Industria Petroquímica.

1. Materias Primas.

La industria petroquímica es una rama industrial encargada de obtener derivados químicos de las materias primas, que son de dos tipos:

- Gas natural.- Petróleo.

La industria petroquímica utiliza el gas natural o el petróleo como materias primas para la obtención de sus productos, sin embargo, esta también puede usar derivados directos de uno de estos dos tipos de materias primas para la realización de sus procesos.

Petróleo.

El petróleo es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos.El petróleo se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos que quedaron depositados hace millones de años.El petróleo puede estar en estado liquido o gaseoso, el primer caso es un liquido aceitoso, el segundo es conocido como gas natural.En la industria petrolera/petroquímica, el petróleo recibe el nombre de “crudo” que se refiere al petróleo en su forma natural, es decir, sin tratamiento previo.La proporción de los hidrocarburos que integran el petróleo crudo, varía dependiendo de cada yacimiento, pues en cada uno se dan condiciones de formación diferentes.La industria petroquímica trabaja también con los derivados del petróleo, ya sea como su producto final o un intermediario para un nuevo producto.

Derivados del petróleo.

Líquidos GaseososAcido Nafténico Propano

Kerosene BencenoCocinol Butano

Bencina industrial Gas NaturalAsfaltos -

Aceites lubricantes -

Todos estos derivados son producidos en la industria petroquímica, los cuales pueden ser el producto final o un subproducto para la obtención de una nueva materia.

Gas Natural.

Es un energético natural de origen fósil, que se encuentra normalmente en el subsuelo continental o marino.El gas natural se puede encontrar en forma "asociado", cuando en el yacimiento aparece acompañado de petróleo, o gas natural "no asociado" cuando está acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otros hidrocarburos o gases, es por esto que suele considerarse en ocasiones un derivado del petróleo crudo.El gas natural sirve como combustible en usos domésticos e industriales, para la generación de energía termoeléctrica, entre otros.En el área industrial, es la materia prima para la petroquímica.A partir del gas natural, se obtiene por ejemplo, el polietileno, que es la materia prima de los plásticos.Del gas natural también se puede sacar gas propano. Esto es posible cuando el gas natural es rico en componentes como propano, butano, otros hidrocarburos, y otras corrientes liquidas que se pueden separar de este.La composición del gas natural incluye diversos hidrocarburos gaseosos, con predominio del metano, por sobre el 90%, y en proporciones menores etano, propano, butano, pentano y pequeñas proporciones de gases inertes como dióxido de carbono y nitrógeno. 

Composición típica del gas natural.

Hidrocarburo Composición Química Rango en %Metano CH4 91-95Etano C2H6 2-6

Dióxido de carbono Co2 0-2Propano C3H8 0-2

Nitrógeno. N 0-1

2. Líneas de Procesos.

Casi Todos los productos de la industria química orgánica y algunos inorgánicos, provienen de los productos obtenidos desde la industria petroquímica. Como ya especificamos, la petroquímica emplea como materia prima, gas natural y petróleo, es decir, toda clase de hidrocarburos. Los productos a obtener requieren una gran cantidad de exigencia en la pureza de estos.

Los productos petroquímicos y los hidrocarburos fundamentales que se derivan son:

- A partir del gas natural se produce el gas de síntesis que permite la producción a gran escala de hidrógeno, haciendo posible la producción posterior de amoniaco por su reacción con nitrógeno, y de metanol, materia prima en la producción de metil-terbutil-éter, entre otros compuestos.

- Del etileno se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases de polietileno, cloruro de vinilo, compuestos clorados, oxidos de etileno, monómeros de estireno, entre otros, que tienen aplicación en plásticos, recubrimientos, moldes, etc.

- Del propileno se producen compuestos como alcohol isopropílico, polipropileno y acrilonitrilo, que tienen gran aplicación en la  industria de solventes, pinturas y fibras sintéticas.

- Por des hidrogenación de butenos, o como subproducto del proceso de fabricación de etileno se obtiene el 1.3-butadieno que es una materia prima fundamental en la industria de los elastómeros, para la fabricación de llantas, sellos, etc.

3. Producto Final:

Los

productos finales: Se obtienen del procesamiento de los productos básicos o intermedios y son insumos de uso difundido para la industria manufacturera.

Definición Cómo se produce Uso y aplicaciones

Amoniaco

Es un gas incoloro, tiene olor intenso y sumamente irritante, es muy soluble en agua, alcohol y éter, licua fácilmente por presión, es combustible.

Proceso Haber-Bosch, a partir de gas natural.

Fertilizantes solo o en forma de compuestos como sulfato de amonio, nitrato de amonio y urea, y para otros compuestos orgánicos nitrogenados que sirven como intermediarios en la industria farmacéutica.

Metanol

Líquido incoloro, altamente polar, miscible con agua, alcohol y éter, inflamable, tóxico por ingestión causa ceguera.

Se sintetiza a partir de gas natural. PPQ tiene el proceso Lurgi.

Manufactura de formaldehído y Tereftalato de dimetilo; síntesis químicas, combustible de aviación; anticongelantes automotrices, solvente para nitrocelulosa, etilcelulosa, butiralpolivinilo.

Etileno

Gas incoloro con aroma y sabor dulce. Gas asfixiante. Altamente flamable y explosivo.. Su fórmula química es: CH2 = CH2 ó C2H4.

Pirólisis de etano. Se opera el proceso Lummus.

Acetato de vinilo, cloruro de etilo, dicloroetano, estireno, oxido de etileno, polietilenos.

Cloruro de Vinilo

Es un gas incoloro, licua fácilmente, olor etéreo. Usualmente se maneja como líquido y se le adiciona inhibidor, es inflamable y estable.

A partir de etileno y cloro, a través del proceso de oxicloración de BF Goodrich.

Cloruro de Polivinilo y copolímeros, Cloruro de polivinilideno (SARAN), síntesis orgánicas, adhesivos para plásticos.

Polietileno de Baja Densidad

Homopolímero recomendado por su alta fluidez para moldeo por

Por la polimerización de

bolsas (para empaque de productos de todo tipo), para elaborar rollos para envolver carne,

inyección en moldes con cavidades complicadas.

etileno. Proceso ICI de alta presión. fármacos.

Polietileno de Baja Densidad Lineal

Copolímero con buteno que ofrece excelente procesabilidad, alta resistencia mecánica.

En planta Swing, tecnología Univation bolsas, película tubular, sacos

Polietileno de Alta Densidad

Copolímero grado soplado. Ofrece excelente rigidez, procesabilidad, y resistencia al impacto; así como buena resistencia al agrietamiento por esfuerzo ambiental

Elaborado en la Planta Mitsui

infinidad de artículos plásticos para uso doméstico, automotriz, juguetes, etc.

Propileno G.P.

Gas incoloro; soluble en alcohol y éter; ligeramente soluble en agua; baja toxicidad; altamente inflamable; límite de explosividad en el aire de 2 a 11%. Pirólisis de propano.

Accesorios para baño, adhesivos para aglomerados de madera y triplay, agitadores de lavadoras, asientos y volantes automotrices, cascos de lanchas, colchones y asientos, componentes eléctricos, oxido de propileno.

Propileno Grado Técnico

Gas incoloro, se maneja como líquido a presión, Soluble en alcohol y éter, muy poco soluble en agua; altamente inflamable, olor olefínico, puede formar mezclas explosivas Pirólisis de propano.

Polipropileno, Acrilonitrilo, Cumeno, Alcohol Isopropílico, Oxido de Propileno, Ácido Acrílico, Gasolina Polimerizada.

Benceno

Líquido incoloro, no polar, de olor característico agradable, sus vapores se queman con alta emisión de humo, forma mezclas explosivas con el aire, es tóxico por ingestión, inhalación y absorción por la piel.

Se obtiene del reformado de naftas.

Etilbenceno, fenol, ciclohexano (para nylon), dodecilbenceno, anhídrido maléico, dicloro difenil tricloroetano (DDT), nitrobenceno, cumeno, hexaclorobenceno, solvente, resinas, ciclohexanol, bisfenol A, alquilfenoles, desinfectantes, removedores de pintura.

Tolueno

Líquido incoloro, olor aromático agradable. Soluble en alcohol, benceno y éter, insoluble en agua, inflamable, tóxico por ingestión, inhalación y absorción por la piel.

Se obtiene del reformado de naftas.

Gasolina de aviación y para mezclas de alto octano; Benceno, fenol y caprolactama; solvente de pinturas y recubrimientos, gomas, resinas, la mayoría de aceites, hule, vinil organosoles; diluente y tiner en lacas de nitrocelulosa; explosivos (TNT); toluensulfonato (detergentes).

Xileno

Líquido incoloro, formado por la mezcla de los isómeros, orto, meta y paraxileno, inflamable; de olor aromático, insoluble en agua, soluble en alcohol y éter.

Se obtiene del reformado de naftas.

Elaboración de cosméticos y secantes, esmaltes, lacas, síntesis de químicos orgánicos, solvente de resinas alquidálicas, solventes.

OrtoxilenoIncoloro, no corrosivo, insoluble en agua, aroma dulce.

Se obtiene del reformado de naftas.

PVC flexible (tuberías, revestimientos, cables, aplicaciones de uso médico).

ParaxilenoLíquido incoloro, inflamable, olor aromático, insoluble en agua.

Se obtiene de la isomerización y cristalización de xilenos.

Poliéster botellas PET, fibras para ropa y tapizado, rayos X, material deportivo, películas de video y de cassets de audio.

Estireno Líquido incoloro, transparente, olor dulce y apariencia aceitosa, insoluble en agua; soluble en alcohol y éter. Fácilmente polimeriza cuando es expuesto al calor, luz o a catalizadores de peróxido. Es

A partir de etileno y benceno, mediante el proceso catalítico Monsanto-Lummus.

Copolímero de estireno ABS SAN, fibras, láminas de fibra de vidrio, poliestireno cristal, expansible e impacto, resinas, resinas poliéster, sistemas de aislamiento, tabletas electrónicas.

inflamable e inestable.

4. Reacciones químicas:

PROCESO DE REFINO Procesos de refino, en un sentido muy general, son aquellos que permiten transformar el petróleo crudo, o sus fracciones, en una serie de productos acabados que deben satisfacer en calidad y cantidad la demanda del mercado.

A. - Procesos de Separación Los principales procesos de separación son:

Destilación. Absorción. Extracción. Cristalización. Adsorción.

El procedimiento de separación por excelencia es la destilación del crudo, y en segundo lugar, si se considera una conversión más profunda, la extracción por disolventes (desasfaltado).

B. Procesos de Transformación Son los procesos más importantes del refino y de la petroquímica. Entre ellos se encuentran:

Proceso de Mejora de características: reformado catalítico, isomerización, alquilación, síntesis de éteres, oligomerización.

Procesos de Conversión: viscoreducción, coquización, craqueo catalítico, reformado con vapor, hidroconversión, etc…

C. Procesos de Mejora de Características. Reformado Catalítico: Proceso clave en el esquema de fabricación de gasolinas, el reformado catalítico tiene como objeto aumentar el número de octano de las fracciones ligeras del crudo con un gran contenido en parafinas y naftenos transformándolos en aromáticos.

Isomerización: La isomerización es el proceso mediante el cual se modifica la estructura de las moléculas de los hidrocarburos para obtener productos con diferentes características. La función principal de esta Unidad es la transformación de las parafinas lineales de bajo índice de octano en isoparafinas de alto índice de octano. Las reacciones de isomerización únicamente cambian la disposición de los átomos en la molécula, manteniendo, por tanto, su peso molecular.

Alquilación: La alquilación es un proceso que permite producir productos de alto índice de octano a partir de olefinas ligeras por adición del isobutano. La reacción es muy exotérmica y es catalizada por ácidos fuertes: sulfúrico, fluorhídrico. La carga proviene normalmente del craqueo catalítico, a veces del craqueo con vapor.

D. Procesos de Conversión.

Viscoreducción: El proceso de viscoreducción consiste en el craqueo térmico suave del residuo atmosférico o de vacío. Está limitada la conversión por las especificaciones de estabilidad de los fuéles marinos o industriales y por la formación de depósitos de coque en los equipos (horno, intercambiadores).

Coquización: El proceso de coquización tiene por objeto producir un coque de calidad de electrodo a partir de residuos de vacío con bajo contenido en metales y azufre, o coque combustible en el caso de la conversión de crudos pesados o residuos de vacío de alto contenido en impurezas. Los procesos pueden ser de:

Coquización retardada (delayed coking), con el fin de producir coque de calidad de electrodo o coque combustible.

Coquización fluida (fluid coking), que sólo produce coque destinado a la combustión o a la gasificación.

Craqueo Catalítico Fluido (FCC): El craqueo catalítico fluido es un elemento clave del refino junto con el reformado catalítico y la alquilación en líneas de producción de gasolinas. Operando en fase gaseosa y baja presión, se utiliza el catalizador como sólido portador de calor. La temperatura de reacción es de 500-540°C y el tiempo de residencia del orden de segundos. Las reacciones del craqueo son endotérmicas; el balance de calor se obtiene por la combustión en el regenerador del coque producido y depositado sobre el catalizador.

Reformado con vapor: El reformado con vapor es, con el reformado catalítico, el proceso que permite producir el hidrógeno complementario, para los tratamientos de refino y conversión de las fracciones pesadas del crudo. Las reacciones tienen lugar a alta temperatura en presencia de catalizador y de vapor de agua.

Hidroconversiones: Los que transforman parcial o totalmente los destilados de vacío en productos más ligeros: Hidrocraqueo total o parcial e Hidrorrefino.

Como se ha indicado, el petróleo está formado principalmente por hidrocarburos. Los compuestos del carbono pueden ser de dos tipos: hidrocarburos saturados e hidrocarburos insaturados.

Hidrocarburos saturados: También denominados alcanos, son aquellos cuyos enlaces están completamente ocupados por átomos de hidrógeno. Los alcanos son poco reactivos debido a su escasa polaridad y a la estabilidad de sus moléculas, pero presentan una reacción característica:

Los alcanos presentan reacciones de combustión, en las que se combinan con oxígeno para dar lugar a dióxido de carbono y agua:

alcano + O2 → CO2 + H2O _ La característica fundamental de las reacciones de combustión es que liberan gran cantidad de energía en forma de calor, esto es, son altamente exotérmicas, por lo que históricamente han sido utilizados como combustible. Ejemplos de ello son el metano, el propano o el butano.

Hidrocarburos insaturados: Son aquellos que presentan dobles (alquenos u olefinas) o triples enlaces (alquinos). Son mucho más reactivos que los alcanos ya

que las insaturaciones (enlaces múltiples) provocan que la cadena sea más inestable. Presentan reacciones de combustión al igual que los alcanos, pero reaccionan fácilmente con el hidrógeno o con los halógenos, en reacciones de adición:

Los alquenos y alquinos reaccionan fácilmente y, además de combustión, experimentan reacciones de adición al doble o triple enlace. En estas reacciones el hidrógeno (H2), un halógeno (X2) o un hidrácido (HX) se unen al hidrocarburo insaturado en el enlace múltiple, formando un único producto con dos nuevos enlaces.

 Los alquinos normalmente reaccionan en dos etapas, la primera para dar lugar a un alqueno y la segunda al producirse otra adición en este para dar lugar a un alcano.

5. Factores de control.

En la industria petroquímica, se consideran los siguientes factores para el control del proceso, debido al impacto ambiente que este proceso genera.

a. Manejo de los materiales peligrosos

En algunos casos los desechos pueden representar un riesgo biológico o de radiación. Cuando se trate de la eliminación de tipo de desechos sólidos, hay que implementar las siguientes prácticas:

Deben haber las instalaciones adecuadas para el tratamiento, almacenamiento y eliminación de los materiales peligrosos o radioactivos;

El país que planea la instalación de una nueva industria debe haber diseñado (o adoptado de los proveedores extranjeros más avanzados) e implementado, los reglamentos y normas que controlan la operación de estas plantas, y debe poder monitorear el cumplimiento de dichos reglamentos;

Deben haber laboratorios y otras instalaciones de soporte necesarios, para realizar la recolección y análisis adecuado de las muestras ambientales.

La producción de materiales explosivos o químicos muy reactivos, crea problemas especiales. En este caso el diseño deberá tomar en cuenta, factores como: discos reventados, explosión, y paredes contra incendios, a fin de reducir al mínimo los riesgos que ocasiona al ambiente y a la salud, dentro y fuera del lugar de trabajo.

b. Disminución de las aguas servidas

Hay dos tipos de medidas que se pueden ser tomadas en las plantas para reducir considerablemente, el volumen del efluente.

El primero contempla la reutilización del agua de un proceso en otro; por ejemplo, utilizar la purgación de las calderas de alta presión como alimento para las calderas de baja presión, o emplear el efluente tratado como agua de complemento, donde sea posible.

El segundo enfoque es el de diseñar los sistemas que reciclan el agua, repetidamente, para el mismo propósito. En entre los ejemplos tenemos: el uso de torres de enfriamiento o la utilización de condensación de vapor como alimento para las calderas.

c. Ruido

Las plantas fabricantes de químicos y petroquímicos pueden causar importantes niveles de ruido, y las fuentes son las siguientes: compresores centrífugas de alta velocidad, compresores de tornillo giratorio, válvulas de control, sistemas de tubería, turbinas a gas, bombas, hornos, mecheros, intercambiadores de calor con enfriamiento por aire, torres de enfriamiento y desfogues. Los niveles típicos de ruido varían entre 70 y 100 dB, a metro de la fuente. Si bien el aislamiento acústico es, a menudo, la solución más práctica, los fabricantes de los equipos, a veces, tienen líneas de aparatos de bajo ruido.

d. Monitoreo .

Debido a la gran variedad de materiales y procesos que se utilizan, es imposible dar una lista de todos los químicos que requieren monitoreo. Se debe mantener un registro permanente del monitoreo ambiental, realizar revisiones periódicas, y tomar acción correctiva. Monitoreo permanente de los gases de combustión de las calderas y hornos, para detectar la presencia de monóxido de carbono, el exceso de aire y la opacidad. A continuación se describe los monitoreo más importantes:

Monitoreo periódico, de las emisiones gaseosas y de partículas para controlar la existencia de los químicos utilizados o generados en el proceso; (En el caso de las plantas petroquímicas, se trata, principalmente, de los hidrocarburos, cloro [o los compuestos que lo contienen], hidrógeno, compuestos orgánicos oxigenados, o los que contienen nitrógeno o azufre);

Monitoreo periódico, de todas las corrientes de aguas servidas, incluyendo el agua de enfriamiento gastado, para detectar la presencia de los compuestos mencionados en la sección anterior;

Medición de los parámetros seleccionados del proceso para monitorear la operación adecuada de los equipos de control de la contaminación

Monitoreo de la calidad de aire del área de trabajo, a fin de controlar la existencia de todos los compuestos utilizadas en el proceso.

Monitoreo de la calidad del aire ambiental alrededor de las plantas para detectar la presencia de contaminantes, especialmente los químicos tóxicos o peligrosos, mediante el uso de detectores y alarmas remotos;

Medición de las corrientes de agua lluvia que salen de las plantas o de las áreas de almacenamiento, para controlar la existencia de los contaminantes, el pH y sólidos totales suspendidos;

Monitoreo de la calidad del agua de recepción, aguas abajo, a fin de verificar su contenido de oxígeno disuelto y los contaminantes correspondientes;

Monitoreo periódico de la calidad del agua freática, para detectar la contaminación proveniente del proceso o el área de almacenamiento.

Monitoreo de los efectos de las prácticas de manejo de los desechos sólidos en los recursos hídricos superficiales y freáticos;

Análisis de las aguas de recepción a fin de controlar el pH, sólidos totales suspendidos, y el contenido de partículas del aire ambiental.

6. Factores de reacción.

En la industria petroquímica, los procesos son realizados bajo el concepto de refinación de la materia prima, es decir, mediante diversos procesos, obtienen productos derivados de su materia prima.

Como ya hemos explicado, la industria petroquímica es la que obtiene productos químicos a partir del petróleo o el gas natural.

Los procesos más comunes para la obtención de estos derivados son:

Descomposición Re arreglo molecular Construcción Molecular

Desintegración térmica Preformación AlquilacionReducción de viscosidad Isomerización Eterificación

Gasificación Hidro-Desulfuracion. PolimerizaciónCoquización Saturación de

aromáticos.Dimerización

FCC Hidrogenación de olefinas

Hidrogenación.

Hidro-desintegración. Otros. Otros.

Los factores de las reacciones son los necesarios para tener un control apto de los procesos, principalmente en los del tipo descomposición, en cual, se separan los derivados de la materia prima, los más importantes y estrictos en los procesos petroquímicos son:

- Temperatura. -PH -Presión- Viscosidad. -Masa- Volumen. -Partículas por millón

7. Equipamiento y distribución energética:

Se describe todo el equipamiento utilizado en el proceso.

Bibliografía:

http://www.energia.gov.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=757

http://es.wikibooks.org/wiki/Impactos_ambientales/Quimica_y_Petroquimica

http://www.ecured.cu/index.php/Petroquimica

http://materias.fi.uba.ar/7106/Resumen0501/Petroquimica.pdf

http://alumnat.upv.es.

http://elpetroleo.aop.es/indexelpetroleo.asp.