo conduzcan desde el lugar de producción hasta el de consumo. Por esta razón, para obtener olefinas, la mayor parte de los países europeos han optado por alimentar con hidrocarburos más pesados a las desintegradoras térmicas.

La carga más utilizada en las refinerías de Europa es una fracción denominada nafta o gasolina pesada, que proviene de la destilación primaria, y cuyas moléculas contienen de cinco a doce átomos de carbono. A veces se usan fracciones aún más pesadas como los gasóleos.

El aprovechamiento de fracciones líquidas como las que acabamos de mencionar, procura toda una serie de olefinas como son el etileno, propileno, butenos e isopentenos. También se forman diolefinas como el butadieno y el isopreno.

Además de los productos antes mencionados, se obtiene una cantidad no despreciable de gasolina de alto octano rica en aromáticos.

El hecho de poder producir gasolinas de alta calidad en el mismo proceso que se usa para obtener petroquímicos, ha permitido que se unan ciertas empresas para aprovechar mejor sus recursos. Así tenemos el caso de la refinería de la BP (British Petroleum) localizada en Lavera, Francia, que tiene un acuerdo con NaphtaChimie instalada muy cerca de ella. De esta manera, la refinería de la BP provee a esta última de la gasolina primaria que usa como carga para obtener olefinas, y NaphtaChimie se compromete a pagar dicho material con la gasolina de alto octano que obtiene como subproducto, y así ambas compañías se benefician mutuamente.

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Obtención de hidrocarburos aromáticos

La necesidad de producir aromáticos a partir del petróleo surgió con la segunda Guerra Mundial, debido a la enorme demanda de tolueno para producir trinitrotolueno (TNT), llamado comúnmente dinamita.

Separación de la fracción de butilenos.

Anteriormente, el tolueno se producía a partir del carbón mineral, pero esta industria fue insuficiente para satisfacer las demandas del mercado, lo que obligó a desarrollar procesos de producción y extracción de tolueno contenido en las fracciones del petróleo.

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Después de la guerra, se mantuvo el mercado de los hidrocarburos aromáticos debido al desarrollo de los plásticos, detergentes, y una serie de productos sintéticos, además de la demanda creciente de gasolina de alto octano.

Los aromáticos de mayor importancia en la industria petroquímica son: el benceno, el tolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se encuentran en la gasolina natural en mínimas concentraciones, por lo que resulta incosteable su extracción.

Por lo tanto, para producirlos se desarrolló el proceso denominado de desintegración catalítica, cuya materia prima de carga es la gasolina natural o nafta pesada, cuyo alto contenido de parafinas lineales y cíclicas (naftenos) constituye el precursor de los aromáticos.

Uno de los procesos más comunes de reformación catalítica es el llamado de "platforming" que usa como catalizador platino soportado sobre alúmina.

Los productos líquidos de la reacción se someten a otros procesos en donde se separan los aromáticos del resto de los hidrocarburos.

Para separar los aromáticos entre sí, se puede utilizar cualquiera de los métodos siguientes: a) destilación azeotrópica (ver cuadro 5), b) destilación extractiva, c) extracción con solvente, d) adsorción sólida, y e) cristalización.

Obtención del negro de humo

El negro de humo es otra materia petroquímica. Básicamente es carbón puro con una estructura muy semejante a la del grafito.

El tamaño de las partículas en el negro de humo es lo que determina su valor. Entre más pequeñas sean, más caro será el producto. Varían desde 10 hasta 500 mm (milésima parte de una micra que a su vez es la milésima parte de un milímetro).

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Producción de Negro de Humo

Existen tres procesos generales para fabricar industrialmente el negro de humo, que son los siguientes; proceso de canal, proceso de horno y proceso térmico.

Las materias primas para hacer negro de humo pueden incluir desde gas natural hasta aceites pesados con alto contenido de poliaromáticos, como los productos de la torre de vacío descrita en los capítulos anteriores.

La diferencia básica entre los dos primeros procesos y el último es que los procesos de canal y de horno obtienen los productos quemando parcialmente los materiales usados como materia prima, mientras que el proceso térmico consiste en descomponer los productos por medio de calor.

Antes de 1945, el negro de humo se fabricaba a partir del gas natural usando cualquiera de los tres procesos mencionados. Después de esta fecha se modificó el proceso de horno para de esta forma poder usar hidrocarburos líquidos como materia prima, y actualmente es el que más se usa

Los hidrocarburos que se utilizan como carga son desde gasóleos hasta residuos pesados. En general, estas cargas deben tener un alto porcentaje de aromáticos pesados o poliaromáticos, y un bajo contenido de azufre. Además deben producir un mínimo de ceniza mineral.

El negro de humo contiene de 88 a 99.3% de carbono, 0.4-0.8% de hidrógeno, y 0.3 a 17% de oxígeno.

El hidrógeno es un remanente de las moléculas de hidrocarburo originales, y por eso forma parte de la estructura grafítica. Por otro lado, como el oxígeno se absorbe en la superficie, se le puede incorporar en cantidades variables mediante tratamientos posteriores.

Las variedades de negro de humo comercial tienen una amplia gama de propiedades físicas y químicas, similares a las del grafito; pero como contiene grupos superficiales, las características de los productos finales en donde se usan son diferentes.

El negro de humo se usa en el hule de las llantas, en la fabricación de tintas, lacas, pinturas, en cierto tipo de polietileno. También se emplea el negro de humo para la fabricación de diamantes artificiales y para sembrar las nubes a fin de provocar lluvia.

Obtención de azufre a partir del petróleo

El azufre es un producto que se encuentra en abundancia en el petróleo crudo y en el gas natural, bajo la forma de sus principales derivados como son el ácido sulfhídrico y los mercaptanos (hidrocarburos que contienen azufre en su estructura molecular), los cuales se distinguen fácilmente por su fuerte olor a huevo podrido.

Estos derivados del azufre se encuentran presentes en todas las fracciones de la destilación del crudo. Por lo tanto es necesario someter todas las fracciones, sobre todo las de la destilación primaria, a los procesos llamados de desulfurización.

Algunas tecnologías efectúan la desulfurización de las fracciones en presencia de hidrógeno, otras no, pero todas hacen uso de catalizadores para efectuar esta transformación.

El azufre que se obtiene de las fracciones petroleras es de una excelente calidad. En muchos casos la pureza alcanzada es superior a 99%, y se puede usar directamente para fines farmacéuticos.

Es de suma importancia la eliminación de los derivados del azufre de las fracciones que van desde el gas hasta los gasóleos pesados. Esto se debe no sólo al hecho de que el azufre envenena los catalizadores y afecta la calidad de las gasolinas y la de los demás combustibles, sino sobre todo porque estos productos cuando se queman con los combustibles ocasionan problemas ecológicos muy graves.

Uno de los problemas más conocidos y que ha causado grandes discusiones entre Canadá y Estados Unidos es la llamada "lluvia ácida". Este fenómeno es provocado por el azufre contenido en los combustibles, que al ser quemado se transforma en bióxido de azufre que en presencia del ozono, los rayos ultravioleta y la humedad de la atmósfera, se convierte en ácido sulfúrico que se precipita con las lluvias.

El agua de estas lluvias es muy ácida, lo que provoca la destrucción de árboles y otras especies vegetales. También daña las especies animales, sobre todo las acuáticas, al aumentar la acidez de las aguas en los lagos. Además causa la corrosión de los monumentos históricos y edificios en las grandes ciudades como París, Roma, Londres, México, Atenas, Nueva York, Tokio, etc.

Sin embargo, la destrucción provocada por la lluvia ácida no sólo llega a afectar la flora, la fauna y los edificios, sino que también alcanza a los seres humanos al contaminar el agua "potable" que beben.

Pero, ¿cómo es esto posible?

La explicación más sencilla es la siguiente: el agua ácida se filtra a través de la tierra y forma sales de metales tóxicos como el arsénico, cobre, mercurio, etc., que son solubles en agua. Estas sales acaban en los ríos subterráneos y lagos que proveen el agua que consumimos, y provocan una contaminación que no es fácil de eliminar con los procesos usuales de potabilización.

Después de hacer una revisión rápida de la forma en que se obtienen las materias primas petroquímicas a partir de los hidrocarburos vírgenes contenidos en el petróleo crudo, nos gustaría describir brevemente la relación que existe entre el consumo de gasolina de alto octano y de gas LP, y los precios de los petroquímicos mencionados en este capítulo.

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Obtención de azufre

Importancia de la petroquímica

La vida sin el petróleo no podría ser como la conocemos. Del crudo obtenemos gasolina y diesel para nuestros autos y autobuses, combustible para barcos y aviones. Lo usamos para generar electricidad, obtener energía calorífica para fábricas, hospitales y oficinas y diversos lubricantes para maquinaria y vehículos.

La industria petroquímica usa productos derivados de él para hacer plásticos, fibras sintéticas, detergentes, medicinas, conservadores de alimentos, hules y agroquímicos.

El petróleo ha transformado la vida de las personas y la economía de las naciones. Su descubrimiento creó riqueza, modernidad, pueblos industriales prósperos y nuevos empleos, motivando el crecimiento de las industrias mencionadas

 

 

Autor:

Oscar Alberto

 


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