David Ángel, Felipe Tres palacios, Sebastián Del Castillo, Daniel Silva Juan Diego Ramírez Turriago
Diciembre 10, 2012 11B Los derivados del petróleo
El petróleo se ha utilizado comúnmente para la producción de energía, dado su alto potencial energético. Sin embargo, antes de la segunda mitad del siglo XVIII las aplicaciones que se le daban al petróleo eran muy pocas. El primer derivado útil fue la kerosina que sustituyó al aceite de ballena empleado como combustible en las lámparas, cuyo consumo estaba provocando la desaparición de estos animales. Fue hasta 1895 que se pudo utilizar un derivado propiamente llamado gasolina. Se dice que en la década de 1957 a 1966 se usó casi la misma cantidad de petróleo que en los 100 años anteriores. Estas estimaciones también toman en cuenta el gasto de los aviones con motores de pistón. Posteriormente para 1964 se desarrollaron los motores de turbina empleados hoy en los aviones, esto dio pie al siguiente derivado, la turbosina que es el mismo combustible de las lámparas del siglo pasado, pero con bajo contenido de azufre y baja temperatura de congelación, creada a partir de procesos avanzados de refinación. Todavía se produce kerosina para uso de lámparas, pero alrededor del 80% se destina a la turbosina. Los siguientes derivados son llamados gasóleos y hasta 1910 se consideraban desperdicios. Los gasóleos son aceites pesados que pueden ser utilizados como combustibles. El gasóleo es evidentemente mas eficiente que el carbón generando aproximadamente 10 500 calorías/kg., mientras que un buen carbón sólo proporciona 7 000 calorías/kg. El uso mas destacado de los gasóleos es el del combustible de los motores diesel, que es la fracción mas ligera de los aceites pesados. En las refinerías petroleras, se separan los derivados del petróleo en torres de fraccionamiento. Los principales derivados del petróleo son los combustibles. Un combustible es cualquier elemento capaz de liberar energía tras su oxidación. Supone la liberación de energía de forma potencial a energía mecánica o térmica dejando como residuo calor, dióxido de carbono y otros compuestos químicos.
En la imagen de la siguiente hoja se pueden apreciar todos los derivados del petróleo de acuerdo a su posición de extracción en la torre de fraccionamiento.
Los primeros vapores que se licúan son los del gasóleo pesado el gasóleo ligero a continuación la kerosina, la nafta y por último, la gasolina y los gases combustibles. Esta última fracción se envía a otra torre de destilación en donde se separan los gases de la gasolina. En el gasóleo pesado y el ligero se encuentran los aceites lubricante y las parafinas, y los residuos son los que tienen los asfaltos y el combustóleo pesado. En la grafica se muestran aproximadamente el número de átomos de carbono que contienen los diferentes derivados del petróleo.
De los gases incondensables el metano es el hidrocarburo más ligero, pues contiene sólo un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno. Es el principal componente del gas natural. El que sigue es el etano, que está compuesto por dos de carbono y seis de hidrógeno. Junto con el etano forma parte del gas natural. En las ciudades se distribuye por tuberías para abastecer los hogares. Se puede encontrar ya sea asociado, es decir mezclado con el petróleo crudo; o libre, es decir un yacimiento donde se puede encontrar al gas solo totalmente. Por estas razones el valor energético de este gas es muy variable dependiendo de las circunstancias en las que sea encontrado.
El gas licuado es el combustible que se distribuye en cilindros y tanques estacionarios para casas y edificios. Este gas está propano y butano. La gasolina virgen se compone de hidrocarburos de cuatro a nueve átomos de carbono, la mayoría de cuyas moléculas están distribuidas en forma lineal y de compuestos parafínicos y cicloparafínicos. Esta gasolina, tal cual, no sirve para ser usada en los automóviles, por que su combustión es ineficiente para los motores de combustión interna La fracción que contiene de 10 a 14 átomos de carbono tiene una temperatura de ebullición de 174 a 288 °C corresponde a la fracción denominada kerosina, de la cual se extrae laturbosina. La última fracción que se destila de la torre primaria es el gasóleo, que tiene un intervalo de ebullición de 250 a 310 °C y contiene de 15 a 18 átomos de carbono. De aquí se obtiene el diesel.
Algunos derivados se obtienen después de un refinamiento al vacío y están constituidos por lubricantes, disolventes, materia prima para sintetizar otros combustibles, y residuos que son utilizados por las termoeléctricas. La gasolina es el combustible que tiene mayor demanda y la destilación no cubre ni la demanda ni la calidad requerida de gasolina. Para eso se utilizan procesos químicos más complejos para sintetizar gasolina útil. Otro tipo de derivados del petróleo esta constituido por los petroquímicos que son materiales que se producen a partir del petróleo pero no incluye los hidrocarburos combustibles, lubricantes ni ceras. Además estos productos se pueden producir con otras materias primas. La petroquímica emplea como materias primas básicas el etileno, propileno, butilenos, y algunos pentenos entre las olefinas, y el benceno, tolueno y xilenos como hidrocarburos aromáticos. Algunos productos químicos se obtienen en la actualidad casi totalmente del petróleo. La acetona originalmente se producía de la destilación de la madera pero ahora se produce casi que exclusivamente del petróleo. También esta el cloruro de etilo que antiguamente se fabricaba a partir del etanol. La petroquímica incluye también muchos productos que antes solo se utilizaban en el laboratorio. Algunos de éstos son el alcohol isopropílico, el óxido de etileno, los éteres glicólicos, el cloruro de alilo, el alcohol alílico, la epiclorhidrina, la metil-isobutilcetona y la acroleína. La mayor parte de los compuestos petroquímicos son orgánicos. Sin embargo, también varios productos inorgánicos se producen en grandes cantidades a partir del petróleo, como por ejemplo el amoniaco, el negro de humo, el azufre y el agua oxigenada. Algunos productos conocidos de la petroquímica y sus respectivas materias primas son:
Bases lubricantes: Las bases lubricantes son producidas mediante tratamientos de fracciones (destilados) de petróleo obtenidas de la destilación al vacío de crudos seleccionados. Se pueden en dos tipos, las bases lubricantes parafínicas o las bases lubricantes nafténicas. Dependiendo de la proviniendo del crudo de donde provienen se clasifican. La primera recibe tratamientos con fenol, desparafinado e hidrotratamiento: Mientras la segunda recibe hidrotratamiento. Su rango de destilación está comprendido normalmente entre 350 y 650 °C. Sus principales usos son como aceites lubricantes ya sea para automotores (generalmente parafínicos por su viscosidad) o para industria. También se usan como materia prima para tintas y vaselinas.
Ceras parafínicas: Las parafinas o ceras parafínicas son el resultado obtenido de una mezcla de hidrocarburos saturados de cadena lineal, con un peso molecular entre 320 y 560, y que presentan una consistencia solida a temperatura ambiente. Se obtienen de procesos de destilación a un rango de temperatura entre 350 y 650°C. Las fracciones obtenidas de este proceso luego son sometidas a dilución, enfriamiento, cristalización, y filtración para separar las parafinas de los aceites. Los usos de los productos resultantes son principalmente
manufacturas relacionadas a la fabricación de velas, cera para pisos, papeles parafinados, fósforos y demás industriales.
Polietileno: Es el resultado de la polimerización del etileno y el eteno. Es un producto químicamente inerte y fácil de obtener, por lo tanto sus costos son muy reducidos. Sus aplicaciones son diversas, principalmente como materia prima para la industria de los plásticos.
Alquitrán aromático o Arotar: Es obtenido como uno de los productos residuales de la ruptura catalítica, proceso mediante el cual se refina el petróleo en un proceso térmico por medio de un catalizador. Entre sus usos se encuentra la elaboración de negro de humo principalmente para la industria de llantas y también para diluyentes de combustóleo.
Ácido nafténico: Es la mezcla de ácidos carboxílicos, con ciclopentilos y ciclohexilos. Se obtienen mediante un proceso de oxidación de la nafta y la refinación del petróleo crudo. Sirve para preparar sales metálicas tales como naftenatos de calcio, cobre, zinc, plomo, cobalto, etc., que se aplican en la industria de pinturas, resinas, poliéster, detergentes, tensoactivos y fungicidas.
Benceno: se produce por destilación de la fracción de aromáticos. Es un hidrocarburo aromático líquido, volátil, incoloro, inflamable, de olor aromático característico y de alto riesgo para la salud. Se utiliza en la fabricación de ciclohexano, estireno, ciclobencenos, anhídrido maleico y fenil nitro benceno.
Ciclohexano: Producido mediante un proceso de dehidrogenación catalítica mediante el cual se rompen los enlaces de los hidrocarburos en los hidrógenos. Es un hidrocarburo líquido a temperatura ambiente y volátil. Es la materia prima para producir caprolactama y ácido adípico, con destino al nylon.
Tolueno: Se obtiene mediante el mismo proceso por el cual es obtenido el benceno de las naftas. Es un aromático líquido, volátil, poco soluble en agua pero de mezcla fácil con alcohol, éter, cloroformo y otros productos químicos. Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia prima del benceno.
Xilenos mezclados: Producidos mediante la destilación de fracciones de aromáticos obtenidos del reformado de naftas de petróleo. Es un líquido volátil, fácilmente miscible en alcohol, éter y otros orgánicos. Son muy poco solubles en agua. Se utilizan en la industria de pinturas, de insecticidas y de thinner. Son inflamables por lo cual debe tenerse especial cuidado en su manejo y transporte. Alquilbenceno: Se usa en la industria de todo tipo de detergentes, para elaborar plaguicidas, ácidos sulfónicos y en la industria de curtientes. Nace de la cloración de parafinas.
Los productos mas usados son los plásticos o los polímeros entre los cuales se encuentra el polietileno, el PVC, el poliestireno y el poliestireno. También debemos resaltar los hules sintéticos que son utilizados para hacer llantas y chicles y balones. Los derivados del petróleo están en todas partes, y no solo cumplen con necesidades secundarias de los hombres, sino que también lo proveen de las primarias, por ejemplo muchas prendas de vestir están constituidas hoy en día por fibras sintéticas como el nylon. El desarrollo de la química moderna ha demostrado que el petróleo es la materia prima ideal para la síntesis de la mayor parte de los productos químicos de gran consumo. Además de su gran abundancia y disponibilidad, está formado por una gran variedad de compuestos que presentan todas las estructuras carboniladas posibles. Bibliografía: http://www.ecopetrol.com.co/especiales/elpetroleoysumundo/derivados.htm http://profesores.fib.unam.mx/l3prof/Carpeta%20energ%EDa%20y%20ambiente/Petroleo%20y%20Derivados .pdf http://www.maremundi.com/hidrocarburos.asp?id=10