PETROQUMICA Y SOCIEDADAutora: SUSANA CHOW PANGTAY

COMIT DE SELECCINEDICIONESAGRADECIMIENTOSPENSAMIENTOSPRESENTACINPRLOGOINTRODUCCINI. HISTORIA DEL PETRLEOII. EL ORIGEN Y COMPOSICIN DEL PETRLEOIII. SEPARACIN DEL PETRLEO EN SUS FRACCIONESIV. MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA Y OCTANAJES

....DE GASOLINAV. FABRICACIN DE LA GASOLINA COMERCIALVI. LOS PETROQUMICOS Y SUS MATERIAS PRIMASVII. PRODUCCIN DE HIDROCARBUROS BSICOSVIII. RELACIN ENTRE EL PRECIO DE LO PETROQUMICOS

....BSICOS Y EL CONSUMO DE LOS COMBUSTIBLES.IX. PRODUCTOS INTERMEDIOS DE LA PETROQUMICAX.POLMEROS DERIVADOS DEL PETRLEOXI. CAUCHO SINTTICOXII. LOS PETROQUMICOS Y LAS NECESIDADES PRIMARIAS DEL HOMBREXIII. CONCLUSIONESAPNDICEGLOSARIOBIBLIOGRAFACONTRAPORTADA

EDICIONES

Primera edicin, 1987

Quinta reimpresin, 1996

Segunda impresin, 1997

Primera reimpresin, 1998

La Ciencia desde Mxico es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Econmica, alque pertenecen tambin sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretarade Educacin Superior e Investigacin Cientfica de la SEP y del Consejo Nacional deCiencia y Tecnologa.

D.R. 1987, FONDO DE CULTURA ECONMICA, S. A. DE C. V.

D.R. 1998, FONDO DE CULTURA ECONMICA

Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 Mxico, D.F.

ISBN 968-16-5430-7 (segunda edicin)

ISBN 968-16-2669-9 (primera edicin)

Impreso en Mxico

PRESENTACIN

En muy pocos aos la industria petroqumica ha llegado a ser una de las actividadesindustriales ms importantes para nuestro pas. Su importancia deriva no slo de suparticipacin relativa en el producto interno bruto, que supera el 2%, de su elevada tasade crecimiento anual, que se encuentra entre los ms altos de la industria, o de su altogrado de integracin nacional, difcil de superar por otros sectores industriales, sino dela influencia directa que esta industria tiene, a travs de sus diversas cadenasproductivas, sobre cualquier actividad de la vida moderna.

Para convencerse de ello invitamos al lector a realizar el sencillo experimento dedesprenderse de cualquier artculo o prenda de vestir fabricado en una alta proporcincon materiales sintticos derivados de la petroqumica. Le recomendamos esperar paraello a estar en la privacidad de su hogar, ya que, en el mejor de los casos, se quedaraslo con la ropa interior puesta, si es que sta es de algodn, y esto slo -si reaccionacon suficiente rapidez, ya que perdera hasta el elstico, por ser ste de materialsinttico. Desaparecer casi toda la decoracin de la casa, ya que hoy en da losacabados son en su mayora de materiales sintticos (alfombras, cortinas, tapices,pintura), as como la mayora de los enseres domsticos, que son fabricados total oparcialmente de plstico.

Su coche se quedar sin neumticos y seguramente perder las suelas de sus zapatos, sino es que los zapatos tambin, ya que cada vez se fabrican en mayor proporcional conelastmeros sintticos, al igual que la tapicera del automvil, las maletas o las bolsas demano.

Ms grave an, su despensa se reducira de manera alarmante, al venirse abajo laproduccin de alimentos, ya que nos quedaramos sin fertilizantes y plaguicidas,esenciales para la agricultura moderna, y su botiqun se vera limitado a un pequeonmero de medicamentos derivados de productos naturales, ya que la mayora de losmedicamentos que hoy en da utilizamos desaparecan de la farmacopea por serderivados de una u otra manera de productos de origen petroqumico.

El libro de la doctora Susana Chow, Petroqumica y sociedad, analiza estos y otrosaspectos, que permitirn al lector profundizar en el conocimiento de esta importanterama industrial. La doctora Chow conduce al lector de la mano, de manera amena yconvincente, a travs de un amplio recorrido que abarca desde el petrleo y sus orgeneshasta los principales productos de la petroqumica, pasando por los diversos procesos demanufactura, y analiza la trascendencia que ha tenido la petroqumica en la satisfaccinde las necesidades primarias del hombre moderno.

Estamos seguros que, una vez que haya concluido la lectura de este libro, el lectorquedar convencido que es necesario realizar un esfuerzo cada vez mayor paratransformar los hidrocarburos en productos tiles para el hombre en lugar de quemarlosde manera ineficiente para generar energa, como lo estamos haciendo hoy da.

PRLOGO

Para nadie es desconocido, en algn sentido u otro, el significado de la palabra petrleo.Sobre todo en un pas como el nuestro, en el cual, en una buena medida, suproblemtica actual est ntimamente ligada a este recurso natural. Pero olvide el lectorla asociacin que pueda hacer entre petrleo y atributos tales como poder, deudaexterna, cacicazgo, corrupcin, ineficiencia, etc., y concntrese en lo que realmente es:un recurso natural no renovable del cual el hombre, sobre todo en este siglo, ha obtenidoun enorme provecho. Este lquido espeso de color parduzco que brota de la tierra y quese lleg a calificar como oro negro es en efecto un tesoro de valor incalculable. Unabuena parte de la energa motriz disponible en este planeta proviene del petrleo y susderivados. Tan slo en Mxico, pas al que la naturaleza dot de una enorme riquezapetrolfera, el 95% de la energa que consumimos diariamente proviene o estrelacionada con el uso del petrleo. Sin embargo, la tragedia ms grande que le puedeocurrir a un pas productor de petrleo es pensar que ste debe destinarse esencialmentea satisfacer sus demandas energticas. En efecto, de los productos derivados delpetrleo se obtienen un sinnmero de materias primas y substancias diversas que son deusos muy variados en nuestra vida cotidiana. Todas ellas se extraen de los productos dela destilacin del petrleo crudo por medio de procesos qumicos muy elaborados. Entrminos muy generales a estos procesos se les agrupa bajo una sola denominacin:qumica del petrleo o petroqumica. De hecho, una de las grandes disyuntivas que se lepresentan a la humanidad es decidir si seguir quemando el petrleo como combustible outilizarlo para la fabricacin de materias petroqumicas, que, insistimos, tienen unautilidad prctica enorme.

En este libro, Susana Chow nos presenta de una manera lcida y entretenida losdiversos aspectos de la petroqumica moderna. Comienza por decirnos cmo se creeactualmente que se form el petrleo y cmo est distribuido en el planeta. Su usodirecto, despus de ser extrado, es muy restringido, as que debe ser sometido a ciertosprocesos para optimizar su utilizacin. Estos procesos se describen en el texto con sumocuidado, siempre de una manera accesible para un lector no especializado en estostemas. En particular, la autora hace hincapi en el enorme problema que se ha derivadodel binomio formado por el motor de combustin interna y el uso de las gasolinas,productos naturales de la destilacin del petrleo, como combustibles. Esto la lleva adiscutir el problema de la contaminacin causada por los vehculos que inevitablementeestn restringidos a la existencia de dicho binomio.

Sin embargo, la parte central de la obra se enfoca al uso extenso y variado que tienen losproductos petroqumicos en nuestra vida diaria. Para los que se hayan familiarizado conel comercial de nuestra televisin, Pemex en tu casa, en tu oficina, etc., este libro lesproporcionar una forma amena y simple un desglose de su significado.Simultneamente, tambin explica el grado de complejidad que inevitablementeacompaa a cada uno de los procesos utilizados en la industria petroqumica. Y de aquse desprende, como juiciosamente lo hace ver la autora, la importancia que tiene elconocimiento amplio y slido de la ciencia en el desarrollo de tecnologas, en particularpetroqumicas. Al trmino de la exposicin el lector seguramente tendr una idea muchoms clara de lo que significa para un pas poseer petrleo y saber aprovecharloeficientemente. Y tambin se dar cuenta por qu los pases avanzados, que a pesar de

carecer de tan valiosa materia prima s cuentan con la infraestructura cientfica ytecnolgica adecuada, pueden explotar a los que slo poseen la materia prima, pero nocuentan con la tecnologa para desarrollarla. Por eso se nos llama subdesarrollados.

Es muy posible que un lector acucioso se haga la pregunta de cul es la situacin denuestro pas en materia petroqumica. Siempre fue la idea de los que hemos llevadoadelante la coleccin La Ciencia para Todos ofrecer al lector en cada libro, cuando eltema as lo amerite y el autor est dispuesto a realizarlo, un panorama general de cmose ha desarrollado la disciplina subyacente a dicho tema en nuestro pas. Por razonespersonales, en este caso me tomo la libertad de decir algo al respecto. La petroqumica,como la mayora de las ramas de la qumica moderna, es prcticamente inexistente enMxico. Esto quiere decir que, empezando por los programas de estudio de la granmayora de las escuelas de qumica del pas, ni siquiera se contempla como un temaprioritario, adems de no ofrecerse como un tema de especializacin en el posgrado.Consecuentemente podemos afirmar que la infraestructura cientfico tecnolgica en estaimportantsima rea de la qumica, est totalmente descuidada en nuestro medio.

En el pasado existi un grupo de investigacin slido y promisorio en petroqumica enel Instituto Mexicano del Petrleo. La autora de este libro fue pionera de dicho grupo, yen la actualidad es de las pocas personas con las que contamos que pueden llamarseexpertas en dicha materia. No es ste el sitio para analizar las razones por las cualeshace ya varios aos se permiti negligentemente la desintegracin de dicho grupo ni lasconsecuencias que eso ha tenido para el pas. Baste decir que es un verdadero privilegiopoder introducir al lector a la lectura de tan fascinante e importante tema, en una obraque ha sido escrita por una persona que s sabe de petroqumica

INTRODUCCIN

Qu pensaran si se les propusiera talar todos los bosque del mundo, para transformarslo el 7% de la madera en muebles y papel, y el resto convertirlo en lea y carbn?

Pues eso es exactamente lo que se est haciendo actualmente con el petrleo y el gasnatural!

El 93% de estas materias primas se usa como combustible para producir la energa querequieren los coches, trailers, camiones, aviones, barcos, trenes, calderas, estufas,termoelctricas, etc., y slo el 7% se emplea para obtener productos petroqumicos.

Cmo se ha llegado a tal extremo? Esa es la pregunta que trataremos de resolver eneste libro para dar a conocer el grado en que nuestra sociedad depende del petrleo.Pero sobre todo deseamos que el lector descubra la importancia de hacer un uso msracional de estos energticos a fin de continuar disfrutando, en el futuro, de losbeneficios obtenidos de la petroqumica.

En las prximas pginas describiremos brevemente los usos del petrleo en laantigedad. Con la aparicin del automvil a fines del siglo pasado, se inici latransformacin no slo de los medios de transporte sino tambin del uso del petrleocrudo, y se hizo necesario crear las tecnologas para obtener ms y mejores gasolinas,as como otros combustibles.

Sin embargo, para poder comprender cmo se relaciona la produccin de materiasprimas petroqumicas con los combustibles, se explicar cmo funciona un motor decombustin interna (motor de automvil), en qu consiste el octanaje de las gasolinas,por qu y cmo el combustible consumido por nuestros automviles debe obtenerse atravs de una serie de procesos que requieren de una compleja tecnologa, y enconsecuencia, de altos costos.

Tambin daremos a conocer las razones principales por las cuales el alto consumo degas licuado y de gasolina afecta el precio y la disponibilidad de las materias primaspetroqumicas.

Indudablemente que el objetivo principal del libro ser el de explicar cmo y de dndese obtienen los materiales bsicos, cmo se transforman en productos intermediarios y,finalmente, cules son algunos de los miles de productos que se obtienen de ellos.

Veremos cmo la petroqumica interviene en todas las necesidades fundamentales delhombre, como son el vestido, la salud, la alimentacin, la vivienda y las diversiones.

Explicaremos de qu materias primas petroqumicas se hace el nylon, el polister, eldacrn, la lycra, el acriln, etc. Tambin diremos de qu se hacen los fertilizantes,insecticidas y herbicidas, y qu aditivos se usan en las gelatinas, jamones, harinas,pudines, refrescos embotellados, alimentos enlatados, vinos de mesa, etc., queprovienen del petrleo.

En cuanto a la salud, describiremos cmo la petroqumica interviene en la fabricacinde medicinas, de rganos artificiales tales como corazones, venas, huesos y otros,incluyendo prtesis dentales.

Al analizar los plsticos, resinas y cauchos sintticos derivados del petrleo veremos suaplicacin en industrias como la automovilstica, la de la construccin, la de lafabricacin de muebles y artculos de decoracin, adems de la de la produccin de todaclase de equipo domstico, de oficina, deportivo, etc.

Esperamos que con este pequeo libro todos tengamos mayor conciencia de laimportancia del petrleo y sus derivados, a fin de tratar de salvaguardar esta riquezanatural para que las generaciones futuras tambin la disfruten.

I. HISTORIA DEL PETRLEO

EL PETRLEO se conoce desde la prehistoria. La Biblia lo menciona como betn, ocomo asfalto. Por ejemplo vemos que en el Gnesis, captulo 11 versculo 3, se dice queel asfalto se us para pegar los ladrillos de la torre de Babel; asimismo el Gnesis,captulo 4 versculo 10, nos describe cmo los reyes de Sodoma y Gomorra fueronderrotados al caer en pozos de asfalto en el valle de Siddim.

Tambin los indgenas de la poca precolombiana en Amrica conocan y usaban elpetrleo, que les serva de impermeabilizante para embarcaciones.

Durante varios siglos los chinos utilizaron el gas del petrleo para la coccin dealimentos.

Sin embargo, antes de la segunda mitad del siglo XVIII las aplicaciones que se le dabanal petrleo eran muy pocas.

Fue el coronel Edwin L. Drake quien perfor el primer pozo petrolero del mundo en1859, en Estados Unidos, logrando extraer petrleo de una profundidad de 21 metros.

Tambin fue Drake quien ayud a crear un mercado para el petrleo al lograr separar lakerosina del mismo. Este producto sustituy al aceite de ballena empleado en aquellapoca como combustible en las lmparas, cuyo consumo estaba provocando ladesaparicin de estos animales.

Pero no fue sino hasta 1895, con la aparicin de los primeros automviles, que senecesit la gasolina, ese nuevo combustible que en los aos posteriores se consumiraen grandes cantidades. En vsperas de la primera Guerra Mundial, antes de 1914, yaexistan en el mundo ms de un milln de vehculos que usaban gasolina.

En efecto, la verdadera proliferacin de automviles se inici cuando Henry Ford lanzen 1922 su famoso modelo "T". Ese ao haba 18 millones de automviles; para 1938 elnmero subi a 40 millones, en 1956 a 100 millones, y a ms de 170 millones para1964. Actualmente es muy difcil estimar con exactitud cuntos cientos de millones devehculos de gasolina existen en el mundo.

Lgicamente el consumo de petrleo crudo para satisfacer la demanda de gasolina hacrecido en la misma proporcin. Se dice que en la dcada de 1957 a 1966 se us casi lamisma cantidad de petrleo que en los 100 aos anteriores. Estas estimaciones tambintoman en cuenta el gasto de los aviones con motores de pistn.

Figura 1. Su majestad: el automvil.

Posteriormente se desarrollaron los motores de turbina (jets) empleados hoy en losaviones comerciales, civiles y militares. Estos motores usan el mismo combustible delas lmparas del siglo pasado, pero con bajo contenido de azufre y baja temperatura decongelacin, que se llama turbosina.

Desde luego, cuando se introdujeron los aviones de turbina, el uso de la kerosina comocombustible de lmparas era casi nulo, debido al descubrimiento de la electricidad, detal manera que en 1964 cerca del 80% del consumo total de sta era para hacerturbosina.

Otra fraccin del petrleo crudo que sirve como energtico es la de los gasleos, queantes de 1910 formaba parte de los aceites pesados que constituan los desperdicios delas refineras. El consumo de los gasleos como combustible se inici en 1910 cuandoel almirante Fisher de la flota britnica orden que se sustituyera el carbn por elgasleo en todos sus barcos. El mejor argumento para tomar tal decisin lo constituy lasuperioridad calorfica de ste con relacin al carbn mineral, ya que el gasleo generaaproximadamente 10 500 caloras/kg., mientras que un buen carbn slo proporciona 7000 caloras/kg.

Ms tarde se extendi el uso de este energtico en la marina mercante, en losgeneradores de vapor, en los hornos industriales y en la calefaccin casera.

El empleo del gasleo se extendi rpidamente a los motores diesel. A pesar de queRudolph Diesel invent el motor que lleva su nombre, poco despus de que sedesarroll el motor de combustin interna, su aplicacin no tuvo gran xito pues estabadiseado originalmente para trabajar con carbn pulverizado.

Figura 2. Tractores agrcolas consumidores de diesel.

Figura 3. Aviones de turbina consumidores de turbosina.

Cuando al fin se logr separar la fraccin ligera de los gasleos, a la que se le llamdiesel, el motor de Rudolph Diesel empez a encontrar un amplio desarrollo.

La principal ventaja de los motores diesel en relacin a los motores de combustininterna estriba en el hecho de que son ms eficientes, ya que producen ms trabajomecnico por cada litro de combustible. Es de todos conocido que nuestros automvilesslo aprovechan del 22 al 24% de la energa consumida, mientras que en los motoresdiesel este aprovechamiento es del 35%.

Por lo tanto, estos motores encontraron rpida aplicacin en los barcos de la marinamilitar y mercante, en las locomotoras de los ferrocarriles, en los camiones pesados, yen los tractores agrcolas.

Despus de este breve anlisis de la historia del desarrollo y uso de los combustiblesprovenientes del petrleo, vemos claramente que el mayor consumidor de estosenergticos es el automvil.

EL cuadro I nos ilustra el consumo de combustible en Mxico durante 1985.

Cuadro 1. Consumo de combustible en Mxico durante 1985.

Esto se debe no slo al hecho de tener en circulacin millones de vehculos con motoresde combustin interna, sino a la muy baja eficiencia de sus motores, ya quedesperdiciarian el 75% ciento de la energa generada, como se mencion anteriormente.

As pues, como el automvil sigue siendo el "rey", la mayor parte de las refineraspetroleras stan diseadas para proveer de gasolina a " Su Majestad".

Despus de la aparicin del automvil, el mundo empez a moverse cada vez msaprisa, requiriendo da a da vehculos de mayor potencia, y por lo tanto mejoresgasolinas.

En qu consisten estas mejores gasolinas? Cmo se logran? Cales son susconsecuencias? Qu productos qumicos usados para subir el octanaje de las gasolinasson base de las fibras sintticas? Cules son los materiales usados para fabricar msgasolina, que a su vez sirven como materia prima para hacer detergentes sintticos,plsticos, solventes, lubricantes, alimentos, etc.?

stas son algunas de las preguntas que trataremos de responder en los captulossiguientes, no sin antes describir los orgenes del petrleo y su composicin.

II. EL ORIGEN Y COMPOSICIN DELPETRLEO

CMO SE FORM EL PETRLEO?

EXISTEN varias teoras sobre la formacin del petrleo. Sin embargo, la ms aceptada esla teora orgnica que supone que se origin por la descomposicin de los restos deanimales y algas microscpicas acumuladas en el fondo de las lagunas y en el cursoinferior de los ros.

Esta materia orgnica se cubri paulatinamente con capas cada vez ms gruesas desedimentos, al abrigo de las cuales, en determinadas condiciones de presin,temperatura y tiempo, se transform lentamente en hidrocarburos (compuestosformados de carbn e hidrgeno), con pequeas cantidades de azufre, oxgeno,nitrgeno, y trazas de metales como fierro, cromo, nquel y vanadio, cuya mezclaconstituye el petrleo crudo.

Estas conclusiones se fundamentan en la localizacin de los mantos petroleros, ya quetodos se encuentran en terrenos sedimentarios. Adems los compuestos que forman loselementos antes mencionados son caractersticos de los organismos vivientes.

Ahora bien, existen personas que no aceptan esta teora. Su principal argumento estribaen el hecho inexplicable de que si es cierto que existen ms de 30 000 campospetroleros en el mundo entero, hasta ahora slo 33 de ellos constituyen grandesyacimientos. De esos grandes yacimientos 25 se encuentran en el Medio Oriente ycontienen ms del 60% de las reservas probadas de nuestro planeta.

Uno se pregunta entonces: Cmo es posible que tantos animales hayan muerto enmenos del 1% de la corteza terrestre, que es el porcentaje que le corresponde al MedioOriente?

Figura 4. El Medio Oriente almacena el 60% de las reservas mundiales de petrleo.

Indudablemente que la respuesta a esta pregunta, si la teora orgnica es vlida, slo sepuede encontrar en la Biblia, donde se describe al Edn como un lugar rodeado porcuatro ros (siendo uno de ellos el ufrates), en cuyo centro se encuentra el "rbol de laVida".

Esta respuesta probablemente no suena muy cientfica, pero acaso no justifica el hechode que el Medio Oriente contenga el cementerio de animales ms grande del mundo,origen de sus reservas petroleras, si la teora orgnica es cierta?

Naturalmente que existen otras teoras que sostienen que el petrleo es de origeninorgnico o mineral. Los cientficos soviticos son los que ms se han preocupado porprobar esta hiptesis. Sin embargo estas proposiciones tampoco se han aceptado en sutotalidad.

Una versin interesante de este tema es la que public Thomas Gold en 1986. Estecientfico europeo dice que el gas natural (el metano) que suele encontrarse en grandescantidades en los yacimientos petroleros, se pudo haber generado a partir de losmeteoritos que cayeron durante la formacin de la Tierra hace millones de aos.

Los argumentos que presenta estn basados en el hecho de que se han encontrado envarios meteoritos ms de 40 productos qumicos semejantes al kergeno, que se suponees el precursor del petrleo.

Y como los ltimos descubrimientos de la NASA han probado que las atmsferas de losotros planetas tienen un alto contenido de metano, no es de extraar que esta teora estganando cada da ms adeptos.

Podemos concluir que a pesar de las innumerables investigaciones que se han realizado,no existe una teora infalible que explique sin lugar a dudas el origen del petrleo puesello implicara poder descubrir los orgenes de la vida misma.

QU ES EL PETRLEO?

Cualquiera que tenga un cierto sentido de observacin puede describir el petrleo comoun lquido viscoso cuyo color vara entre amarillo y pardo oscuro hasta negro, conreflejos verdes. Adems tiene un olor caracterstico y flota en el agua.

Pero si se desea saber todo lo que se puede hacer con el petrleo, esta definicin no essuficiente. Es necesario profundizar el conocimiento para determinar no slo suspropiedades fsicas sino tambin las propiedades qumicas de sus componentes.

Como dijimos anteriormente, el petrleo es una mezcla de hidrocarburos, compuestosque contienen en su estructura molecular carbono e hidrgeno principalmente.

El nmero de tomos de carbono y la forma en que estn colocados dentro de lasmolculas de los diferentes compuestos proporciona al petrleo diferentes propiedadesfsicas y qumicas. As tenemos que los hidrocarburos compuestos por uno a cuatrotomos de carbono son gaseosos, los que contienen de 5 a 20 son lquidos, y los de msde 20 son slidos a la temperatura ambiente.

El petrleo crudo vara mucho en su composicin, lo cual depende del tipo deyacimiento de donde provenga, pero en promedio podemos considerar que contieneentre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13% de hidrgeno.

Mientras mayor sea el contenido de carbn en relacin al del hidrgeno, mayor es lacantidad de productos pesados que tiene el crudo. Esto depende de la antigedad y dealgunas caractersticas de los yacimientos. No obstante, se ha comprobado que entrems viejos son, tienen ms hidrocarburos gaseosos y slidos y menos lquidos entran ensu composicin.

Algunos crudos contienen compuestos hasta de 30 a 40 tomos de carbono.

Figura 5. Extraccin de petrleo en tierra.

Figura 6. Extraccin de petrleo en el mar.

En la composicin del petrleo crudo tambin figuran los derivados de azufre (quehuelen a huevo podrido), adems del carbono e hidrgeno.

Adems, los crudos tienen pequeas cantidades, del orden de partes por milln, decompuestos con tomos de nitrgeno, o de metales como el fierro, nquel, cromo,vanadio, y cobalto.

Por lo general, el petrleo tal y como se extrae de los pozos no sirve como energtico yaque requiere de altas temperaturas para arder, pues el crudo en s est compuesto dehidrocarburos de ms de cinco tomos de carbono, es decir, hidrocarburos lquidos. Porlo tanto, para poder aprovecharlo como energtico es necesario separarlo en diferentesfracciones que constituyen los diferentes combustibles como el gasavin, gasolina,turbosina, diesel, gasleo ligero y gasleo pesado.

Los mtodos para llevar a cabo esta separacin se describirn en el siguiente captulo.

III. SEPARACIN DEL PETRLEO EN SUSFRACCIONES

CMO se puede separar en diferentes fracciones el petrleo? El sentido comn dice quehay que calentarlo. As, a medida que sube la temperatura, los compuestos con menostomos de carbono en sus molculas (y que son gaseosos) se desprenden fcilmente;despus los compuestos lquidos se vaporizan y tambin se separan, y as,sucesivamente, se obtienen las diferentes fracciones.

En las refineras petroleras, estas separaciones se efectan en las torres defraccionamiento o de destilacin primaria.

Para ello, primero se calienta el crudo a 400 C para que entre vaporizado a la torre dedestilacin. Aqu los vapores suben a travs de pisos o compartimentos que impiden elpaso de los lquidos de un nivel a otro. Al ascender por los pisos los vapores se vanenfriando.

Figura 7. Refinera petrolera.

Figura 8. Principales fracciones del crudo

Este enfriamiento da lugar a que en cada uno de los pisos se vayan condensandodistintas fracciones, cada una de las cuales posee una temperatura especfica delicuefaccin.

Los primeros vapores que se licuan son los del gasleo pesado a 300 Caproximadamente, despus el gasleo ligero a 200 C; a continuacin, la kerosina a 175C, la nafta y por ltimo, la gasolina y los gases combustibles que salen de la torre defraccionamiento todava en forma de vapor a 100 C. Esta ltima fraccin se enva aotra torre de destilacin en donde se separan los gases de la gasolina.

Ahora bien, en esta torre de fraccionamiento se destila a la presin atmosfrica, o sea,sin presin. Por lo tanto, slo se pueden separar sin descomponerse los hidrocarburosque contienen de 1 a 20 tomos de carbono.

Para poder recuperar ms combustibles de los residuos de la destilacin primaria esnecesario pasarlos por otra torre de fraccionamiento que trabaje a alto vaco, o sea apresiones inferiores a la atmosfrica para evitar su descomposicin trmica, ya que loshidrocarburos se destilarn a ms baja temperatura.

En la torre de vaco se obtienen slo dos fracciones, una de destilados y otra deresiduos.

De acuerdo al tipo de crudo que se est procesando, la primera fraccin es la quecontiene los hidrocarburos que constituyen los aceites lubricante y las parafinas, y losresiduos son los que tienen los asfaltos y el combustleo pesado.

El cuadro 2 nos describe aproximadamente el nmero de tomos de carbono quecontienen las diferentes fracciones antes mencionadas.

CUADRO 2. Mezcla de hidrocarburos obtenidos de la destilacin fraccionada delpetrleo

En este cuadro incluimos los gases incondensables y el gas licuado (LP) porque stos seencuentran disueltos en el crudo que entra a la destilacin primaria, a pesar de que sesuele eliminarlos al mximo en las torres de despunte que se encuentran antes deprecalentar el crudo de fraccionadores.

De los gases incondensables el metano es el hidrocarburo ms ligero, pues contiene sloun tomo de carbono y cuatro de hidrgeno. El que sigue es el etano, que estcompuesto por dos de carbono y seis de hidrgeno.

El primero es el principal componente del gas natural. Se suele vender comocombustible en las ciudades, en donde se cuenta con una red de tuberas especiales parasu distribucin. Este combustible contiene cantidades significativas de etano.

El gas LP es el combustible que se distribuye en cilindros y tanques estacionarios paracasas y edificios. Este gas est formado por hidrocarburos de tres y cuatro tomos decarbono denominados propano y butano respectivamente.

La siguiente fraccin est constituida por la gasolina virgen, que se compone dehidrocarburos de cuatro a nueve tomos de carbono, la mayora de cuyas molculasestn distribuidas en forma lineal, mientras que otras forman ciclos de cinco y seistomos de carbono. A este tipo de compuestos se les llama parafnicos ycicloparafnicos respectivamente.

Esta gasolina, tal cual, no sirve para ser usada en los automviles; en el siguientecaptulo se explicar por qu.

La fraccin que contiene de 10 a 14 tomos de carbono tiene una temperatura deebullicin de 174 a 288 C, que corresponde a la fraccin denominada kerosina, de lacual se extrae el combustible de los aviones de turbina llamado turbosina.

La ltima fraccin que se destila de la torre primaria es el gasleo, que tiene unintervalo de ebullicin de 250 a 310 C y contiene de 15 a 18 tomos de carbono. Deaqu se obtiene el combustible llamado diesel, que, como ya dijimos, sirve para losvehculos que usan motores diesel como los tractores, locomotoras, camiones, trailers ybarcos.

De los destilados obtenidos al vaco, aquellos que por sus caractersticas no se destinena lubricantes se usarn como materia prima para convertirlos en combustibles ligeroscomo el gas licuado, la gasolina de alto octano, el diesel, la kerosina y el gasleo.

El residuo de vaco contiene la fraccin de los combustleos pesados que se usan en lascalderas de las termoelctricas.

De todo lo que hemos descrito en este captulo, se ve claramente cmo casi el total decada barril de petrleo que se procesa en las refineras se destina a la fabricacin decombustibles. La cantidad de gasolina virgen obtenida depende del tipo de petrleocrudo (pesado o ligero), ya que en cada caso el porcentaje de esta fraccin es variable.

Como dijimos al principio, la gasolina es el combustible que tiene mayor demanda; porlo tanto, la cantidad de gasolina natural que se obtiene de cada barril siempre esinsuficiente, aun cuando se destilen crudos ligeros, que llegan a tener hasta 30% de esteproducto. Adems, las caractersticas de esta gasolina no llenan las especificaciones deoctanaje necesarias para los motores de los automviles.

Para resolver estos problemas los cientficos han desarrollado una serie de procesos paraproducir ms y mejores gasolinas a partir de otras fracciones del petrleo.

Pero para poder comprender lo anterior es necesario describir antes cmo trabaja unmotor de combustin interna y qu significa el ndice de octano de una gasolina, temasde los cuales hablaremos a continuacin.

IV. MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA YOCTANAJES DE GASOLINA

QU son los motores de combustin interna? Son los que usan comnmente losautomviles. Se llaman tambin motores de explosin.

Estos nombres les fueron asignados debido a que el combustible se quema en el interiordel motor y no es un dispositivo externo a l, como en el caso de los motores diesel.

CMO TRABAJAN LOS MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA?

Estos motores trabajan en cuatro tiempos que son la admisin, la compresin, laexplosin y el escape.

La figura 9 ilustra los cuatro tiempos del motor de combustin interna.

En el primer tiempo o admisin, el cigeal arrastra hacia abajo el mbolo, aspirando enel cilindro la mezcla carburante que est formada por gasolina y aire procedente delcarburador.

Figura 9. Los cuatro tiempos del motor de combustin interna.

En el segundo tiempo se efecta la compresin. El cigeal hace subir el mbolo, elcual comprime fuertemente la mezcla carburante en la cmara de combustin.

En el tercer tiempo, se efecta la explosin cuando la chispa que salta entre loselectrodos de la buja inflama la mezcla, producindose una violenta dilatacin de losgases de combustin que se expanden y empujan el mbolo, el cual produce trabajo

mecnico al mover el cigeal, que a su vez mueve las llantas del coche y lo haceavanzar.

Por ltimo, en el cuarto tiempo, los gases de combustin se escapan cuando el mbolovuelve a subir y los expulsa hacia el exterior, saliendo por el escape del automvil.

Naturalmente que la apertura de las vlvulas de admisin y de escape, as como laproduccin de la chispa en la cmara de combustin, se obtienen mediante mecanismossincronizados en el cigeal.

De acuerdo a la descripcin anterior, comprendemos que si la explosin dentro delcilindro no es suave y genera un tirn irregular, la fuerza explosiva golpea al mbolodemasiado rpido, cuando an est bajando en el cilindro.

Este efecto de fuerzas intempestivas sacude fuertemente la mquina y puede llegar adestruirla. Cuando esto sucede se dice que el motor est "detonando" o "cascabeleando",efecto que se hace ms notorio al subir alguna pendiente.

Indudablemente que este fenmeno tambin se observa cuando el automvil est malcarburado, o sea que no tiene bien regulada la cantidad de aire que se mezcla con lagasolina.

Sin embargo, cuando ste no es el caso, el cascabeleo se deber al tipo de gasolina quese est usando, la cual a su vez depende de los compuestos y los aditivos que laconstituyen, o sea de su octanaje.

Figura 10. Cientficos e ingenieros trabajando en el desarrollo de tecnologas.

QU SIGNIFICA EL OCTANAJE EN UNA GASOLINA?

Hace 50 aos se lleg a descubrir que, de todos los compuestos que forman la gasolina,el heptano normal (un hidrocarburo con siete tomos de carbn formando una cadenalineal) es el que provoca la peor detonacin. Por lo tanto se le asign un valor de cero enla escala correspondiente.

El compuesto que detonaba menos era de ocho tomos de carbono, formando unacadena ramificada llamada isooctano. Se le dio un valor de 100, y as nacieron losndices de octano u octanajes de las gasolinas.

Pero cmo se determinan prcticamente los octanajes de las gasolinas?

Existen aparatos especiales para medir las detonaciones que provocan. El resultado secompara con mezclas de heptano e isooctano hasta encontrar aquella que produzca unefecto semejante.

As, por ejemplo, si cierta gasolina tiene caractersticas detonantes parecidas a las deuna mezcla en 90% de isooctano y 10% de heptano normal, entonces se le asigna unndice de octano de 90.

Pero por qu se dijo en el captulo anterior que la gasolina natural proveniente de ladestilacin primaria no llenaba las especificaciones de octanaje requeridas por losautomviles? Cmo se consigue aumentar el ndice de octano en la gasolina? Si lafraccin que contiene de cinco a nueve tomos de carbono en el petrleo crudo esinsuficiente para satisfacer las demandas de gasolina, qu procesos se usan para hacerms gasolina a partir de las otras fracciones?

stas son algunas de las preguntas que respondemos en el siguiente captulo.

V. FABRICACIN DE LA GASOLINACOMERCIAL

A PRINCIPIOS del siglo, la obtencin de gasolina de calidad era cuestin de suerte. Lanaturaleza proporcionaba los ingredientes, casi siempre parafinas (hidrocarburoslineales y cclicos), pero diluidos con otros componentes contenidos en el petrleocrudo.

En la actualidad la gasolina es un producto hecho por el hombre, o sea que es sinttica.Las principales razones son:

1. Los crudos tienen un mximo de 25-30% de gasolina naturalcon ndices de octano de 40 a 60, los cuales son demasiadobajos para usarse en los motores modernos de combustininterna. Esto se debe a la estructura molecular de loshidrocarburos que la constituyen.

2. La cantidad de gasolina primaria o natural contenida en loscrudos es insuficiente para satisfacer la gran demandaprovocada por los cientos de millones de vehculos quecirculan diariamente por las carreteras y calles del mundoentero.

Las dos razones aqu mencionadas crearon el reto para los cientficos: cmo remodelarlas molculas para producir ms y mejores gasolinas.

Sin embargo, a medida que se hacan mejores gasolinas, simultneamente losdiseadores de automviles aumentaban la compresin de los motores elevando as suPotencia. Se necesit entonces un ndice de octano mayor.

Vamos a suponer que de un barril de 159 litros de petrleo crudo logremos separar 50litros de gasolina cuyos componentes tienen de cinco a nueve tomos de carbono

, y que de los 109 litros restantes algunos de los hidrocarburos no seanapropiados para usarlos como gasolina, ya sea porque su composicin no cuenta consuficientes tomos de carbono por molcula o porque tiene demasiados .Otros quizs cumplan con el nmero requerido de carbonos, pero sus molculas estnen forma lineal en vez de ramificada. Entonces, cmo hacer ms y mejor gasolina delresto de los hidrocarburos que constituyen el barril de crudo?

PROCESOS PARA HACER MS GASOLINA

El sentido comn nos dice que si tenemos molculas con ms tomos de carbono de losque necesitamos, hay que romper las cadenas que unen los tomos de carbono paraobtener molculas ms chicas, cuyo nmero de carbono sea de cinco a nueve.

Pero si las molculas tienen menos tomos de carbono de los que buscamos, entonces esnecesario unir dos, tres o ms de ellas entre s, para agrandarlas hasta conseguir eltamao deseado.

Para lograr esto, los cientficos e ingenieros tuvieron que trabajar conjuntamente paradesarrollar las tecnologas requeridas.

Esta labor en equipo es larga, laboriosa y muy costosa, pero si se tiene xito, lascompaas que patrocinan la labor obtienen enormes dividendos, ya que quien deseeusar sus tecnologas tendr que pagar mucho dinero por concepto de regalas, lo queindudablemente aumenta el costo final del producto elaborado.

Lo anterior nos permite comprender mejor la diferencia entre pases desarrollados ypases subdesarrollados. Los primeros tienen tecnologa propia, que no es ms que elsimple conocimiento de cmo satisfacer las necesidades con los recursos disponibles.Mientras tanto, si los segundos no tienen estos conocimientos, se ven obligados acomprrselos a los primeros a un alto costo, pagando con recursos naturales, los cualesles son tomados a precios irrisorios.

Por eso todos los pases subdesarrollados cuyo consumo de gasolina y de energticos engeneral es elevado, tienen costos de fabricacin altos ya que aunque sean productores depetrleo, se ven obligados a pagar regalas en todos los procesos de tecnologaextranjera usados en las refineras.

Pero cules son los procesos usados en las refineras para hacer ms y mejoresgasolinas?

Primero veremos cules son y en qu estn basadas las tecnologas usadas para hacerms gasolina:

Son dos: los procesos de desintegracin trmica y los de desintegracin cataltica.

La primera utiliza bsicamente temperatura y presin alta para romper las molculas.Los hidrocarburos que produce se caracterizan por tener dobles ligaduras en susmolculas, a las cuales se les llama olefinas y son muy reactivas. Cuando tienen decinco a nueve tomos de carbono y se incorporan a las gasolinas ayudan a subir elndice de octano.

Sin embargo, tienen el inconveniente de ser muy reactivas; al polimerizarse, formangomas que perjudican los motores. Por lo tanto en las mezclas de gasolinas en donde seusan fracciones con alto contenido de olefinas es necesario agregar aditivos que inhibanla formacin de gomas.

Los procesos de desintegracin trmica se usan principalmente para hacer olefinasligeras, o sea de dos carbonos (etileno), tres (propileno), cuatro (butenos cuando tienenuna sola doble ligadura en la molcula y butadieno cuando tienen dos dobles ligaduras),y cinco (pentenos cuando tienen una sola doble ligadura e isopreno cuando tienen dosdobles ligaduras).

Las fracciones del petrleo que sirven de materia prima o carga pueden ser desdegasolinas pesadas hasta gasleos pesados. En estos casos siempre se obtienen tambinlas llamadas gasolinas de desintegracin. Los procesos de desintegracin catalticatambin usan temperaturas y presin para romper las molculas, pero son menores queen el caso anterior, gracias a ciertos compuestos qumicos llamados catalizadores.

Figura 11. Polimeracin. Unin de molculas para hacer ms gasolina.

Los catalizadores no slo permiten que el proceso trabaje a temperaturas y presionesinferiores sino que tambin aumentan la velocidad de la reaccin.

Adems actan como "directores" haciendo que las molculas se rompan de ciertamanera; los pedazos se unen y forman preferencialmente un determinado tipo dehidrocarburos.

As, por ejemplo, una molcula con 16 tomos de carbono como es el hexadecano, puede romperse para formar un par de molculas con 8 tomos de carbono

cada una o sea octano + octeno). El octeno es un hidrocarburo olefnico,es decir, que tiene dos tomos de hidrgeno menos que el octano, que es unhidrocarburo parafnico.

Los procesos de desintegracin cataltica para obtener preferencialmente las gasolinasde alto octano usan como carga los gasleos, o sea la fraccin que contienen de 14 a 20tomos de carbono en sus molculas. Las gasolinas obtenidas por desintegracincataltica, y en particular las fracciones ligeras, contienen hidrocarburos altamenteramificados, tanto parafnicos como olefnicos. Estas ramificaciones en las molculascontenidas en la fraccin de la gasolina le imparten un alto ndice de octano.

Adems de la gasolina tambin se produce bastante gas, como el isobutano (cuatrotomos de carbono ramificados), y una elevada cantidad de etileno, propileno y butenos.

Otros combustibles que se forman son el diesel, la kerosina y otros productos mspesados.

Las olefinas gaseosas antes mencionadas forman la materia prima para hacer msgasolina. Como tienen dos, tres y cuatro tomos de carbono, est claro que para obtenerproductos de cinco a nueve carbonos ser necesario unir las molculas.

En las refineras existen dos tipos de procesos para llevar a cabo este tipo de reacciones.Uno es la polimerizacin. Este proceso tambin usa catalizadores para la obtencin degasolina. Al combustible que resulta se le llama gasolina polimerizada.

El otro proceso de sntesis que usa los gases de las desintegradoras es el llamadoproceso de alquilacin. Es una reaccin qumica de una olefina con una parafinaramificada, en presencia de un catalizador. El producto resultante tendr tambinramificaciones; es decir, los carbonos no estarn en una sola lnea.

En este proceso se hacen reaccionar las olefinas como el etileno, el propileno y losbutenos, con el isobutano, que es un hidrocarburo parafnico ramificado con cuatrocarbonos en su molcula.

Al producto obtenido en el proceso anterior se le llama gasolina alquilada. Su altondice de octano se debe principalmente a las mltiples ramificaciones de loshidrocarburos que lo forman. Por lo general esta gasolina tambin se usa para hacergasavin, que es el combustible que emplean las avionetas que tienen motores de pistn.

PROCESOS PARA MEJORAR LA GASOLINA NATURAL

La gasolina natural o primaria est compuesta por el nmero adecuado de carbonos,pero la forma en que estn colocados dentro de la molcula no le imparten un buenoctanaje.

Para mejorar la calidad de esta gasolina existen dos tipos de procesos en las refineras,que son la isomerizacin y la reformacin. Ambos requieren catalizadores.

En el primer caso los hidrocarburos lineales de los que est compuesta la gasolinanatural se ramifican, lo que permite que se incremente su octanaje.

As sucede, por ejemplo, con el heptano normal, que tiene siete tomos de carbonoformando una cadena lineal. Como dijimos anteriormente, su ndice de octano es decero. Pero si lo isomerizamos y lo hacemos altamente ramificado obtenemos elisoheptano, que tiene 110 de octano.

Figura12. Isomerizacin. Modificacin de los hidrocarburos para elevar octanajes.

El segundo proceso o sea la reformacin, no slo favorece la ramificacin de loshidrocarburos como en el caso anterior, sino que tambin les permite ciclizarse,formando anillos de seis tomos de carbono, y despus perder tomos de hidrgenodndonos los hidrocarburos cclicos llamados aromticos.

Figura 13. Isooctano, ndice de octano 100.

stos estn constituidos principalmente por benceno , tolueno , yxilenos .

A los grupos , que contienen los anillos bencnicos del tolueno y los xilenos, se lesllama metilos. El tolueno tiene un solo metilo, mientras que el xileno tiene dos, loscuales, dependiendo de la forma de su unin al anillo bencnico, se llaman ortoxileno,metaxileno, o paraxileno.

Estos hidrocarburos aromticos le imparten un alto ndice de octano a la gasolinareformada (proveniente de la reformacin cataltica de la gasolina natural).

El cuadro 3 nos resume todos los procesos mencionados.

GASOLINA COMERCIAL

La gasolina que compramos en las gasolineras se hace mezclando gasolina natural condiferentes porcentajes de gasolina proveniente de los procesos de polimerizacin,alquilacin, isomerizacin, reformacin y desintegracin.

A estas mezclas se les determina su octanaje como se mencion en el captulo anterior,y se les agrega una serie de aditivos antes de venderlas al pblico.

En la actualidad se pueden hacer mezclas de gasolinas con ndices de octano mayoresque el del isooctano puro, o sea hasta de 110. Esto se logra agregando a la mezcla degasolina compuestos llamados antidetonantes. El compuesto de este tipo ms comn esel tetraetilo de plomo (TEP).

Este producto impide que la gasolina "explote" dentro de los cilindros del motor condemasiada rapidez. Adems permite usar en las mezclas mayor cantidad de gasolina demenor calidad, como es la gasolina natural (40-60 octanos), y alcanzar de todos modoslos octanajes requeridos por las gasolinas comerciales.

La cantidad ptima de tetraetilo de plomo que se usa en las mezclas de gasolinas es detres mililitros por cada galn (un galn tiene aproximadamente 3.8 litros). No vale lapena agregar concentraciones mayores a las antes mencionadas, pues el excesoperjudica a las mezclas.

El tetraetilo de plomo sube ms el octanaje de las mezclas cuando stas contienenmayor cantidad de hidrocarburos ramificados, por ejemplo las gasolinas de laisomerizadora y los de la alquiladora.

Sin embargo, cuando las mezclas tienen un alto contenido de olefinas, como las de lapolimerizadora, o tienen demasiados compuestos de azufre, la susceptibilidad altetraetilo de plomo disminuye. Es decir, que aunque se agregue la misma cantidad deTEP, el ndice de octano subir menos que en el caso anterior.

Las gasolinas con plomo, como se les llama a aquellas que contienen TEP, resultan msbaratas que las que no lo llevan. Esto se debe a que el contenido de gasolina natural(ms barata) es mayor en este caso. Adems, tres mililitros por galn de TEP consiguenen algunos casos elevar el octanaje de las gasolinas hasta en 20 octanos.

As por ejemplo, si tenemos una mezcla de gasolina con un ndice de octano de 60, alagregarle el TEP puede llegar a tener un octanaje de 80. Si la mezcla original tena 90de octano, con el aditivo puede subir hasta 110.

Desgraciadamente, si bien este fabuloso aditivo es muy bueno para los automviles ypara nuestros bolsillos, no lo es para nuestra salud.

El principal problema que se presenta con el uso del TEP como antidetonante estriba enel hecho de que el plomo se elimina con los gases de combustin que salen por elescape de los automviles, causando un problema grave de contaminacin ambientaldebido a su toxicidad.

En pases como Estados Unidos los automviles estn provistos de los llamados escapescatalticos a fin de disminuir el problema del llamado "smog". Los vehculos que tieneninstalados este tipo de escapes no deben usar gasolina con plomo, pues el plomodestruye el catalizador que contiene dicho aditamento y lo hace inservible.

Pero por qu tiene que costar ms cara la gasolina sin plomo? Por la simple y sencillarazn de que si queremos subirle el octanaje a una mezcla de gasolina que tiene 60 deoctano, y que es inadecuada para los automviles, la nica forma de lograrlo con losmedios hasta ahora aceptados es aumentar la concentracin de hidrocarburosaromticos, tales como el benceno, tolueno, xilenos, provenientes de la reformadora, yagregar ms gasolina de los otros procesos antes mencionados.

Otra manera de ayudar a subir el octanaje de las gasolinas es agregndoles butano, unhidrocarburo con cuatro tomos de carbono. Este producto es gaseoso y suele mezclarsecon la gasolina en el invierno para facilitar el arranque en fro de los motores.

Esta solucin resulta muy conveniente, pues debido a las temperaturas bajas registradasdurante el invierno, es muy fcil mantener disuelto este gas. Adems, el butano es unode los componentes del gas licuado que se quema en las estufas y cuyo costo es inferioral de la gasolina.

Durante los otros meses del ao la concentracin de butano en las mezclas de gasolinaes menor y depender de la temperatura ambiente para mantenerse disuelta.

Ahora, con la explicacin anterior, estamos listos para la siguiente pregunta: cuntostipos de gasolina existen en el comercio, y cules son las diferencias que existen entreellas?

Segn el pas, se dispone por lo general de dos o tres tipos diferentes de gasolinacomercial para cubrir las distintas especificaciones de los vehculos. Se les suele llamarregular con plomo, super con plomo y super sin plomo.

La regular con plomo se usa principalmente en automviles y camiones que tienenmotores con una relacin de compresin hasta de 9:1. Esta gasolina es una mezcla degasolinas provenientes de la desintegradora cataltica, la reformadora, gasolina natural ybutano normal, con 3 m1 de TEP por galn. Su octanaje es de 80 a 85.

La super con plomo se usa en vehculos con motores de compresin superior a 9:1. Lamezcla tpica contiene gasolinas provenientes de la desintegradora cataltica, lareformadora., la isomerizadora, la alquiladora gasolina natural, y butano normal.Adems se le aade tetraetilo de plomo (TEP). Su octanaje es de 90 a 100 y en algunospases llega a ser hasta de 110.

La super sin plomo se usa en automviles con escapes catalticos que sirven paradisminuir la cantidad de emisiones contaminantes de los gases de combustin del motor.La composicin de sus mezclas es muy semejante al de la super pero con un mnimo onada de gasolina natural. Adems no contiene tetraetilo de plomo.

El hecho de que una gasolina no contenga TEP no significa que los automviles que lausen no provocarn ninguna contaminacin en el ambiente, pues el "smog" producidoproviene principalmente de los hidrocarburos no quemados y del monxido de carbonoque salen del escape. La cantidad de stos depende de las condiciones de los motores(vase Apndice 6), pero aun contando con automviles bien afinados y nuevos, stosde todas maneras sern fuentes de contaminacin, ya que el rendimiento termodinmicode los motores de combustin interna es slo de 23%, lo que significa que menos del25% de la energa producida se aprovecha para mover el vehculo.

Figura 14. La gasolina comercial es una mezcla de gasolina natural y gasolina sinttica.

Pero qu relacin existe entre la fabricacin de gasolinas y las materias petroqumicasbsicas?

La respuesta es muy sencilla: casi toda la industria petroqumica se basa principalmenteen los hidrocarburos olefnicos como el etileno, propileno, buteno, penteno y losaromticos benceno, tolueno y xileno. Casualmente las olefinas mencionadas (el etilenoen menor grado), constituyen las materias primas para fabricar gasolina sinttica en laspolimerizadoras y las alquiladoras, mientras que los hidrocarburos aromticos son loque imparten un elevado ndice de octano a las gasolinas de las reformadoras.

A continuacin hablaremos sobre la petroqumica y la forma de obtener de ella otrasmaterias primas.

VI. LOS PETROQUMICOS Y SUS MATERIASPRIMAS

QU ES LA PETROQUMICA?

LA PETROQUMICA comprende la elaboracin de todos aquellos productos qumicos quese derivan de los hidrocarburos del petrleo y el gas natural. Por lo general el trminono incluye los hidrocarburos combustibles, lubricantes, ceras ni asfaltos.

Los petroqumicos no se consideran como un tipo o clase particular de productosqumicos, ya que muchos de ellos han sido y continan siendo fabricados con otrasmaterias primas.

As por ejemplo, el benceno, el metanol y el acetileno se pueden producir a partir delcarbn de hulla. El glicerol se obtiene de las grasas, el etanol por fermentacin de lacaa de azcar, el azufre de los depsitos minerales.

Sin embargo, todos ellos tambin se producen a partir del petrleo y en grandesvolmenes.

Algunos productos qumicos se obtienen en la actualidad casi totalmente del petrleo.Un caso tpico es el de la acetona que originalmente se produca de la destilacin de lamadera, y posteriormente de la fermentacin de los productos agrcolas.

En el mismo caso se encuentra el cloruro de etilo que antiguamente se fabricaba a partirdel etanol y actualmente slo se fabrica industrialmente del petrleo.

La petroqumica incluye tambin muchos productos que antes no se conocan ms que anivel del laboratorio. Algunos de stos son el alcohol isoproplico, el xido de etileno,los teres gliclicos, el cloruro de alilo, el alcohol allico, la epiclorhidrina, la metil-isobutilcetona y la acrolena.

El desarrollo de la qumica moderna despus de casi 50 aos ha demostrado que elpetrleo es la materia prima ideal para la sntesis de la mayor parte de los productosqumicos de gran consumo. Adems de su gran abundancia y disponibilidad, estformado por una gran variedad de compuestos que presentan todas las estructurascarboniladas posibles, lo que permite acrecentar an ms las posibilidades de nuevosproductos.

La importancia de la petroqumica estriba en su capacidad para producir grandesvolmenes de productos a partir de materias primas abundantes y a bajo precio.

La mayor parte de los compuestos petroqumicos son orgnicos. Sin embargo, tambinvarios productos inorgnicos se producen en grandes cantidades a partir del petrleo,como por ejemplo el amoniaco, el negro de humo, el azufre y el agua oxigenada.

CMO SE CLASIFICAN LOS HIDROCARBUROS DEL PETRLEO?

Cualquier clasificacin qumica del petrleo presupone que se ha establecido deantemano el tipo de compuestos que lo forman. Para esto se clasifican los hidrocarburosdel ptroleo en tres grandes series.

La primera serie est formada por los hidrocarburos acclicos saturados, llamadostambin parafnicos. Se les llama as porque no reaccionan fcilmente con otroscompuestos. Su nombre proviene de las races griegas "parum", pequea y "affinis",afinidad. Su frmula general es (n es un nmero entero positivo).

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

A la segunda serie pertenecen los hidrocarburos cclicos saturados o naftnicos defrmula general , tales como el ciclopentano y el ciclohexano .

La tercera serie la forman los hidrocarburos cclicos no saturados, ms conocidos comohidrocarburos aromticos, cuya frmula general es . El compuesto ms simplede esta serie es el benceno , que tiene seis tomos de carbono unidos por doblesligaduras alternadas formando un anillo.

Los hidrocarburos de esta ltima serie, que se encuentran en el petrleo crudo por logeneral, estn constituidos por los llamados poliaromticos, que son varios anillos

bencnicos unidos entre s y que se encuentran principalmente en las fraccionespesadas.

Sin embargo, aparte de las tres series antes mencionadas, existen en pequeascantidades otros hidrocarburos tales como los acclicos no saturados, llamados tambinetilnicos u olefinas, de frmula generaI , las diolefinas los acetilnicos

, adems de otros hidrocarburos formados por la combinacin de anillos ycadenas que pueden semejarse a varias de las series precedentes.

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

Slo mediante procesos especficos o separndolos al fabricar gasolinas, es posibleobtener estos importantes hidrocarburos.

CMO SE OBTIENEN LAS MATERIAS PRIMAS PETROQUMICAS?

La industria petroqumica emplea ante todo como materias primas bsicas las olefinas ylos aromticos obtenidos a partir del gas natural y de los productos de refinacin delpetrleo: el etileno, propileno, butilenos, y algunos pentenos entre las olefinas, y elbenceno, tolueno y xilenos como hidrocarburos aromticos.

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

Por lo tanto, si se desea producir petroqumicos a partir de los hidrocarburos vrgenescontenidos en el petrleo, es necesario someterlos a una serie de reacciones, segn lasetapas siguientes:

1. Transformar los hidrocarburos vrgenes en productos con unareactividad qumica ms elevada, como por ejemplo el etano,propano, butanos, pentanos, hexanos etc., que son lasparafinas que contiene el petrleo, y convertirlos a etileno,propileno, butilenos, butadieno, isopreno, y a los aromticosya mencionados.

2. Incorporar a las olefinas y a los aromticos obtenidos en laprimera etapa otros heterotomos tales como el cloro, eloxgeno, el nitrgeno, etc., obtenindose as productosintermedios de segunda generacin. Es el caso del etileno,que al reaccionar con oxgeno produce acetaldehdo y cidoactico.

3. Efectuar en esta etapa las operaciones finales que forman losproductos de consumo. Para ello se precisan las formacionesparticulares de modo que sus propiedades correspondan a losusos que prevn.

Algunos ejemplos de esta tercera etapa son los poliuretanos, los cuales, dependiendo delas formulaciones especficas, pueden usarse para hacer colchones de cama, salvavidas,o corazones artificiales. Las resinas acrlicas pueden servir para hacer alfombras,plafones para las lmparas, prtesis dentales y pinturas.

Otro caso tpico es el del acetaldehdo que se produce oxidando etileno y que encuentraaplicacin como solvente de lacas y resinas sintticas, en la fabricacin de saborizantesy perfumes, en la manufactura de pieles artificiales de tintas, cementos, pelculasfotogrficas y fibras como el acetato de celulosa y el acetato de vinilo.

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

Es necesario mencionar otros productos que se consideran petroqumicos bsicos sin serhidrocarburos, como el negro de humo y el azufre. stos se pueden obtener del gasnatural y del petrleo.

A continuacin trataremos de explicar cmo se obtienen los productos de la primeraetapa, entre los cuales consideraremos no slo la obtencin de olefinas y aromticos,sino tambin la de negro de humo y azufre a partir de estos crudos.

VII. PRODUCCIN DE HIDROCARBUROSBSICOS

EN ESTA seccin explicaremos cmo se transforman los hidrocarburos vrgenescontenidos en el petrleo y el gas natural en productos ms reactivos como son lasolefinas, aromticos ligeros, hidrgeno y monxido de carbono.

OBTENCIN DE OLEFINAS

Como dijimos anteriormente, las olefinas son hidrocarburos acclicos insaturados. Losde mayor inters en cuanto a sus aplicaciones son aquellos que poseen de dos a cincotomos de carbono: es decir, el etileno, propileno, n-buteno, butadieno e isopreno.

En los pases en donde existen yacimientos ricos en gas natural, el etileno y el propilenose pueden obtener por medio del proceso llamado desintegracin trmica (mencionadoen el captulo 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 consumecomo gas LP (que es el combustible usado en las ciudades que no tienen sistemas dedistribucin de gas por medio de ductos), entonces se usa el etano como carga en elproceso de desintegracin. En este caso los productos principales de la reaccin son eletileno, el metano y el hidrgeno.

Mxico es uno de los pases que ha adoptado este ltimo mtodo para la obtencin de suetileno, razn por la cual no es autosuficiente en propileno. Las nicas fuentesdisponibles actualmente provienen de los procesos de desintegracin usados para hacergasolina.

Es bien conocido que el gas natural est compuesto sobre todo de gases no licuables.Por lo tanto su transporte solamente resulta costeable cuando se cuenta con gasoductosque lo conduzcan desde el lugar de produccin hasta el de consumo. Por esta razn,para obtener olefinas, la mayor parte de los pases europeos han optado por alimentarcon hidrocarburos ms pesados a las desintegradoras trmicas.

La carga ms utilizada en las refineras de Europa es una fraccin denominada nafta ogasolina pesada, que proviene de la destilacin primaria, y cuyas molculas contienende cinco a doce tomos de carbono. A veces se usan fracciones an ms pesadas comolos gasleos.

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

Adems de los productos antes mencionados, se obtiene una cantidad no despreciablede gasolina de alto octano rica en aromticos.

El hecho de poder producir gasolinas de alta calidad en el mismo proceso que se usapara obtener petroqumicos, ha permitido que se unan ciertas empresas para aprovecharmejor sus recursos. As tenemos el caso de la refinera de la BP (British Petroleum)localizada en Lavera, Francia, que tiene un acuerdo con NaphtaChimie instalada muycerca de ella. De esta manera, la refinera de la BP provee a esta ltima de la gasolinaprimaria que usa como carga para obtener olefinas, y NaphtaChimie se compromete apagar dicho material con la gasolina de alto octano que obtiene como subproducto, y asambas compaas se benefician mutuamente.

CUADRO 4. Porcentaje de productos obtenidos usando diferentes cargas

El cuadro 4 ilustra la influencia que tienen las diferentes cargas usadas en lasdesintegradoras trmicas sobre la formacin y distribucin de sus productos.

As por ejemplo, cuando se usa gasolina pesada como carga, segn las condiciones deoperacin que se empleen en el proceso, sta nos puede dar 33% de etileno, 10% depropileno, 20% de gasolina de alto octano rica en aromticos, 19% de gases ligerosricos en metano e hidrgeno, 8% de butilenos entre los que se incluyen el butadieno eisopreno, y 5% de combustleo (posiblemente formado por la polimerizacin de lasolefinas).

Pero cmo separar a las olefinas? Se hace fsicamente, sometiendo los gases que salendel proceso de desintegracin a una serie de separaciones por medio de columnas dedestilacin.

La figura 15 ilustra cmo lograrlo.

En esta figura vemos cmo los gases provenientes de la desintegradora (parcialmentelicuados) se introducen a la primera columna de destilacin llamada demetanizadora, endonde se extrae el hidrgeno y el metano por el domo o parte superior de la columna.

Los productos que salen del fondo se hacen pasar por una segunda columna llamadadeetanizadora, en donde se separa el etano y el etileno por el domo para separarlos entres en una tercera columna.

Figura 15. Destilacin fraccionada de los gases de la desintegradora.

El etileno obtenido en esta ltima tiene una pureza de 98-99% que es suficiente para lafabricacin de xido de etileno. Pero si se desea usar el etileno para hacer polietileno dealta densidad lineal que requiere una pureza de 99.9%, entonces es necesario someter eletileno a procesos de purificacin, lo que aumenta su precio.

Pero regresemos a la deetanizadora, a lo que se saca del fondo de la misma y se hacepasar por una columna llamada depropanizadora, en donde se separa por el domo unamezcla de propano-propileno.

Existen procesos petroqumicos en donde se puede aprovechar el propileno junto con elpropano, como en el caso de la fabricacin del tetrmero de propileno usado en losdetergentes sintticos. Pero en otros casos como el de la fabricacin de polipropileno esnecesario someter la mezcla a purificaciones posteriores.

Por el fondo de la depropanizadora se extrae la fraccin que contiene las olefinas concuatro tomos de carbono en adelante. Esta fraccin se somete a otras separaciones paraeliminar de la fraccin los productos ms pesados que fueron arrastrados por losgases de la desintegradora, tales como pentanos, pentenos, benceno, tolueno etc. (todosellos lquidos).

Posteriormente, por medio de otros procesos de separacin, se obtienen los butenos,isobutenos, butano, isobutano, butadieno e isopreno, como lo muestra la figura 16.

OBTENCIN DE HIDROCARBUROS AROMTICOS

La necesidad de producir aromticos a partir del petrleo surgi con la segunda GuerraMundial, debido a la enorme demanda de tolueno para producir trinitrotolueno (TNT),llamado comnmente dinamita.

Figura 16. Separacin de la fraccin de butilenos.

Anteriormente, el tolueno se produca a partir del carbn mineral, pero esta industria fueinsuficiente para satisfacer las demandas del mercado, lo que oblig a desarrollarprocesos de produccin y extraccin de tolueno contenido en las fracciones del petrleo.

Despus de la guerra, se mantuvo el mercado de los hidrocarburos aromticos debido aldesarrollo de los plsticos, detergentes, y una serie de productos sintticos, adems de lademanda creciente de gasolina de alto octano.

Los aromticos de mayor importancia en la industria petroqumica son: el benceno, eltolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se encuentran en la gasolina natural enmnimas concentraciones, por lo que resulta incosteable su extraccin.

Por lo tanto, para producirlos se desarroll el proceso denominado de desintegracincataltica, cuya materia prima de carga es la gasolina natural o nafta pesada, cuyo altocontenido de parafinas lineales y cclicas (naftenos) constituye el precursor de losaromticos.

Uno de los procesos ms comunes de reformacin cataltica es el llamado de"platforming" que usa como catalizador platino soportado sobre almina.

Los productos lquidos de la reaccin se someten a otros procesos en donde se separanlos aromticos del resto de los hidrocarburos.

Para separar los aromticos entre s, se puede utilizar cualquiera de los mtodossiguientes: a) destilacin azeotrpica (ver cuadro 5), b) destilacin extractiva, c)extraccin con solvente, d) adsorcin slida, y e) cristalizacin.

CUADRO 5. Destilacin azeotrpica para recuperar tolueno

OBTENCIN DEL NEGRO DE HUMO

El negro de humo es otra materia petroqumica. Bsicamente es carbn puro con unaestructura muy semejante a la del grafito.

El tamao de las partculas en el negro de humo es lo que determina su valor. Entre mspequeas sean, ms caro ser el producto. Varan desde 10 hasta 500 mm (milsimaparte de una micra que a su vez es la milsima parte de un milmetro).

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

Las materias primas para hacer negro de humo pueden incluir desde gas natural hastaaceites pesados con alto contenido de poliaromticos, como los productos de la torre devaco descrita en los captulos anteriores.

La diferencia bsica entre los dos primeros procesos y el ltimo es que los procesos decanal y de horno obtienen los productos quemando parcialmente los materiales usadoscomo materia prima, mientras que el proceso trmico consiste en descomponer losproductos por medio de calor.

Antes de 1945, el negro de humo se fabricaba a partir del gas natural usando cualquierade los tres procesos mencionados. Despus de esta fecha se modific el proceso dehorno para de esta forma poder usar hidrocarburos lquidos como materia prima, yactualmente es el que ms se usa

Los hidrocarburos que se utilizan como carga son desde gasleos hasta residuospesados. En general, estas cargas deben tener un alto porcentaje de aromticos pesadoso poliaromticos, y un bajo contenido de azufre. Adems deben producir un mnimo deceniza mineral.

El negro de humo contiene de 88 a 99.3% de carbono, 0.4-0.8% de hidrgeno, y 0.3 a17% de oxgeno.

El hidrgeno es un remanente de las molculas de hidrocarburo originales, y por esoforma parte de la estructura graftica. Por otro lado, como el oxgeno se absorbe en lasuperficie, se le puede incorporar en cantidades variables mediante tratamientosposteriores.

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

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

OBTENCIN DE AZUFRE A PARTIR DEL PETRLEO

El azufre es un producto que se encuentra en abundancia en el petrleo crudo y en el gasnatural, bajo la forma de sus principales derivados como son el cido sulfhdrico y losmercaptanos (hidrocarburos que contienen azufre en su estructura molecular), los cualesse distinguen fcilmente por su fuerte olor a huevo podrido.

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

Algunas tecnologas efectan la desulfurizacin de las fracciones en presencia dehidrgeno, otras no, pero todas hacen uso de catalizadores para efectuar estatransformacin.

El azufre que se obtiene de las fracciones petroleras es de una excelente calidad. Enmuchos casos la pureza alcanzada es superior a 99%, y se puede usar directamente parafines farmacuticos.

Es de suma importancia la eliminacin de los derivados del azufre de las fracciones quevan desde el gas hasta los gasleos pesados. Esto se debe no slo al hecho de que elazufre envenena los catalizadores y afecta la calidad de las gasolinas y la de los demscombustibles, sino sobre todo porque estos productos cuando se queman con loscombustibles ocasionan problemas ecolgicos muy graves.

Uno de los problemas ms conocidos y que ha causado grandes discusiones entreCanad y Estados Unidos es la llamada "lluvia cida". Este fenmeno es provocado porel azufre contenido en los combustibles, que al ser quemado se transforma en bixido deazufre que en presencia del ozono, los rayos ultravioleta y la humedad de la atmsfera,se convierte en cido sulfrico que se precipita con las lluvias.

El agua de estas lluvias es muy cida, lo que provoca la destruccin de rboles y otrasespecies vegetales. Tambin daa las especies animales, sobre todo las acuticas, alaumentar la acidez de las aguas en los lagos. Adems causa la corrosin de losmonumentos histricos y edificios en las grandes ciudades como Pars, Roma, Londres,Mxico, Atenas, Nueva York, Tokio, etc.

Sin embargo, la destruccin provocada por la lluvia cida no slo llega a afectar la flora,la fauna y los edificios, sino que tambin alcanza a los seres humanos al contaminar elagua "potable" que beben.

Pero, cmo es esto posible?

La explicacin ms sencilla es la siguiente: el agua cida se filtra a travs de la tierra yforma sales de metales txicos como el arsnico, cobre, mercurio, etc., que son solublesen agua. Estas sales acaban en los ros subterrneos y lagos que proveen el agua queconsumimos, y provocan una contaminacin que no es fcil de eliminar con losprocesos usuales de potabilizacin.

Despus de hacer una revisin rpida de la forma en que se obtienen las materias primaspetroqumicas a partir de los hidrocarburos vrgenes contenidos en el petrleo crudo,nos gustara describir brevemente la relacin que existe entre el consumo de gasolina dealto octano y de gas LP, y los precios de los petroqumicos mencionados en estecaptulo.

VIII. RELACIN ENTRE EL PRECIO DE LOSPETROQUMICOS BSICOS Y EL CONSUMO DECOMBUSTIBLES

LOS HIDROCARBUROS usados como materias primas petroqumicas tienen un papelcrucial, y se interrelacionan con el gran negocio de los combustibles: gas LP, gasolina,diesel, combustleos, etc. El consumo de combustibles ejerce gran fuerza sobre elprecio de los petroqumicos, efecto que se manifiesta en mltiples formas, ms notoriasen los pases donde la industria petrolera no es estatal sino privada, como en EUA.

Describiremos algunos factores que influyen para que el consumo de combustiblesafecte el precio de los petroqumicos:

1) Todos los hidrocarburos usados como materia prima petroqumica pueden usarsecomo combustible, principio bsico que subyace la economa petroqumica, y quederiva de que la industria petroqumica no consume tanto petrleo crudo y gas naturalcomo para estabilizar sus precios. As, en los ltimos aos, este consumo ha sidoalrededor de 7% en pases como EUA.

2) Comprobamos que el valor alterno como combustible de cualquier hidrocarburo es asu vez el mnimo que tendr como materia prima petroqumica. As, el valor de loshidrocarburos como combustible es el valor de base para todo lo dems.

El valor del combustible vara mucho con las circunstancias. Hubo una poca en queEUA no aumentaba el precio del benceno, a pesar de su gran demanda en la industriaqumica, debido al bajo consumo de gasolina de alto octano en esa poca.

El fenmeno contrario se observ en 1974-1979, cuando hubo gran consumo degasolina en dicho pas. Adems, el valor como combustible de los hidrocarburos incluyemucho ms que los costos de explotacin, produccin, transportacin y manejo. Haytambin factores polticos que pueden alterarlos grandemente: las naciones productorasde petrleo pueden decidir venderlos a precios superiores o inferiores a sus costos deproduccin, segn la ideologa o su necesidad de divisas. Las naciones consumidoraspueden tener grandes reservas que satisfagan sus necesidades por un periododeterminado, y disminuir sus importaciones de crudo y gas, lo que har que existamayor oferta que demanda en el mercado internacional de petrleo, provocando unacada en su precio.

3) Otro factor que influye en la desviacin de los petroqumicos al mercado de loscombustibles es el clima! Los productores consideran como regla establecida que loscostos de propano-butano se elevan en invierno, por un mayor uso de la calefaccin ylos calentadores de agua. Tambin hay que aumentar el contenido de butano de lasgasolinas para incrementar su volatilidad en el arranque en fro de los motores.

4) Otro factor a incluir en el mercado de petroqumicos es la ecologa. Eliminar el TEP(tetraetilo de plomo) de las gasolinas implica usar MTBE (metil terbutil ter), TAME(ter-amil metil ter), aromticos (benceno, tolueno, xilenos), isomerizados (isopentano,

isohexano, isobutano), alquilados (isooctano), que dan alto octanaje a las gasolinasreformuladas, Magna Sin, Premium de PEMEX REFINACIN.

5) Afecta tambin la globalizacin econmica, que obliga a los pases a abrir sumercado y competir a nivel mundial en calidad y precio. Para hacerlo en petroqumicabsica hay que producir grandes volmenes con tecnologa de punta. Los pases en vasde desarrollo con un mercado cerrado y sin competencia se hallan ahora en desventaja,con tecnologa obsoleta y bajo volumen de produccin instalado que no les permitenproducir a menor costo y alta calidad.

De acuerdo con la descripcin anterior podemos ver claramente cmo el consumo de loscombustibles afecta los precios de los petroqumicos bsicos y por ende afecta tambinel de sus derivados, de los cuales hablaremos a continuacin.

IX. PRODUCTOS INTERMEDIOS DE LAPETROQUMICA

ESTE captulo comprende lo que podramos llamar la segunda etapa de las operacionesqumicas, en donde se introducen a las molculas de olefinas y aromticos (cuyaobtencin se describi en el captulo VII) heterotomos como el oxgeno, nitrgeno,cloro, etc.

Tambin se incluyen los productos formados por adicin de diferentes molculas dehidrocarburos a los petroqumicos bsicos antes mencionados.

Los heterotomos que se emplean en la industria qumica tienen que usarse de la manerams conveniente.

Por ejemplo, el oxgeno (O) puede obtenerse del agua , o del aire (21% deoxgeno + 79% de nitrgeno). En ciertos casos es necesario enriquecer de oxgeno elaire, para evitar transportar y eliminar grandes cantidades de nitrgeno.

Otro ejemplo lo constituye el nitrgeno (N), el cual, tal como se encuentra en el aire, escasi inerte y difcilmente reacciona con los hidrocarburos. Por lo tanto es necesariotransformarlo a una forma ms reactiva como el amoniaco o el cido ntrico

, o aun el cido cianhdrico (HCN). Los productos que estudiaremos constituyenlos compuestos ms importantes de una industria que relaciona la refinacin delpetrleo, la produccin de reactivos (como el cido sulfrico, cido fosfrico, fosgeno,hidrgeno, monxido de carbono, etc.), y las grandes industrias consumidoras deproductos orgnicos e inorgnicos como son las que producen plsticos, fibrassintticas, detergentes, fertilizantes, etc.

Muchos de estos compuestos son en s productos terminados, como los solventes y losaditivos para gasolinas.

A continuacin procederemos a describir los petroqumicos secundarios derivados delmetano, etileno, propileno, butenos, butadieno, benceno, tolueno y paraxileno. Estoshidrocarburos se consideran como la base de casi toda la industria petroqumica.

Sin embargo, en este captulo no describiremos en detalle cada uno de los procesosampliamente explicados en la bibliografa; slo mencionaremos las aplicaciones de cadauno de ellos. Posteriormente se ampliar este tema.

PRODUCTOS DERIVADOS DEL METANO

El metano es el hidrocarburo parafnico que contiene ms tomos de hidrgenopor tomo de carbono.

Esta propiedad se aprovecha para obtener el hidrgeno necesario en la fabricacin deamoniaco y metanol .

El hidrgeno se obtiene catalticamente, quemando parcialmente el metano en presenciade oxgeno y de vapor de agua, con lo cual se forma una mezcla llamada gas de sntesiscompuesta principalmente por monxido de carbono (CO), bixido de carbono ehidrgeno .

Las principales reacciones que intervienen son las siguientes:

La figura 17 nos describe el diagrama del proceso para producir gas de sntesis.

Cabe mencionar que tambin se suele usar el etano, el propano y el butano comomaterias primas, aunque stos tienen en sus molculas menos tomos de hidrgeno portomo de carbono que el metano.

Figura 17. Diagrama del proceso para producir gas de sntesis.

Como dijimos anteriormente, el gas de sntesis se usa principalmente para haceramoniaco y metanol.

A continuacin describiremos brevemente la obtencin de estos productos de segundageneracin, as como sus principales aplicaciones.

Obtencin y usos del amoniaco

El amoniaco, cuya frmula qumica es , se fabrica a partir del nitrgeno del aire ydel hidrgeno del metano.

Las etapas que constituyen el proceso de fabricacin del amoniaco a partir de loscompuestos anteriores, son las siguientes:

- destilacin del aire

- oxidacin parcial del metano con oxgeno

- eliminacin del carbono

- conversin del monxido de carbono con vapor de agua

- eliminacin del bixido de carbono formado

- eliminacin del monxido de carbono por medio de nitrgeno lquido

- formacin de la mezcla nitrgeno + tres partes de hidrgeno.

La reaccin para hacer el amoniaco es la siguiente:

Uno de los principales productos secundarios en la fabricacin del amoniaco es elbixido de carbono. Este gas tiene muchas aplicaciones industriales. Por ejemplo,cuando se comprime, el bixido de carbono se transforma en el hielo seco que se usacomo refrigerante en los carritos de helados y paletas. Tambin encuentra ampliaaplicacin en la fabricacin de agua mineral y de bebidas gaseosas en general.

Otros usos de gran importancia son los de la fabricacin de productos qumicos, entrelos que se encuentra el carbonato y el bicarbonato de sodio usados para combatir laacidez estomacal, o para hacer pasteles y otros productos de repostera.

Pero para regresar a nuestro tema original, veamos a continuacin cules son lasaplicaciones que tiene el amoniaco.

Usos industriales del amoniaco

La mayor parte del amoniaco se usa para hacer fertilizantes tales como el nitrato deamonio, sulfato de amonio, urea, fosfato de amonio y amoniaco disuelto en fertilizanteslquidos y slidos.

Otras aplicaciones industriales incluyen la fabricacin de reactivos qumicos como elcido ntrico, acrilonitrilo y cido cianhdrico, que se utilizan para hacer explosivos,plsticos, fibras sintticas, papel, etc.

En algunos refrigeradores caseros el gas de enfriamiento es el amoniaco, aunque elpblico est ms familiarizado con su uso en los artculos de limpieza cuya publicidaddestaca el contenido de "amonia" que garantiza la pulcritud de los vidrios, azulejos,pisos, etc.

PRODUCTOS DERIVADOS DEL ETILENO

El etileno es una olefina que sirve como materia prima para obtener una enormevariedad de productos petroqumicos.

La doble ligadura olefnica que contiene la molcula nos permite introducir dentro de lamisma muchos tipos de heterotomos como el oxgeno para hacer xido de etileno, elcloro que nos proporciona el dicloroetano, el agua para darnos etanol, etc.

Asimismo permite unir otros hidrocarburos como el benceno para dar etilbenceno, yotras olefinas tiles en la obtencin de polmeros y copolmeros del etileno.

El cuadro 6 ilustra algunas de estas reacciones.

CUADRO 6. Principales derivados del etileno

Para entender mejor estas reacciones, haremos un anlisis breve de las mismas ydescribiremos algunas de las aplicaciones de los productos intermedios obtenidos.

Oxidacin del etileno

En este caso el etileno reacciona con el oxgeno en fase gaseosa y en presencia de uncatalizador.

xido de etileno. El petroqumico ms importante que se fabrica por medio de estareaccin es el xido de etileno. La reaccin se lleva a cabo en fase gaseosa haciendopasar el etileno y el oxgeno a travs de una columna empacada con un catalizador abase de sales de plata dispersas en un soporte slido.

El xido de etileno como tal se usa para madurar las frutas, como herbicida y comofumigante, y sus aplicaciones como materia prima petroqumica son innumerables,siendo algunos de sus derivados el etilenglicol, polietilenglicol, los teres de glicol, lasetanolaminas, etc.

Los principales usos de los productos ltimos de los derivados del xido de etileno son:anticongelantes para los radiadores de autos, fibras de polister para prendas de vestir,polmeros usados en la manufactura de artculos moldeados, solventes y productosqumicos para la industria textil.

Tambin se utiliza el xido de etileno en la produccin de poliuretanos para hacercaucho espuma rgido y flexible (el primero se usa para hacer empaques y el otro paracolchones y cojines).

Otro uso de los derivados del xido de etileno lo constituye la fabricacin de adhesivosy selladores que se emplean para pegar toda clase de superficies como cartn, papel,piel, vidrio, aluminio, telas, etc.

Acetaldehdo. Otro de los productos petroqumicos fabricados por oxidacin del etilenoes el acetaldehdo.

El proceso industrial ms usado es el que desarroll la compaa Wacker de Alemania.La tecnologa consiste en hacer reaccionar el etileno con una solucin diluida de cidoclorhdrico que adems contiene disueltos cloruros de paladio y de cobre, los cualesactan como catalizadores.

La regeneracin del catalizador se lleva a cabo en presencia de oxgeno.

Este proceso de oxidacin en fase lquida lo emplean en Alemania las compaasHoechst y Wacker, en Estados Unidos la Celanese y la Eastman, en Canad laShawinigan, en Mxico Petrleos Mexicanos, en Italia la Edison, y en Japn diversascompaas.

El acetaldehdo es un intermediario muy importante en la fabricacin de cido actico ydel anhdrido actico. Estos productos encuentran una enorme aplicacin industrialcomo agentes de acetilacin para la obtencin de steres, que son compuestos qumicosque resultan de la reaccin de un alcohol, fenol, o glicol con un cido.

Algunos de los steres que se derivan del cido actico y los alcoholes apropiados sonlos llamados acetatos de metilo, etilo, propilo, isopropilo, isobutilo, amilo, isoamilo, n-octlo, feniletilo, etc. Estos productos son de olor agradable y se usan como saborizantesy perfumes.

Figura 18. Pelculas fotogrficas hechas con steres del cido actico.

El cuadro siguiente describe los olores que despiden algunos de los steres fabricadoscon cido actico.

CUADRO 7. steres del cido actico y sus aromas

Los steres derivados del cido actico tambin sirven como solventes para extraer lapenicilina y otros antibiticos de sus productos naturales. Tambin se emplean comomateria prima para la fabricacin de pieles artificiales, tintas, cementos, pelculasfotogrficas y fibras sintticas como el acetato de celulosa y el acetato de vinilo.

El acetaldehdo no slo sirve para fabricar cido actico, sino que tambin es la materiaprima para la produccin de un gran nmero de productos qumicos como el 2-etilhexanol, n-butanol, pentaeritrol, cloral, cido cloroactico, piridinas, y cidonicotnico. Estos petroqumicos secundarios encuentran mltiples aplicaciones. Porejemplo, el petaeritrol sirve para fabricar lubricantes sintticos, el cloral y el cidocloroactico para hacer herbicidas, el 2-etilhexanol para hacer plastificantes.

Adicin de cloro al etileno

Dicloroetano. El etileno reacciona con el cloro cuando se encuentra en presencia de uncatalizador de cloruro frrico y una temperatura de 40-50 C y 15 atmsferas de presin.

El principal producto de la reaccin es el dicloroetano, que encuentra su aplicacin en lafabricacin de cloruro de vinilo que sirve para hacer polmeros usados para cubrir losasientos de automviles y muebles de oficina, tuberas, recubrimientos para papel ymateriales de empaque, fibras textiles, etc.

El dicloroetano tambin se utiliza para fabricar solventes como el tricloroetileno, elpercloroetileno y el metilcloroformo, que se usan para desengrasar metales y para ellavado en seco de la ropa.

Otras de las mltiples aplicaciones del dicloroetano son la fabricacin de cloruro deetilo, tetraetilo de plomo (TEP), etilendiamina y otros productos aminados.

En el terreno de la medicina, el dicloroetano sirve como solvente para la extraccin deesteroides.

Adicin de benceno al etileno

Etilbenceno. El etilbenceno se puede obtener por medio de dos procedimientos:extraccin de los aromticos de las reformadoras, y sntesis a partir del etileno conbenceno.

La reaccin del etileno con benceno para obtener etilbenceno se lleva a cabo enpresencia de catalizadores a base de cido fosfrico adsorbido en arcilla. El etilbencenose usa casi exclusivamente para hacer estireno, que a su vez es la materia prima parahacer plsticos de poliestireno.

Este producto se usa para fabricar artculos para el hogar, tales como las cubiertas de lostelevisores, licuadoras, aspiradoras, secadores de pelo, radios, muebles, juguetes, vasostrmicos desechables, etc. Tambin se emplea para empaques y materiales deconstruccin.

El estireno, al copolimerizarse con otros reactivos como el butadieno y el acrilonitrilo,se convierte en los cauchos sintticos llamados SBR (caucho estireno-butadieno), o lasresinas ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno).

Hidratacin del etileno

Alcohol etlico o etanol. Una de las reacciones de gran importancia industrial es lahidratacin del etileno para la obtencin de alcohol etlico o etanol.

Esta reaccin se puede hacer de dos maneras. 1) Agregarle agua a las molculas deetileno en presencia de cido sulfrico de 90%, y 2) usar un proceso de alta presin queemplea un catalizador slido de cido fosfrico soportado sobre celite.

El primer proceso se desarroll en 1930 y contina usndose en la actualidad.

La tecnologa del segundo proceso la introdujo la S