La petroquimica venezolana

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.

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.

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).

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.

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