Informe Petroquimica Basica

Universidad Innovadora

Un ingeniero químico del gas natural y energía una empresa

PETROQUIMICA A!ICA C"TE#RA $

PETROQUIMICA A!ICA

CATE# CATE#R"T R"TICO ICO$$ #r% !c% !c% PA&A PA&ACIO! CIO! 'E&" 'E&"!QU !QUE( E()) A*ra+am A*ra+am E!TU#I E!TU#IA,T A,TE!$ E!$ TRA TRA'E(A'E(A-O O CO&QUI) CO&QUI) A*iga A*igail il .endi .endie e 'A&E,(UE&A CA!IMIRO) Emanuel !EME!TRE $

I/ 0UA,CA1O 2 PER3 456 7

I.- RESUMEN El presente trabajo se dispone analizar el aporte de la industri industria a petroquímica al producto de la economía mundial y nacional de modo que contribuya a señalar explícitamente aquellos aspectos que resultan vitales para el desarrollo del sector a nivel local. El desarrollo de la química moderna después de casi 50 años ha demostrado que el petróleo es la materia prima ideal para la síntes síntesis is de la mayor parte de los productos químicos químicos de ran consumo. !dem"s de su ran abundancia y disponibilidad# est" $ormado por una ran variedad de compuestos que presentan todas las estructuras carboniladas posibles# lo que permite acrecentar a%n m"s las posibilidades de nuevos productos. &a im impo porta rtanc ncia ia de la pet petroq roquí uími mica ca es estri triba ba en su ca capac pacida idad d pa para ra pro produc ducir ir ra rand ndes es vol%menes de productos a partir de materias primas abundantes y a bajo precio. &a mayor parte de los compuestos petroquímicos son or"nicos. 'in embaro# también varios productos inor"nicos se producen en randes cantidades a partir del petróleo# como por ejemplo el amoniaco# el nero de humo# el azu$re y el aua oxienada.

II.- INTRODUCCIÓN

 &a petroquímica es una rama de la química que se encara de estudiar los procesos químicos usados para extraer del petróleo y el as natural un ran n%mero de materias primas y substancias diversas# a partir de las cuales se elaboran todos aquellos productos químicos que son de usos muy variados en nuestra vida cotidiana. &os productos petroquímicos intervienen en todas las necesidades $undamentales de las personas como son la salud# la alimentación# la vivienda# el vestido# el transporte# las diversiones# etc. &a industria petroquímica es un excelente campo de desarrollo pro$esional# ya que la expansión de esta industria involucra el uso de tecnoloías modernas que a su vez mani$iestan una ran necesidad de capacitación a los nuevos pro$esionales. (or tanto# es importante conocer y comprender como se llevan a cabo los di$erentes procesos de la industria petroquímica. En este curso se dan a conocer las materias primas# condiciones# catalizadores y productos de los principales procesos petroquímicos. El propósito de este curso es transmitir a los alumnos el conocimiento de los principios b"sicos de los procesos petroquímicos m"s importantes a nivel industrial.

III.- OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL •

)escribir la obtención de productos petroquímicos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: •

•

*onocer los procesos que existen para los principales derivados del +as ,atural y (etroleo. Explicar la aplicación de los productos petroquímicos en la vida diaria del ser humano. .

IV.- MARCO TEÓRICO

¿QUÉ ES LA PETROQUÍMICA? &! (E-/1234*! comprende la elaboración de todos aquellos productos químicos que se derivan de los hidrocarburos del petróleo y el as natural. (or lo eneral el término no incluye los hidrocarburos combustibles# lubricantes# ceras ni as$altos. &os petroquímicos no se consideran como un tipo o clase particular de productos químicos# ya que muchos de ellos han sido y contin%an siendo $abricados con otras materias primas.  !sí por ejemplo# el benceno# el metanol y el acetileno se pueden producir a partir del carbón de hulla. El licerol se obtiene de las rasas# el etanol por $ermentación de la caña de az%car# el azu$re de los depósitos minerales.!lunos productos químicos se obtienen en la actualidad casi totalmente del petróleo. 1n caso típico es el de la acetona que oriinalmente se producía de la destilación de la madera# y posteriormente de la $ermentación de los productos arícolas. En el mismo caso se encuentra el cloruro de etilo que antiuamente se $abricaba a partir del etanol y actualmente sólo se $abrica industrialmente del petróleo.

¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO? *ualquier clasi$icación química del petróleo presupone que se ha establecido de antemano el tipo de compuestos que lo $orman. (ara esto se clasi$ican los hidrocarburos del pétroleo en tres randes series. &a primera serie est" $ormada por los hidrocarburos acíclicos saturados# llamados tambiénpara$ínicos. 'e les llama así porque no reaccionan $"cilmente con otros compuestos. 'u nombre proviene de las raíces rieas parum# pequeña y a$$inis# a$inidad. 'u $órmula eneral es

6n es un n%mero entero positivo7.

&os cuatro primeros hidrocarburos de esta serie son el metano y el butano

# el etano

y son los principales componentes de los ases del petróleo.

 ! la seunda serie pertenecen los hidrocarburos cíclicos saturados o na$ténicos de $órmula eneral

# tales como el ciclopentano

y el ciclohexano

.

&a tercera serie la $orman los hidrocarburos cíclicos no saturados# m"s conocidos como hidrocarburos arom"ticos# cuya $órmula eneral es de esta serie es el benceno

. El compuesto m"s simple

# que tiene seis "tomos de carbono unidos por 

dobles liaduras alternadas $ormando un anillo. &os hidrocarburos de esta %ltima serie# que se encuentran en el petróleo crudo por lo eneral# est"n constituidos por los llamados poliarom"ticos# que son varios anillos bencénicos unidos entre sí y que se encuentran principalmente en las $racciones pesadas.

'in embaro# aparte de las tres series antes mencionadas# existen en pequeñas cantidades otros hidrocarburos tales como los acíclicos no saturados# llamados también etilénicos

u ole$inas#

acetilénicos

de

$órmula

enera4

#

las diole$inas

los

# adem"s de otros hidrocarburos $ormados por la combinación de

anillos y cadenas que pueden semejarse a varias de las series precedentes. *omo dijimos anteriormente# el petróleo crudo casi no contiene hidrocarburos bencénicos lieros como el benceno# tolueno y xilenos. -ampoco cuenta con ran cantidad de ole$inas ni diole$inas de pocos carbones como son el etileno# propileno# butenos# butadieno e isopreno. 'ólo mediante procesos especí$icos o separ"ndolos al $abricar asolinas# es posible obtener estos importantes hidrocarburos.

¿CÓMO SE OBTIENEN PETROQUÍMICAS?

LAS

MATERIAS

PRIMAS

&a industria petroquímica emplea ante todo como materias primas b"sicas las ole$inas y los arom"ticos obtenidos a partir del as natural y de los productos de re$inación del petróleo8 el etileno# propileno# butilenos# y alunos pentenos entre las ole$inas# y el benceno# tolueno y xilenos como hidrocarburos arom"ticos. 'in embaro# en alunos casos# la escasa disponibilidad de éstos hidrocarburos debido al uso alterno que tienen en la $abricación de asolina de alto octano ha obliado a la industria a usar procesos especiales para producirlos. (or lo tanto# si se desea producir petroquímicos a partir de los hidrocarburos vírenes contenidos en el petróleo# es necesario someterlos a una serie de reacciones# se%n las etapas siuientes8 1.

-rans$ormar los hidrocarburos vírenes en productos con una reactividad química m"s elevada# como por ejemplo el etano# propano# butanos# pentanos# hexanos etc.# que son las para$inas que contiene el petróleo# y convertirlos a etileno# propileno# butilenos# butadieno# isopreno# y a los arom"ticos ya mencionados.

2.

4ncorporar a las ole$inas y a los arom"ticos obtenidos en la primera etapa otros hetero"tomos tales como el cloro# el oxíeno# el nitróeno# etc.# obteniéndose así productos intermedios de seunda eneración. Es el caso del etileno#

que al reaccionar con oxíeno produce acetaldehído y "cido acético. 3.

E$ectuar en esta etapa las operaciones $inales que $orman los productos de consumo. (ara ello se precisan las $ormaciones particulares de modo que sus propiedades correspondan a

los usos que prevén.  !lunos ejemplos de esta tercera etapa son los poliuretanos# los cuales# dependiendo de las $ormulaciones especí$icas# pueden usarse para hacer colchones de cama# salvavidas# o corazones arti$iciales. &as resinas acrílicas pueden servir para hacer  al$ombras# pla$ones para las l"mparas# prótesis dentales y pinturas. /tro caso típico es el del acetaldehído que se produce oxidando etileno y que encuentra aplicación como solvente de lacas y resinas sintéticas# en la $abricación de saborizantes y per$umes# en la manu$actura de pieles arti$iciales de tintas# cementos# películas $otor"$icas y $ibras como el acetato de celulosa y el acetato de vinilo. Esta clasi$icación tiene numerosas excepciones# a veces# por ejemplo# se reduce el n%mero de etapas para hacer el producto $inal. Es necesario mencionar otros productos que se consideran petroquímicos b"sicos sin ser hidrocarburos# como el nero de humo y el azu$re. 9stos se pueden obtener del as natural y del petróleo.  ! continuación trataremos de explicar cómo se obtienen los productos de la primera etapa# entre los cuales consideraremos no sólo la obtención de ole$inas y arom"ticos# sino también la de nero de humo y azu$re a partir de estos crudos.

PRODUCCION DE HIDROCARBUROS BÁSICOS OBTENCIÓN DE OLEFINAS *omo dijimos anteriormente# las ole$inas son hidrocarburos acíclicos insaturados. &os de mayor interés en cuanto a sus aplicaciones son aquellos que poseen de dos a cinco "tomos de carbono8 es decir# el etileno# propileno# n:buteno# butadieno e isopreno. En los países en donde existen yacimientos ricos en as natural# el etileno y el propileno se pueden obtener por medio del proceso llamado desinteración térmica 6mencionado en el capítulo ;7# usando como cara el propano y butano contenidos en dicho as.

(ero si no se dispone de randes cantidades de propano y butano# porque se consume como as &( 6que es el combustible usado en las ciudades que no tienen sistemas de distribución de as por medio de ductos7# entonces se usa el etano como cara en el proceso de desinteración. En este caso los productos principales de la reacción son el etileno# el metano y el hidróeno. 3éxico es uno de los países que ha adoptado este %ltimo método para la obtención de su etileno# razón por la cual no es autosu$iciente en propileno. &as %nicas $uentes disponibles actualmente provienen de los procesos de desinteración usados para hacer asolina. Es bien conocido que el as natural est" compuesto sobre todo de ases no licuables. (or lo tanto su transporte solamente resulta costeable cuando se cuenta con asoductos que lo conduzcan desde el luar de producción hasta el de consumo. (or  esta razón# para obtener ole$inas# la mayor parte de los países europeos han optado por alimentar con hidrocarburos m"s pesados a las desinteradoras térmicas. &a cara m"s utilizada en las re$inerías de Europa es una $racción denominada na$ta o asolina pesada# que proviene de la destilación primaria# y cuyas moléculas contienen de cinco a doce "tomos de carbono. ! veces se usan $racciones a%n m"s pesadas como los asóleos. El aprovechamiento de $racciones líquidas como las que acabamos de mencionar# procura toda una serie de ole$inas como son el etileno# propileno# butenos e isopentenos. -ambién se $orman diole$inas como el butadieno y el isopreno.  !dem"s de los productos antes mencionados# se obtiene una cantidad no despreciable de asolina de alto octano rica en arom"ticos. El hecho de poder producir asolinas de alta calidad en el mismo proceso que se usa para obtener petroquímicos# ha permitido que se unan ciertas empresas para aprovechar mejor sus recursos. !sí tenemos el caso de la re$inería de la <( 6
Cuadro 6% Principales productos petroquímicos 8O&E9I,A!:%

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OBTENCIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS &a necesidad de producir arom"ticos a partir del petróleo surió con la seunda +uerra 3undial# debido a la enorme demanda de tolueno para producir trinitrotolueno 6-,-7# llamado com%nmente dinamita.

Figura 1! S"#ara$i%& '" (a )ra$$i%& '" *u+i("&,-!

 !nteriormente# el tolueno se producía a partir del carbón mineral# pero esta industria $ue insu$iciente para satis$acer las demandas del mercado# lo que oblió a desarrollar  procesos de producción y extracción de tolueno contenido en las $racciones del petróleo. )espués de la uerra# se mantuvo el mercado de los hidrocarburos arom"ticos debido al desarrollo de los pl"sticos# deterentes# y una serie de productos sintéticos# adem"s de la demanda creciente de asolina de alto octano. &os arom"ticos de mayor importancia en la industria petroquímica son8 el benceno# el tolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se encuentran en la asolina natural en mínimas concentraciones# por lo que resulta incosteable su extracción. (or lo tanto# para producirlos se desarrolló el proceso denominado de desinteración catalítica# cuya materia prima de cara es la asolina natural o na$ta pesada# cuyo alto contenido de para$inas lineales y cíclicas 6na$tenos7 constituye el precursor de los arom"ticos.

1no de los procesos m"s comunes de re$ormación catalítica es el llamado de plat$ormin que usa como catalizador platino soportado sobre al%mina. &os productos líquidos de la reacción se someten a otros procesos en donde se separan los arom"ticos del resto de los hidrocarburos. (ara separar los arom"ticos entre sí# se puede utilizar cualquiera de los métodos siuientes8 a7 destilación azeotrópica 6ver cuadro 57# b7 destilación extractiva# c7 extracción con solvente# d7 adsorción sólida# y e7 cristalización.

Cuadro 4% Principales productos petroquímicos 8AROMATICO!:%

OBTENCIÓN DEL NE.RO DE HUMO El nero de humo es otra materia petroquímica. <"sicamente es carbón puro con una estructura muy semejante a la del ra$ito. El tamaño de las partículas en el nero de humo es lo que determina su valor. Entre m"s pequeñas sean# m"s caro ser" el producto. ;arían desde >0 hasta 500 m  6milésima parte de una micra que a su vez es la milésima parte de un milímetro7. 

Existen tres procesos enerales para $abricar industrialmente el nero de humo# que son los siuientes? proceso de canal# proceso de horno y proceso térmico. &as materias primas para hacer nero de humo pueden incluir desde as natural hasta aceites pesados con alto contenido de poliarom"ticos# como los productos de la torre de vacío descrita en los capítulos anteriores. &a di$erencia b"sica entre los dos primeros procesos y el %ltimo es que los procesos de canal y de horno obtienen los productos quemando parcialmente los materiales usados como materia prima# mientras que el proceso térmico consiste en descomponer los productos por medio de calor.  !ntes de >@A5# el nero de humo se $abricaba a partir del as natural usando cualquiera de los tres procesos mencionados. )espués de esta $echa se modi$icó el proceso de horno para de esta $orma poder usar hidrocarburos líquidos como materia prima# y actualmente es el que m"s se usa &os hidrocarburos que se utilizan como cara son desde asóleos hasta residuos pesados. En eneral# estas caras deben tener un alto porcentaje de arom"ticos pesados o poliarom"ticos# y un bajo contenido de azu$re. !dem"s deben producir un mínimo de ceniza mineral. El nero de humo contiene de BB a @@.CD de carbono# 0.A:0.BD de hidróeno# y 0.C a >D de oxíeno. El hidróeno es un remanente de las moléculas de hidrocarburo oriinales# y por eso $orma parte de la estructura ra$ítica. (or otro lado# como el oxíeno se absorbe en la super$icie# se le puede incorporar en cantidades variables mediante tratamientos posteriores. &as variedades de nero de humo comercial tienen una amplia ama de propiedades $ísicas y químicas# similares a las del ra$ito? pero como contiene rupos super$iciales# las características de los productos $inales en donde se usan son di$erentes. El nero de humo se usa en el hule de las llantas# en la $abricación de tintas# lacas# pinturas# en cierto tipo de polietileno. -ambién se emplea el nero de humo para la

$abricación de diamantes arti$iciales y para sembrar las nubes a $in de provocar lluvia.

OBTENCIÓN DE A/UFRE A PARTIR DEL PETRÓLEO El azu$re es un producto que se encuentra en abundancia en el petróleo crudo y en el as natural# bajo la $orma de sus principales derivados como son el "cido sul$hídrico y los mercaptanos 6hidrocarburos que contienen azu$re en su estructura molecular7# los cuales se distinuen $"cilmente por su $uerte olor a huevo podrido. Estos derivados del azu$re se encuentran presentes en todas las $racciones de la destilación del crudo. (or lo tanto es necesario someter todas las $racciones# sobre todo las de la destilación primaria# a los procesos llamados de desul$urización.  !lunas tecnoloías e$ect%an la desul$urización de las $racciones en presencia de hidróeno# otras no# pero todas hacen uso de catalizadores para e$ectuar esta trans$ormación. El azu$re que se obtiene de las $racciones petroleras es de una excelente calidad. En muchos casos la pureza alcanzada es superior a @@D# y se puede usar directamente para $ines $armacéuticos. Es de suma importancia la eliminación de los derivados del azu$re de las $racciones que van desde el as hasta los asóleos pesados. Esto se debe no sólo al hecho de que el azu$re envenena los catalizadores y a$ecta la calidad de las asolinas y la de los dem"s combustibles# sino sobre todo porque estos productos cuando se queman con los combustibles ocasionan problemas ecolóicos muy raves. 1no de los problemas m"s conocidos y que ha causado randes discusiones entre *anad" y Estados 1nidos es la llamada lluvia "cida. Este $enómeno es provocado por  el azu$re contenido en los combustibles# que al ser quemado se trans$orma en bióxido de azu$re que en presencia del ozono# los rayos ultravioleta y la humedad de la atmós$era# se convierte en "cido sul$%rico que se precipita con las lluvias. El aua de estas lluvias es muy "cida# lo que provoca la destrucción de "rboles y otras especies veetales. -ambién daña las especies animales# sobre todo las acu"ticas# al aumentar la acidez de las auas en los laos. !dem"s causa la corrosión de los monumentos históricos y edi$icios en las randes ciudades como (arís# oma# &ondres# 3éxico# !tenas# ,ueva ForG# -oGio# etc.

'in embaro# la destrucción provocada por la lluvia "cida no sólo llea a a$ectar la $lora# la $auna y los edi$icios# sino que también alcanza a los seres humanos al contaminar el aua potable que beben. (ero# Hcómo es esto posibleI &a explicación m"s sencilla es la siuiente8 el aua "cida se $iltra a través de la tierra y $orma sales de metales tóxicos como el arsénico# cobre# mercurio# etc.# que son solubles en aua. Estas sales acaban en los ríos subterr"neos y laos que proveen el aua que consumimos# y provocan una contaminación que no es $"cil de eliminar con los procesos usuales de potabilización. )espués de hacer una revisión r"pida de la $orma en que se obtienen las materias primas petroquímicas a partir de los hidrocarburos vírenes contenidos en el petróleo crudo# nos ustaría describir brevemente la relación que existe entre el consumo de asolina de alto octano y de as &(# y los precios de los petroquímicos mencionados en este capítulo.

PRINCIPALES USOS 0 PRODUCTOS El petróleo es un inrediente esencial en la industria para realizar miles de productos que hacen que nuestra vida sea m"s $"cil y muchos casos nos ayudan a que nuestra vida sea m"s lara y mejor. (or lo tanto# los petroquímicos son una parte vital de nuestra vida diaria.

• Audio casetes • Batidoras • Bolsas para almacenar alimentos • Bolsas para basura • Cámara fotográcas • Capsulas • Carriolas • Cinturones de seguridad • Computadoras • Conservantes de alimentos • Corazones articiales • Crema para rasurarse • Desodorante

• Marcapasos • Muebles • Pañales • Paraguas • Pasta de dientes • Patines de rueda en línea • Pegamento • Pelotas de olf • Perfumes • Pinturas • !elo"es digitales • !eproductor de discos compactos • !ollo fotográco

• Discos compactos • D#D • $nvases • $%uipa"e • $%uipo m&dico • $%uipo %uir'rgico • (ertilizantes • lobos • )nsecticidas • *eringas • *uguetes • +entes de contacto suaves • +entes de sol • +ipstic,

• !opa • -ecadoras de pelo • -.ampoo • /ablas de surf • /ar"etas de cr&dito • /e"ados • /el&fonos • /iendas de campaña • /inta • /inte para el pelo • #a"illa • #elas • #endas • #idrio de seguridad • 0apatillas

Figura. D!arr"##"! rgi"$a#! %"$ i&'a%("! g#")a#!.

V. - CONCLUSIONES 

'e describió que es la petroquímica.



'e describió los principales procesos de la petroquímica.



'e reconoció los principales productos de la petroquímica.

VI. - BIBLIOGRAFIA

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