ANTOLOGIA PETROQUIMICA

SE PRESENTA EL COMPENDIO DE LOS CONCEPTOS MAS IMPORTANTES DEL TEMA DE HIDROCARBUROS HIDROCARBUROS LIQUIDOS Y GASESOS. EUNICE RODRIGUEZ TORRES|809-B TORRES|809-B

CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROCARBUROS LÍQUIDOS Y GASEOSOS.

SECRETARÍA DE EDUCACIÓN PÚBLICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA DE VERACRUZ INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE ACAYUCAN ACAYUCAN CLAVE: 30EIT0010B

CARRERA: INGENIERÍA QUÍMICA. RETÍCULA DE LA CARRERA: IQUI-2010-232. ASIGNATURA: INTRODUCCIÓN A LA PETROQUÍMICA. CLAVE: PTC-1501 UNIDAD: SEGUNDA NOMBRE DE UNIDAD: CONCEPTOS BÁSICOS. NOMBRE DEL TRABAJO: TRABAJO RELACIONADO A: ANTOLOGÍA DE LOS CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE HIDROCARBUROS LÍQUIDOS Y GASEOSOS.

SEMESTRE: OCTAVO GRUPO: 809-B TURNO: VESPERTINO.

DOCENTE: ING. CLAUDIA LORENA VALENZUELA AGUILAR. ALUMNA: RODRÍGUEZ TORRES EUNICE MÁTRICULA: 140B1065

– 2018. FECHA DE ENTREGA: 28-FEBRERO – 2018. ANTOLOGÍA|EUNICE ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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PRESENTACIÓN Dedicatoria Estimado visitante: Esta antología se realizó el 28 de febrero del año 2018, está dedicada a cada una de las personas interesadas que tienen la inquietud de conocer conceptos referentes a hidrocarburos.

Objetivo Investigar y generar un material que cumpla con los re querimientos necesarios para comprender los conceptos básicos de hidrocarburos líquidos y gaseosos, sus usos, así como sus aplicaciones

Sugerencias Se realiza el compendio de muchos de los conceptos utilizados en La industria petroquímica para abordar el tema de los hidrocarburos líquidos y gaseosos, esta antología comprende, definiciones, aplicaciones y usos de estos dos tipos de hidrocarburos. La antología puede ser abordadas desde la perspectiva de la utilización e importancia de estos conceptos como Ingenieros Químicos.

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ÍNDICE PRÓLOGO .............................................................................................................. 7 CAPITULO I: GENERALIDADES ............................................................................ 8 Petróleo y los líquidos de gas natural ...................................................................... 8 Refinación o procesamiento .................................................................................... 9 CAPITULO II: HIDROCARBUROS LÍQUIDOS ...................................................... 12 Exploración y explotación ...................................................................................... 12 Tipos de hidrocarburos líquidos............................................................................. 13 Gasolina ............................................................................................................. 13 Combustible para motores de reacción y queroseno ......................................... 14 Combustibles de destilación ............................................................................... 15 Combustibles residuales .................................................................................... 15 Aceites de proceso ............................................................................................. 16 Lubricantes y grasas .......................................................................................... 16 Bencina Industrial ............................................................................................... 17 Disolventes alifáticos: hexano. ........................................................................... 17 Benceno ............................................................................................................. 18 Tolueno ............................................................................................................... 18 Xileno Mezclados ............................................................................................... 18 Ortoxileno ........................................................................................................... 18 Ciclohexano ........................................................................................................ 19 Bases lubricantes ............................................................................................... 19 Asfaltos líquidos ................................................................................................. 19 Características de los tipos de hidrocarburos líquidos .......................................... 20 CAPITULO III: HIDROCARBUROS GASEOSOS ................................................. 22 Hidrocarburos gaseosos ....................................................................................... 22 Gas natural ......................................................................................................... 22 El gas de petróleo licuado (GLP) ........................................................................ 23 Gases ................................................................................................................. 23 Metano ............................................................................................................... 24 ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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Etano .................................................................................................................. 24 Propano .............................................................................................................. 24 Butano ................................................................................................................ 24 Gas ciudad o gas de hulla .................................................................................. 25 Gas de carbón .................................................................................................... 25 Acetileno ............................................................................................................. 26 CAPITULO IV: USOS Y APLICACIONES DE LOS HIDROCARBUROS LIQUIDOS Y GASEOSOS. ...................................................................................................... 26 Productos comerciales y de uso cotidiano se obtienen a partir de procesos industriales que comienzan con el petróleo. ....................................................... 28 Productos obtenidos. Aplicaciones ..................................................................... 29 Usos del gas natural ........................................................................................... 30 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 31

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Planta petroquímica. ................................................................................. 8 Figura 2 Proceso de refinación del petróleo. ........................................................... 9 Figura 3. Principales productos de refine del petróleo. ......................................... 11 Figura 4. Proceso de refino de productos derivados del petróleo. ........................ 11 Figura 5. Cadena de valor del petróleo y sus derivados. ...................................... 12 Figura 6 ................................................................................................................. 12 Figura 7 Gasolina .................................................................................................. 13 Figura 8. Queroseno. ............................................................................................ 15 Figura 9. Grasas y lubricantes. .............................................................................. 16 Figura 10. Hexano. ................................................................................................ 17 Figura 11. Tolueno. ................................................................................................ 18 Figura 12. Asfalto líquido. ...................................................................................... 19 Figura 13. Gas natural. .......................................................................................... 23 Figura 14 Gas licuado de petróleo. ....................................................................... 23 Figura 15. Molécula de metano. ............................................................................ 24 Figura 16. Molécula de etano. ............................................................................... 24 Figura 17. Molécula de Propano. .......................................................................... 24 Figura 18. Molécula de Butano .............................................................................. 25 Figura 19. Gasolina. .............................................................................................. 28 Figura 20. Planta petroquímica. ............................................................................ 30


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PRÓLOGO

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stimado lector los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. La estructura molecular consiste en un armazón de átomos de carbono a los que se unen los

átomos de hidrógeno. Los hidrocarburos son los compuestos básicos de la Química Orgánica. Los hidrocarburos son una fuente importante de generación de energía para las industrias, para nuestros hogares y para el desarrollo de nuestra vida diaria. Pero no son sólo combustibles, sino que a través de procesos más avanzados se separan sus elementos y se logra su aprovechamiento a través de la industria petroquímica, estos además son fuente de energía para el mundo moderno y también un recurso para la fabricación de múltiples materiales con los cuales hacemos nuestra vida más fácil. Los hidrocarburos se pueden clasificar según su estado de agregación en sólidos, líquidos y gaseosos, en es te compendio, se centra en los dos últimos, de los cuales se extrae conceptos básicos, usos, así como aplicaciones. Esta antología está basada en una investigación muy detallada de los distintos conceptos básicos de este tema, en esta, usted podrá encontrar textos, cuadros, tablas e ilustraciones que brindan información y detalles de carácter técnico sobre el material expuesto en cada capítulo. El capítulo primero da un panorama general de los hidrocarburos, el capítulo segundo realiza un enfoque en los hidrocarburos líquidos, donde se presentan su definición, así como características y algunos uso s. El capitulo tercero aborda el tema de hidrocarburos gaseosos, mostrando sus tipos, además de características y usos. Por ultimo el capitulo cuarto, engloba los usos y aplicaciones de estos tipos de hidrocarburos. Si llego hasta aquí, está realmente interesado en adquirir conocimientos que le permitirán conocer los diferentes conceptos relacionados a los hidrocarburos líquidos y gaseosos. Espero, que al terminar de leer o estudiar esta guía, usted adquiera conocimientos que le generen una visión mas amplia del mundo tan amplio de los hidrocarburos.


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CAPITULO I: GENERALIDADES Presentación de manera general de los hidrocarburos líquidos y gaseosos.

Petróleo y los líquidos de gas natural Los hidrocarburos que tienen desde uno a cuatro carbonos son gaseosos (por ejemplo: metano, etano o etileno). Los hidrocarburos con más de cinco carbonos son líquidos, por ejemplo, el hexano o el octano. Y los hidrocarburos con más diecisiete carbonos son sólidos. Este es el caso del heptadecano. El petróleo y el gas natural (GN) son una mezcla de compuestos orgánicos de carbono e hidrógeno en estado líquido (petróleo) y gaseoso (GN) que se forman en depósitos subterráneos de roca sedimentaria mezclados con otros elementos, es decir, deben procesarse para poder ser comercializados. Los reservorios de petróleo pueden contener GN asociado; y los reservorios de GN no asociado pueden tener GN seco o húmedo. El último caso corresponde a la presencia de condensados de GN. Las empresas de hidrocarburos producen tanto petróleo como GN. En particular, los líquidos de gas natural (LGN) se originan cuando se separan del GN húmedo. Están formados, principalmente, por butano y propano, aunque pueden contener otros compuestos como etano o pentano. La explicación más aceptada del origen del petróleo (enfoque orgánico) afirma que se origina a partir de la materia orgánica de seres que vivieron hace millones de años y que fue depositada junto a otros materiales sólidos en el fondo de mares o lagunas, se descompuso y fue enterrada por los sedimentos acumulados. La mayor profundidad y presión, la falta de aire y temperatura, junto a procesos físicos y químicos, produjeron petróleo. De manera Figura 1 Planta petroquímica.

similar se origina el GN. El uso práctico del petróleo y LGN es mínimo.

La separación y procesamiento de sus componentes (refinación) permiten obtener productos con valor agregado. En este sentido, ambos hidrocarburos son insumos para producir múltiples derivados. El petróleo y los LGN se comercializan en el ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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mundo de forma muy dinámica. El petróleo puede ser almacenado y no es fácilmente sustituible a corto ni mediano plazo. El avance tecnológico permite la posibilidad de reemplazarlo a largo plazo por otros combustibles sustitutos (GN y LGN, energía solar, nuclear y geotérmica, entre otros). Los derivados de estos productos se utilizan en casi todos los sectores económicos, aunque principalmente en la industria (petroquímica, eléctrica, manufactura, etc.), el transporte, la cocción de alimentos y calefacción.

Refinación o procesamiento Es la actividad principal en la industria, donde se refinan o procesan los hidrocarburos (petróleo o LGN) para producir bienes de alto valor comercial como gasolinas, diésel y gas licuado de petróleo (GLP), entre otros. La refinación del petróleo consiste en separar, mediante el calor, los diversos hidrocarburos que luego se mezclan con componentes que permiten otorgarles las especificaciones técnicas exigidas en el país para su comercialización (ejemplo: octanaje).

Figura 2 Proceso de refinación del petróleo.

El procesamiento de los LGN que se realiza en las plantas de fraccionamiento consiste en obtener GLP, gasolina natural y otros compuestos. Por lo tanto, la etapa de refinación o procesamiento elabora múltiples productos.


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Figura 3. Principales productos de refine del petróleo.

El proceso de craqueo catalítico, antes mencionado, permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante la alquilación, la isomeración o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje para motores especializados. La fabricación de estos productos ha dado origen a una gigantesca industria petroquímica que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina, fertilizantes, azufre, disolventes, materias primas para fabricar medicinas, nailon, plásticos, pinturas, poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes, así como otros componentes para la producción de abonos. Las plantas de tratamiento más usuales son: MTBE, para mejorar la calidad de la gasolina, Alquilación, para reducir los derivados de plomo, e isomeración, para obtener productos de alto índice de octano que son utilizados para las gasolinas.

Figura 4. Proceso de refino de productos derivados del petróleo.


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CAPITULO II: HIDROCARBUROS LÍQUIDOS ¿Qué son los hidrocarburos líquidos y qué representan para nuestro país? Desde antes de la época de la Colonia han sido fuente importante de energía, y con los años su protagonismo ha crecido y su perfil, evolucionado. Comencemos esta antología explicando su cadena de valor y las características que los distinguen.

Los hidrocarburos líquidos comprenden al petróleo y sus d erivados y los líquidos de gas natural. Petróleo y sus derivados. Es una mezcla de una gran variedad de hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) en fase líquida, mezclados con diversas impurezas. Se obtienen de él diversos combustibles y subproductos.

Exploración y explotación Mediante la exploración se buscan nuevas reservas que permitan incrementar la producción de hidrocarburos líquidos y otros derivados. En esta etapa hay economías de aprendizaje: la reducción de los costos medios y el aumento de la productividad como resultado de una mayor exploración, y la difusión de dicha experiencia entre las diferentes empresas. Estas permiten convertir la incer tidumbre inherente en riesgo y aumentan la predictibilidad de la oferta de hidrocarburos. En la etapa de explotación hay economías de escala en la fase de desarrollo o inicial del proyecto. Al comienzo de la explotación, la cantidad de reservas en el yacimiento es mayor y, por lo tanto, también la presión que impulsa los hidrocarburos hacia la superficie al perforar un pozo. La cantidad extraída crece en esta fase para evitar un derrame o fuga descontrolada de hidrocarburos. Las empresas deben invertir en equipos especiales de seguridad. Cabe señalar que la facilidad de extracción también depende de las características del hidrocarbu ro y del tipo de roca en la que se encuentra (grado de porosidad y permeabilidad).

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Figura 5. Cadena de valor del petróleo y sus derivados.


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Tipos de hidrocarburos líquidos Gasolina El producto más importante de las refinerías es la gasolina para motores, una mezcla de fracciones de hidrocarburos con puntos de ebullición relativamente bajos, incluida la gasolina reformada, de aquilato, nafta alifática (nafta ligera de destilación directa), nafta aromática (nafta de craqueo térmico y catalítico) y aditivos. Las mezclas de gasolina tienen puntos de ebullición que van desde temperaturas ambiente hasta unos 204 °C, y un punto de inflamación inferior a –40 °C. Las cualidades críticas de la gasolina son el índice de octano (cualidad antidetonante), la volatilidad (arranque y tapón de vapor) y la presión de vapor (control ambiental). Los aditivos se utilizan para mejorar el rendimiento de la gasolina y proporcionar protección frente a la oxidación y la corrosión. La gasolina empleada en aviación es un producto de alto índice de octano, una mezcla especialmente estudiada para ofrecer buen rendimiento a grandes altitudes. El plomo tetraetílico (PTE) y el plomo tetrametílico (PTM) son aditivos de la gasolina que mejoran los índices de octano y las cualidades antidetonantes. En un esfuerzo por reducir la presencia de plomo en las emisiones de escape de los automóviles, estos aditivos ya no se utilizan de modo habitual, excepto en la gasolina empleada en aviación. Para mejorar las cualidades antidetonantes de la gasolina sin plomo y reducir las emisiones de monóxido de carbono, en lugar de PTE y PTM se utilizan etilbutiléter terciario (EBET), metilbutiléter terciario (MBET), amilmetiléter terciario (AMET) y otros compuestos oxigenados.

Figura 7 Gasolina


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Las fracciones que siguen a la de los gases en la destilación del petróleo corresponden a la gasolina ligera y lo que se conoce como nafta. La temperatura de ebullición de sus componentes oscila entre 25 y 150ºC. La gasolina también es una mezcla de hidrocarburos, pero menos compleja que el petróleo crudo por ser una de sus fracciones. Los alcanos típicos de la gasolina van desde 5 hasta 12 carbonos. También hay pequeñas cantidades de otros hidrocarburos y de algunos compuestos con azufre y nitrógeno. La fracción de gasolina tal como sale del proceso de destilación, aún no es apta para quemarse en los motores de automóvil. Existen diversos medios de modificación para hacerla más útil.

El grado de

ramificación de un hidrocarburo afecta no solo la cantidad de calor que se libera cuando el hidrocarburo se somete a combustión, sino además la rapidez con la cual reacciona. Cuando la gasolina se quema con demasiada rapidez en un motor de combustión interna se produce un sonido que se describe como “golpeteo” o detonaciones en el motor. La tendencia de la gasolina al golpeteo viene dada por su índice de octano. A menor índice de octano mayor tendencia al golpeteo. Los patrones son: heptano con un valor de cero y 2,2,4-trimetilpentano (iso-octano) con un valor de 100. El índice de octano de una gasolina es igual al porcentaje de isooctano en una mezcla iso-octano-heptano. Un índice de octano d e 90 indica que se tiene una mezcla de 90% de isooctano y un 10% de heptano. Combustible para motores de reacción y queroseno El queroseno es una mezcla de parafinas y naftenos, generalmente con menos de un 20 % de componentes aromáticos. Tiene un punto de inflamación superior a 38 °C y un intervalo de temperaturas de ebullición de 160 °C a 288 °C, y se utiliza para alumbrado, calefacción, disolventes y para mezclarlo con gasóleo diesel. El combustible para motores de reacción es un destilado intermedio de queroseno cuyas cualidades críticas son el punto de congelación, el punto de inflamación y el punto de humo. El combustible comercial para motores de reacción tiene un rango de ebullición de aproximadamente 191°C a 274 °C, y el combustible para motores de reacción de uso militar, un rango de 55 °C a 288 °C. ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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El kerosene es un líquido incoloro e inflamable. Se obtiene de la destilación del petróleo entre 150 y 230ºC, y el rango de átomos de carbono de sus componentes es de 12 a 15. Era muy usado en lámparas de alumbrado. El kerosene directamente Figura 8. Queroseno.

destilado requiere de algún tratamiento para reducir su contenido de azufre y su corrosividad. El uso del kerosene para cocinar está restringido hoy en día a los países más pobres, en los cuales es difícil acceder a combustibles refinados. En las fracciones pesadas se encuentran algunos compuestos aromáticos.

Combustibles de destilación Los gasóleos Diesel y los de calefacción doméstica son mezclas de color claro de parafinas, naftenos y componentes aromáticos, que a veces contienen cantidades moderadas de olefinas. Los combustibles de destilación tienen puntos de inflamación superiores a 60 °C y rangos de ebullición de 163 °C a 371 °C aproximadamente, y con frecuencia se someten a hidrodesulfuración para mejorar la estabilidad. Al ser combustibles, cuando se tratan emiten vapores que forman mezclas inflamables con el aire. Entre las cualidades idóneas de los combustibles de destilación están los puntos de inflamación y de goteo controlados, la combustión limpia, la ausencia de formación de depósitos en los tanques de almacenamiento y un índice de cetano de los gasóleos diésel adecuado para un buen arranque y una combustión satisfactoria. Combustibles residuales Muchos barcos e instalaciones comerciales e industriales utilizan combustibles residuales o combinaciones de combustibles residuales y de destilación, para generación de energía y calor y para procesado. Los combustibles residuales son mezclas líquidas de color oscuro y alta viscosidad de moléculas grandes de hidrocarburos, con puntos de inflamación superiores a 121 °C y altos puntos de ebullición. Las especificaciones críticas de los combustibles residuales son la viscosidad y el bajo contenido de azufre (para el control ambiental). Varios compuestos puros, entre ellos el benceno, el tolueno, el xileno, el hexano y el heptano, cuyos puntos de ebullición y composición en cuanto a hidrocarburos están ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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estrictamente controlados, se obtienen para utilizarlos como disolventes. Los disolventes se clasifican en aromáticos y no aromáticos, según su composición. Su empleo como diluyentes de pintura, líquidos de limpieza en seco, desengrasantes, disolventes industriales y de plaguicidas, etc., suele estar de terminado por su punto de inflamación, que varía desde bastante menos de –18 °C hasta más de 60 °C. Aceites de proceso Los aceites de proceso comprenden el rango de alto punto de ebullición, los productos de destilación directa atmosférica o al vacío, y los que se obtienen por craqueo térmico o catalítico. Se trata de mezclas complejas que contienen grandes moléculas de hidrocarburos parafínicas, nafténicos y aromáticos con más de 15 átomos de carbono; se utilizan como cargas para craqueo o fabricación de lubricantes. Los aceites de proceso tienen viscosidades bastante altas, puntos de ebullición comprendidos entre 260 °C y 538 °C y puntos de inflamación superiores a 121 °C. Lubricantes y grasas Los aceites lubricantes básicos se obtienen mediante procesos de refino especiales de acuerdo con requisitos específicos de los clientes. Son mezclas de color claro a intermedio, baja volatilidad, y viscosidad entre intermedia y alta, de aceites parafínicos, Figura 9. Grasas y lubricantes.

nafténicos y aromáticos, con rangos de ebullición

entre 371 °C y 538 °C. Con los aceites lubricantes base se mezclan aditivos (desemulsificantes, antioxidantes y elementos que mejoran de la viscosidad) a fin de proporcionarles las características exigidas a los aceites de motor, aceites hidráulicos y para turbinas, grasas industriales, lubricantes, aceites para engran ajes y aceites de corte. Las grasas son mezclas de aceites lubricantes y jabones metálicos, a los que se añaden materiales de función específica, como amianto, grafito, molibdeno, siliconas y talco para proporcionar aislamiento o lubricidad. Los aceites de corte y los aceites de transformación de metales son aceites lubricantes con aditivos ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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especiales, como cloro, azufre y ácidos grasos, que reaccionan bajo la acción del calor, proporcionando así lubricación y protección a las herramientas de corte. A los aceites de corte solubles en agua se les añaden emulsificantes y agentes antibacterianos. Bencina Industrial La bencina industrial es una nafta obtenida en los procesos de destilación primaria del petróleo crudo. Usos: Es un producto utilizado como materia prima para la manufactura de disolventes alifáticos básicamente. Es perfectamente segura si se maneja correctamente. No debe usarse para la limpieza por el riesgo de contaminación ambiental y por los efectos lesivos para el cuerpo humano, especialmente la piel. Disolventes alifáticos: hexano. Los disolventes alifáticos (Disolventes 1,2,3,4 y hexano) son derivados del petróleo volátiles y producto de la destilación de Naftas o Gasolina Natural. Los disolventes son separados según límites de ebullición controlados y luego sometidos a procesos de purificación, neutralización y rectificación de sus límites de destilación. Estos productos son incoloros, de olor agradable y con poder de solvencia que permiten

Figura 10. Hexano.

una adecuada utilización en la industria. Los principales usos son: 

Disolvente N°1: En la elaboración de aceites, pinturas y resinas, pegantes y adhesivos, elaboración de tiner, como combustible para hornos de galletería e industrias alimenticias.

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Disolvente N°2: Son bases para la industria del caucho, en la elaboración de tintas y para la formulación de tiner.

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Disolvente N°3: Utilizados en la fabricación de pinturas, para la obtención de disolventes de resinas y en la elaboración de productos agrícolas.

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Disolvente N°4: Básicos en la fabricación de resinas, ceras y betunes, lavanderías y como medio de limpieza en general. ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROCARBUROS LÍQUIDOS Y GASEOSOS. 

Hexano: Son la base para la extracción de aceites vegetales comestibles.

Benceno Se produce por destilación fraccionada de las naftas de petróleo obtenidas en el proceso de reformación catalítica. Es un hidrocarburo aromático líquido, volátil, incoloro, inflamable, de olor aromático característico. Se usa en la actualidad para la fabricación de ciclo hexano, también puede ser utilizado en la fabricación de estireno, cloro bencenos, fenol, nitrobenceno y anhídrido maleico. Tolueno Se produce por reformado catalítico, proceso petroquímico que le da un novel de alta pureza. Es un hidrocarburo aromático, liquido, volátil, poco soluble en agua, pero que se mezcla fácilmente con alcohol, éter, cloroformo, acetona, ácido acético y di sulfuro de carbono. Es utilizado actualmente como Figura 11. Tolueno.

disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, tiner y tintas.

Puede remplazar al benceno en ciertas formulaciones de productos. A demás, es usado como materia prima para la producción de benceno. Xilenos Mezclados Son obtenidos de la destilación fraccionada de concentrados aromáticos extraídos de las naftas catalíticas reformadas. Los xilenos son líquidos volátiles, miscibles en alcohol, éter y otros disolventes orgánicos comunes y casi insolubles en agua. Don ampliamente utilizados en la industria de las pinturas, en la producción de insecticidas y para la elaboración de los diversos tipos de tiner. Por su poder de solvencia, puede remplazar al benceno en ciertas formulaciones. Ortoxileno Se produce por destilación fraccionada de los xilenos mezclados, obtenidos en el proceso de fraccionamiento de las naftas de reformación catalítica. Es un líquido


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inflamable, que produce irritación en la piel, los ojos y las vías respiratorias en general. Es utilizado como materia prima para la producción de anhídrido ftálico. Ciclohexano Es un derivado del petróleo obtenido mediante la hidrogenación catalítica del benceno de alta pureza. Es un hidrocarburo líquido y muy volátil, de olor parecido al del benceno. Es utilizado para la producción de Caprolactama y también en la elaboración del ácido adípico con destino a la industria del nylon. Bases lubricantes Son fracciones de petróleo obtenidas en la etapa de destilación al vacío de crudos seleccionados y que luego de ser sometidas a tratamientos de des parafinado, hidrogenación y extracción con fenol, presentan características apropiadas para la formulación de aceites lubricantes de optima calidad. Depen diendo de la naturaleza del crudo del cual proceden se clasifican en bases parafínicas y bases naftenicas. Su rango de destilación esta normalmente comprendido entre 350 °C y los 650 °C. La principal aplicación de las bases parafínicas se presenta en la formulación de aceites lubricantes para uso automotor e industrial. Las bases parafínicas son requeridas donde se necesite un índice de viscosidad alto, mientras las naftenicas se utilizan preferencialmente cuando se necesita lubricación a bajas temperaturas y una mayor fluidez. Otros usos secundarios de las bases son en las formulaciones de tintas, en vaselinas o como agente para ablandamiento de fique. Asfaltos líquidos Son aquellos que se obtienen mediante la mezcla de asfalto base con destilados tipo queroseno o con destilados del tipo nafta. En el primer caso se obtiene un asfalto liquido de curado medio, y en el segundo, un asfalto de curado rápido. Básicamente los asfaltos son utilizados en la construcción y conservación de carreteras. También como material de sello en la

Figura 12. Asfalto líquido.

industria de la construcción. ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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Características de los tipos de hidrocarburos líquidos Características de las gasolinas De acuerdo con Leffler (2000), la gasolina es un hidrocarburo derivado liviano del petróleo en el rango de los 26 a 204 °C, para usar en motores de combustión interna de encendido por chispa. Entre sus principales características se encuentra el octanaje, la medida de resistencia a la ignición de la gasolina sin la ayuda de una bujía. Un mayor octanaje implica menor resistencia. De preferencia, la gasolina utilizada en el motor debería ser de un octanaje equivalente. Según Repsol, un mayor octanaje significa mejor calidad de la gasolina, pues produce más respuesta a exigencias, potencia y eficiencia en el motor. El uso de una gasolina de menor octanaje provoca el conocido “cascabeleo”, ya que el combustible se inflama antes de que se encienda la chispa. La presión de vapor se relaciona con el octanaje. Este permite que se facilite alcanzar las condiciones para que el motor se encienda en distintos contextos. Cuando uno gira la llave para prender el vehículo, la gasolina entra en el cilindro en forma de vapor. Mientras más frío esté el motor, más demorará la gasolina en mezclarse con el aire de manera que se genere una unión inflamable. Características del diésel Entre sus principales características se encuentra el número de cetano. Según Leffler (2000), es una medida de la calidad de ignición del diésel y refleja el porcentaje de cetano en una mezcla con el compuesto alfametilnaftaleno. A diferencia de las gasolinas, la autoignición es importante en el diésel. Se usa más cetano para el diésel en vehículos particulares que en camiones. El contenido de azufre en este tipo de combustibles ha sido materia de preocupación en diversos países del mundo. Características del gas licuado de petróleo Este hidrocarburo en condiciones normales de presión (1 atmósfera) y temperatura (20°C) se encuentra en estado gaseoso. Es más barato almacenarlo y transportarlo en estado líquido, pues su volumen es 250 veces menor, lo que se consigue si se coloca en envases con mayor presión. ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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El gas licuado de petróleo (GLP) combinado con el aire en una proporción menor a 10% es inflamable, combustiona rápido y no emite residuos contaminantes como plomo o azufre. Es inodoro e incoloro, o es tóxico ni venenoso, pero en grandes proporciones en el aire puede causar la muerte por asfixia y, en estado líquido, quemaduras en la piel. Presenta ventajas económicas con respecto a su rendimiento en comparación a otros combustibles. Los usos principales del GLP son para calefacción y cocción de alimentos. Su comercialización en el mundo es bastante fluida. Características de aceites de proceso Los aceites de proceso son irritantes para la piel y contienen altas concentraciones de HAP, así como compuestos de azufre, nitrógeno y oxígeno. Debe evitarse la inhalación de vapores y nieblas, y la exposición cutánea debe controlarse con medios de protección personal y buenas prácticas higiénicas. Características de lubricantes y grasas La cualidad más crítica de un aceite lubricante base es un alto índice de viscosidad, lo que, a temperaturas variables, proporciona menores cambios en viscosidad. Tal característica la tiene el petróleo crudo utilizado como carga o se consigue por medio de aditivos que mejoren el índice de viscosidad. Se añaden detergentes para mantener en suspensión cualquier lodo formado durante el uso del aceite. Aunque los aceites lubricantes no son irritantes por sí mismos y tienen baja toxicidad, los aditivos presenta ciertos riesgos. Los usuarios deben consultar los datos de seguridad de los materiales que figuran en la información facilitada por el proveedor, para determinar los riesgos de ciertos aditivos, lubricantes, aceites de corte y grasas específicos


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CAPITULO III: HIDROCARBUROS GASEOSOS ¿Qué son los hidrocarburos gaseosos? ¿Cuáles hidrocarburos del tipo gaseoso existen? ¿Cuáles son sus usos y aplicaciones? Todas estas preguntas se responden a continuación.

Hidrocarburos gaseosos Gas natural El gas natural, a diferencia del petróleo, es obviamente solo una mezcla de hidrocarburos gaseosos, formado en su mayor parte (aproximadamente 80%) por metano; conteniendo, además: etano, propano, butano, pentano y hexano, que forman los productos más livianos de la línea de hidrocarburos. Acompaña generalmente al petróleo en los yacimientos. El propano y el butano se separan del gas natural y se comercializan en forma de gas licuado de petróleo. El primero se usa extensamente como combustible doméstico en las “cocinas de gas”; cuando sale del cilindro, baja su presión y vuelve al estado gaseoso. El gas natural se emplea además como combustible en la refinería de Talara, en las plantas de fertilizantes y de negro de humo de esa ciudad. Una importante aplicación es como materia prima para la industria petroquímica y en la síntesis del amoniaco usado en la planta de fertilizantes (fabricación de urea). También para la generación de energía eléctrica y para la alimentación de hornos y calderas de fábricas. Se afirma, sin embargo, que el gas natural aún no se ha explotado en el Perú en todas sus posibilidades. Su utilización en gran escala está muy difundida en otros países, principalmente en Europa, así como en Estados Unidos. Mientras el carbón y el petróleo generan serios problemas ambientales, el gas natur al es mucho más limpio en su extracción, transporte y combustión. Una ventaja adicional del metano, sobre todo en su uso en motores de combustión interna como el del automóvil, es su alto octanaje (más de 120 octanos), permitiendo muy altas compresiones y la consiguiente mayor eficiencia. El gas natural es un compuesto no tóxico, incoloro e inodoro, constituido por una mezcla de hidrocarburos en la que su principal componente es el metano (CH4), una molécula sencilla formada por 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno. ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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Su composición química, no obstante, varía sensiblemente según su procedencia, ya que acostumbra a ir asociada a otras moléculas o elementos como el ácido sulfhídrico (H2S), el anhídrido carbónico (CO2), el nitrógeno (N2) o el helio (He) que se extrae cuando el gas natural se destina a usos industriales y domésticos. Una propiedad destacada del gas natural es la limpieza en su combustión ya que, en una proporción adecuada con el aire, quema sin desprendimiento de cenizas, óxido de carbono u otros productos contaminantes, además de producir una llama de color azul muy característica. Una combustión defectuosa, Figura 13. Gas natural.

no obstante, por una inadecuada mezcla de aire, puede

producir humos y monóxido de carbono (CO), y liberar metano en la atmósfera, uno de los gases causantes del efecto invernadero.

El gas de petróleo licuado (GLP) Constituido por mezclas de hidrocarburos parafínicos y olefínicos, como el propano y el butano, se produce para utilizarlo como combustible, y se almacena y manipula en fase líquida a presión. El GPL tiene puntos de ebullición que van desde aproximadamente 74 °C hasta +38 °C, es incoloro y sus vapores son más pesados que el aire y extremadamente inflamables. Las cualidades

importantes

del

GPL

desde

la

perspectiva de la salud y seguridad en el trabajo son la presión de vapor y el control de los contaminantes. Figura 14 Gas licuado de petróleo.

Gases La fracción más liviana en el proceso de destilación del petróleo es la de los gases. Los primeros alcanos son gases a la temperatura ambiente: metano, etano, propano y butano. La temperatura de ebullición de sus componentes va aproximadamente hasta 25ºC.


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Metano El más sencillo de los hidrocarburos es el metano, el cual está compuesto por un carbono y cuatro hidrógenos. También se conoce como gas de los pantanos, su fórmula es CH4 y es el primer miembro de la serie de los alcanos. Es más liviano que el aire, Figura 15. Molécula de metano.

incoloro, inodoro e inflamable. Se encuentra en el gas natural, en el

gas grisú de las minas de carbón, en los procesos de las refinerías de petróleo, y como producto de la descomposición de la materia en los pantanos. También es uno de los principales componentes de la atmósfera de los planetas Saturno, Urano y Neptuno. El metano es apreciado como combustible y además se usa para producir derivados como cloruro de hidrógeno, etino y formaldehído de amplia aplicación en la industria. El metano tiene un punto de ebullición de -161,5 °C. Etano El segundo miembro de la serie de los alcanos es el etano. Su fórmula es CH3-CH3. Al igual que otros alcanos, es relativamente poco reactivo. A temperatura ambiente es un gas inflamable. Junto con otros hidrocarburos, el etano se encuentra en los depósitos de gas natural y también en el crudo de petróleo.

Figura 16. Molécula de etano.

Propano Esta otra estructura de tres carbonos y 8 hidrógenos corresponde al gas propano CH3CH2CH3. El propano es un gas incoloro e inodoro. También se encuentra en el petróleo en crudo, en el gas natural y Figura 17. Molécula de Propano.

como producto derivado del refinado del petróleo. Arde en contacto

con el aire, produciendo dióxido de carbono y agua, por lo que sirve como combustible. Es ampliamente utilizado como combustible industrial y doméstico. Butano Es el alcano de fórmula química C4H10. Existen dos butanos isómeros: el n-butano o butano normal, cuya cadena es continua y sin ramificaciones, mientras que en el isobutano o metilpropano, uno de los átomos de carbono forma una ramificación lateral. ANTOLOGÍA|EUNICE TORRES|INTROD. A LA PETROQUÍMICA

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Esta diferencia de estructura es la causa de las distintas propiedades que presentan. Así, el n-butano tiene un punto de ebullición de -0,5 °C; mientras que el i-butano tiene un punto de ebullición de -10,2 °C. Ambos butanos están presentes en el gas natural, en el petróleo y en los gases de las refinerías. Poseen una baja reactividad química a temperatura normal, pero arden con facilidad al quemarse al aire. Constituyen el componente

Figura 18. Molécula de Butano

más volátil de la gasolina, y a menudo se les añade propano en la elaboración del gas embotellado. No obstante, la mayoría del n-b utano se transforma en butadieno, que se utiliza para fabricar caucho sintético y pinturas de látex. También en la fracción de bajo peso molecular hay alquenos, como el etileno, el propileno y los butadienos. Del etileno se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases de polietileno, cloruro de vinilo, compuestos clorados, óxidos de etileno, monómeros de estireno entre otros que tienen aplicación en plásticos, recubrimientos, moldes, etc. Del propileno se producen compuestos como alcohol isopropílico, polipropileno y acrilonitrilo, que tienen gran aplicación en la industria de solventes, pinturas y fibras sintéticas. Por deshidrogenación de butenos, o como subproducto del proceso de fabricación de etileno se obtiene el 1.3-butadieno que es una materia prima fundamental en la industria de los elastómeros, para la fabricación de llantas, sellos, etc. Gas ciudad o gas de hulla Se obtiene principalmente a partir de la destilación de la hulla. Su poder calorífico es de unas 4000 kcal/m3. Es muy tóxico e inflamable, por lo que ha sido sustituido como combustible doméstico por el gas natural. Gas de carbón Se obtiene por la combustión incompleta del carbón de coque. Tiene un poder calorífico muy bajo, aproximadamente 1500kcal/m3 (gas pobre).


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Acetileno Se obtiene a partir del enfriamiento rápido de una llama de gas natural o de fracciones volátiles del petróleo con aceites de elevado punto de ebullición. Es un gas explosivo si su contenido en aire está comprendido entre el 2 y el 82%. También explota si se comprime solo, sin disolver en otra sustancia, por lo que para almacenar se disuelve en acetona. Se usa básicamente en la soldadura oxiacetilénica.

CAPITULO IV: USOS Y APLICACIONES DE LOS HIDROCARBUROS LIQUIDOS Y GASEOSOS. Variedad de tipos de hidrocarburos presentes en los der ivados del petróleo con sus características físicas y químicas, su clasificación, su representación gráfica, algunos beneficios y peligros en su utilización, así como su aplicación en la industria, y su utilización en la industria petroquímica.

Los siguientes son los diversos productos derivados del petróleo y sus aplicaciones: o

Benceno: Sirve para fabricar ciclohexano.

o

Ciclohexano: Es la materia prima para producir caprolactama y ácido adípico con destino al nylon.

o

Tolueno: Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia prima del benceno.

o

Xilenos mezclados: Se utilizan en la industria de pinturas, de insecticidas y de thinner.

o

o

Orto xileno: Es la materia prima para la producción de anhídrido ftálico. Alquilbenceno: Se usa en la industria de todo tipo de detergentes, para elaborar plaguicidas, ácidos sulfónicos y en la industria de curtientes. El azufre que sale de las refinerías sirve para la vulcanización del caucho, fabricación de algunos tipos de acero y preparación de ácido sulfúrico, entre otros usos.


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CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROCARBUROS LÍQUIDOS Y GASEOSOS. o

Gasolina motor corriente y extra: Se utiliza para el consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos.

o

Turbo combustible o turbosina: Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-A.

o

Gasolina de aviación: Para uso en aviones con motores de combustión interna.

o

o

ACPM o Diesel: De uso común en camiones y buses. Queroseno: Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales. Es el que comúnmente se llama "petróleo".

o

Cocinol: Especie de gasolina para consumos domésticos. Su producción es mínima.

o

Gas propano o GLP: Se utiliza como combustible doméstico e industrial.

o

Bencina industrial: Se usa como materia prima para la fabricación de disolventes alifáticos o como combustible doméstico

o

Combustóleo o Fuel Oil: Es un combustible pesado para hornos y calderas industriales.

o

Disolventes alifáticos: Sirven para la extracción de aceites, pinturas, pegantes y adhesivos; para la producción de thinner, gas para quemadores industriales, elaboración de tintas, formulación y fabricación de productos agrícolas, de caucho, ceras y betunes, y para limpieza en general.

o

Asfaltos: Se utilizan para la producción de asfalto y como material sellante en la industria de la construcción.

o

Bases lubricantes: Es la materia prima para la producción de los aceites lubricantes.

o

Ceras parafínicas: Es la materia prima para la producción de velas y similares, ceras para pisos, fósforos, papel parafinado, vaselinas, etc.

o

o

Polietileno: Materia prima para la industria del plástico en general Alquitrán aromático (Arotar): Materia prima para la elaboración de negro de humo que, a su vez, se usa en la industria de llantas. También es un diluyente


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CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDROCARBUROS LÍQUIDOS Y GASEOSOS. o

Ácido naftenico: 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.

Figura 19. Gasolina.

Productos comerciales y de uso cotidiano se obtienen a partir de procesos industriales que comienzan con el petróleo. Un altísimo porcentaje de los productos químicos empleados hoy en día tienen su origen en la industria petroquímica puesto que los materiales iniciales para su producción son el petróleo y el gas natural. A partir de éstos se obtiene toda una serie de productos químicos básicos, que son transformados a través de diversos procesos, a veces bastante complejos para llegar a ser muchos de los artículos de consumo común. Se debe tener en cuenta que muchos de estos productos son derivados de hidrocarburos y por lo tanto sus estructuras contienen átomos diferentes a carbono e hidrógeno, tales como oxígeno, nitrógeno o halógenos. El polietileno es un polímero ramificado que se obtiene por polimerización del etileno. Es un sólido más o menos flexible, según el grosor, ligero y buen aislante eléctrico; presenta además una gran resistencia mecánica y química. Se trata de un material plástico que por sus características y bajo costo se utiliza mucho en envasado, revestimiento de cables y en la fabricación de tuberías. También en la construcción y para fabricar prótesis, envases, bombonas para gases y contenedores de agua y combustible. Además láminas, bolsas, tuberías, revestimientos aislantes, tapones, tapas, envases, juguetes. El poliestireno se prepara por polimerización del estireno en presencia de agentes soplantes, y a partir de él se obtienen las espumas aislantes; también se utiliza para embalar productos alimenticios y objetos frágiles.


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También son hidrocarburos algunos aceites esenciales de plantas. Los más comunes son los monoterpenos, hidrocarburos de 10 átomos de carbono aislados generalmente mediante destilación con arrastre de vapor de material molido o pulverizado de alguna parte de una planta, especialmente hojas o flores. La mayoría de los terpenos contienen uno o más dobles enlaces o también ciclos. Los terpenoides son análogos a los terpenos y contienen átomos de oxígeno en la molécula. Tienen fragancias penetrantes o sabores frescos. Alcanfor se usa como repelente, mentol como anestésico suave, geranial y neral están en el aceite de limón, geranial tiene fuerte olor a limón y neral es dulce. Productos obtenidos. Aplicaciones Los procesos de transformación ponen a disposición del consumidor una amplia gama de productos comerciales: a. Energéticos: -

Gasolina motor. Para consumo en los vehículos automotores.

-

Turbocombustible. Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-A.

-

Gas-oil. De uso común en camiones y autobuses.

-

Queroseno. Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales.

-

Gas propano o GLR Se utiliza como combustible doméstico e industrial.

-

Fuel-oil. Es un combustible pesado para hornos y calderas industriales.

b. Productos especiales: -

Bencina industrial. Para disolventes o como combustible doméstico.

-

Disolventes. Para aceites, pinturas, pegamentos y adhesivos; gas para quemadores industriales; elaboración de tintas...

Materias primas para la industria petroquímica básica: - Ácido nafténico. Sirve para preparar sales metálicas. -

Benceno. Sirve para fabricar ciclohexano, para produ cir caprolactama y ácido adípico con destino al nylon.


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-

Tolueno. Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, y tintas.

- Alquilbenceno. Se usa en la industria de todo tipo de detergentes. El azufre que sale de las refinerías sirve para la vulcanización del caucho, fabricación de algunos tipos de acero y preparación de ácido sulfúrico, entre otros usos. Usos del gas natural Generación Eléctrica: El gas natural se usa como combustible para la generación de electricidad mediante turbogeneradores instalados en centrales termoeléctricas. Como combustible en la industria: Se usa gas natural como combustible en las industrias que tienen principalmente hornos y calderos. Ideal para las industrias del cemento, ladrillos, vidrios, cerámica, metalurgia, alimentos, papeles, textil, pesqueras, etc. Uso Comercial: Se utiliza como combustible en los hoteles, hospitales, panaderías, restaurantes para la cocción/preparación de alimentos, agua caliente y calefacción. Uso Residencial: En los hogares, el gas natural se usa para la cocción de alimentos, suministro de agua caliente y calefacción. Uso del Gas Natural en el transporte: Se utiliza como combustible en forma de Gas Natural Comprimido (GNC) en los vehículos con motores de combustión interna. Reemplaza a las gasolinas y es ventajoso por su alto octanaje (aproximadamente 120 octanos), menor costo y menor incidencia en la contaminación ambiental. Uso del Gas Natural en la Industria Petroquímica: La industria petroquímica usa como materia prima el gas natural para la fabricación de diversos productos denominados productos petroquímicos.

Figura 20. Planta petroquímica.


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BIBLIOGRAFÍA Libros: Francisco Roberto J. at et, La industria de los hidrocarburos, Primera edición, Osinergmin. Trujillo Mejía Felipe R., Hidrocarburos, Manejo seguro, Cuarta edición, Ecoe Ediciones.

PDF´S: 1.- Combustibles fósiles. Tecnología Industrial. https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2012/10/tema2_combustibl es-fosiles1.pdf 2.- Conceptos básicos sobre gas natural https://www.perupetro.com.pe/wps/wcm/connect/984b352d-2ac3-4f97-815c104617f8528f/Charla+Basica+sobre+GasNatural.pdf?MOD=AJPERES 3.- Tipos de hidrocarburos. http://www.iae.org.ar/archivos/educ9.pdf 4.- Combustibles industriales http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/CombustiblesINDUSTRIALES.2006.pdf


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ANTOLOGIA PETROQUIMICA

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