La palabra petróleo (del latín petro: piedra, oleum: aceite) significa ACEITE DE PIEDRA. El petróleo es un líquido oleoso bituminoso de origen natural, inflamable, cuyo color varía de incoloro a negro, y consiste en una mezcla completa de hidrocarburos con pequeñas cantidades de otros compuestos. También recibe los nombres de petróleo crudo, crudo petrolífero o simplemente “crudo”. En la industria petrolera, la palabra "crudo" se refiere al petróleo en su forma natural no refinado, tal como sale de la tierra. Este petróleo crudo es una mezcla de gran variedad de aceites minerales, llamados "hidrocarburos", pues sus moléculas están formadas por hidrógeno y carbono, excepto cuando hay contaminación de azufre y otras impurezas indeseables.
Esta variedad de hidrocarburos forma una serie que va desde el asfalto grueso y pesado, o cera sólida a temperaturas ordinarias, hasta los aceites muy volátiles, tales como los que se encuentran en la gasolina, y técnicamente incluye también hidrocarburos gaseosos; bajo presiones suficientemente altas (como en el caso del gas propano encerrado en bombonas de gas doméstico). Estos gases son también líquidos, y bajo las presiones extremadamente altas que son creadas por la naturaleza en el subsuelo, todos estos hidrocarburos se encuentran generalmente presentes al principio en forma de petróleo crudo líquido.
La proporción de los diferentes hidrocarburos que integran el petróleo crudo varía en cada yacimiento, de lo que resulta la existencia de petróleos crudos que varían desde un líquido opaco, negro y grueso, tan pesado como el agua y que contiene muy poco, o nada de los hidrocarburos que se usan como gasolina, hasta aquellos crudos que pueden contener 40% o más de esos componentes de la gasolina, de color claro y transparente y con tres cuartos del peso del agua; en casos extremos, un yacimiento puede producir solamente hidrocarburos que se convierten en gases al salir a la presión de la superficie.
Aunque el crudo es solamente una simple mezcla de tal variedad de hidrocarburos, estos componentes no se separan por si solos, sino que hay que separarlos por medio de calor gradual, que hace evaporar primero los hidrocarburos livianos y luego, los más pesados; asimismo se puede calentar el crudo hasta convertirlo en gas y luego enfriarlo progresivamente, en cuyo caso los hidrocarburos pesados serán los primeros en convertirse en líquidos, luego los menos pesados, y así sucesivamente. Este último principio es la base principal en la refinación.
El petróleo se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie terrestre y se emplea como combustible y materia prima para la industria química. El petróleo y sus derivados se emplean para fabricar medicinas, fertilizantes, productos alimenticios, objetos de plástico, materiales de construcción, pinturas o textiles y para generar electricidad. Es el más útil y abundante de los combustibles descubiertos por el hombre en la corteza terrestre. El petróleo puede estar en estado líquido o en estado gaseoso. En el primer caso es un aceite y en el segundo es conocido como gas natural. Según la teoría más aceptada, el origen del petróleo y del gas natural es de tipo orgánico y sedimentario.
El petróleo se forma bajo la superficie terrestre por la descomposición de organismos marinos. Los restos de animales minúsculos que viven en el mar se mezclan con las arenas y limos que caen al fondo en las cuencas marinas tranquilas. Estos depósitos, ricos en materiales orgánicos, se convierten en rocas generadoras de crudo. El proceso comenzó hace muchos millones de años, cuando surgieron los organismos vivos en grandes cantidades, y continúa hasta el presente. Los sedimentos se van haciendo más espesos y se hunden en el suelo marino bajo su propio peso. A medida que van acumulándose depósitos adicionales, la presión sobre los situados más abajo se multiplica por varios miles, y la temperatura aumenta en varios cientos de grados. El cieno y la arena se endurecen y se convierten en esquistos y arenisca; los carbonatos precipitados y los restos de caparazones se convierten en caliza, y los tejidos blandos de los organismos muertos se transforman en petróleo y gas natural.
Una vez formado el petróleo, éste fluye hacia arriba a través de la corteza terrestre porque su densidad es menor que la de las salmueras que saturan los intersticios de los esquistos, arenas y rocas de carbonato que constituyen dicha corteza. El petróleo y el gas natural ascienden a través de los poros microscópicos de los sedimentos situados por encima. Con frecuencia acaban encontrando un esquisto impermeable o una capa de roca densa: el petróleo queda atrapado, formando un depósito. Sin embargo, una parte significativa del petróleo no se topa con rocas impermeables sino que brota en la superficie terrestre o en el fondo del océano. Entre los depósitos superficiales también figuran los lagos bituminosos y las filtraciones de gas natural.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Todos los tipos de petróleo se componen de hidrocarburos, aunque también suelen contener unos pocos compuestos de azufre y de oxigeno; el contenido de azufre varia entre un 0,1 y un 5%. Dichos hidrocarburos pueden separarse por destilación fraccionada de la que se obtienen aceites ligeros (gasolina), vaselina, parafina, asfalto y aceites pesados. El petróleo contiene elementos gaseosos, líquidos y sólidos. La consistencia del petróleo varía desde un líquido tan poco viscoso como la gasolina hasta un líquido tan espeso que apenas fluye. Por lo general, hay pequeñas cantidades de compuestos gaseosos disueltos en el líquido; cuando las cantidades de estos compuestos son mayores, el yacimiento de petróleo está asociado con un depósito de gas natural.
La composición elemental del petróleo normalmente varía entre estos intervalos:
| Elemento | Peso |
|---|---|
| Carbono | 84.87 |
| Carbono | 84.87 |
| Hidrógeno | 11-14 |
| Azufre | 0-2 |
| Nitrógeno | 0,2 |
El petróleo es un líquido insoluble en agua y de menor densidad que ella. Dicha densidad está comprendida entre 0.75 y 0.95 g/ml. Sus colores varían del amarillo pardusco hasta el negro.
La composición varía con la procedencia. Se los clasifica según el tipo de hidrocarburos que predominan en el:
- Petróleo a base parafínica (fluidos);
- Petróleo a base asfáltica (viscosos);
- Petróleo a base mixta.
El petróleo a base asfáltica es negro, viscoso y de elevada densidad: 0,95 g/ml. En la destilación primaria produce poca nafta y abundante fuel oil, quedando asfalto como residuo. Petróleos asfálticos se extraen del flanco sur del golfo de San Jorge (Chubut y Santa Cruz). Estos petróleos son ricos en compuestos cíclicos como el ciclopentano y el ciclohexano, y en hidrocarburos aromáticos como el benceno y sus derivados.
Los petróleos a base parafínica tienen color claro, son fluidos y de baja densidad: 85 g/ml. Rinden más nafta que los asfálticos. Cuando se refinan sus aceites lubricantes se separa la parafina. Mendoza y Salta poseen yacimientos de petróleos parafínicos. De estos petróleos se pueden extraer grandes cantidades de nafta, kerosene y aceites lubricantes.
Los de base mixta tienen características y rendimientos comprendidos entre las otras dos variedades principales. Después de destilar sus porciones más volátiles abandonan nafta y asfalto. Aunque sin ser iguales entre sí, petróleos de Comodoro Rivadavia (Chubut) y Plaza Huincul (Neuquén) son de base mixta.
Los componentes del petróleo más usados como combustibles son el Carbono y el Hidrógeno debido a que ellos se combinan fácilmente con el oxígeno, iniciando la combustión.
DERIVADOS DEL PETRÓLEO
Combustibles:
- Gasolina motor corriente y extra: Para consumo en los vehículos automotores de combustión interna, entre otros usos.
- Turbocombustible: (turbosina) Gasolina para aviones jet, también conocida como Jet-K
- Gasolina de aviación: Para uso en aviones con motores de combustión interna.
- ACPM o Diesel: De uso común en camiones y buses.
- Kerosene: Se utiliza en estufas domésticas y en equipos industriales.
- Cocinol: Especie de gasolina para consumos domésticos. Su producción es mínima.
- Gas propano o GLP: Se utiliza como combustible doméstico e industrial.
- Bencina industrial: Se usa como materia prima para la fabricación de disolventes alifáticos o como combustible doméstico.
- Combustóleo o Fuel Oil: Es un combustible pesado para homos y calderas industriales
- 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.
- Asfaltos: Se utilizan para la producción de asfalto y como material sellante en la industria de la construcción.
Petroquímicos:
- Bases lubricantes: Es la materia prima para la producción de los aceites lubricantes.
- Ceras parafínicas: Es la materia prima para la producción de velas y similares, ceras para pisos, fósforos, papel parafinado, vaselinas, etc.
- 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.
- Ácido nafténico: 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: Sirve para fabricar ciclohexano.
- Ciclohexano: Es la materia prima para producir caprolactama y ácido adípico, con destino al nylon.
- Tolueno: Se usa como disolvente en la fabricación de pinturas, resinas, adhesivos, pegantes, thinner y tintas, y como materia prima del benceno.
- Xilenos mezclados: Se utilizan en la industria de pinturas, de insecticidas y de thinner.
- Alquilbenceno: Se usa en la industria de todo tipo de detergentes, para elaborar plaguicidas, ácidos sulfónicos y en la industria de curtientes.
Gas natural
El gas natural sirve como combustible para usos domésticos, industriales y para la generación de energía termoeléctrica. En el área industrial es la materia prima para el sector de la petroquímica. A partir del gas natural se obtiene, por ejemplo, el polietileno, que es la materia prima de los plásticos Del gas natural también se puede sacar gas propano. Esto es posible cuando el gas natural es rico en componentes como propanos y butanos, corrientes líquidas que se le separan.
Otros
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.
CRACKING O PIROLISIS DE LOS ALCANOS Y DEL PETROLEO
La pirólisis se define como la descomposición térmica del carbón en una atmósfera exenta de oxígeno. Como consecuencia de la destilación destructiva del carbón, se obtienen gases combustibles, aceites y residuos.
En todos los procesos de utilización y conversión del carbón, tiene lugar algún tipo de pirólisis. Por ejemplo, la gasificación está relacionada con la pirólisis. La pirólisis es una técnica muy antigua, data del siglo XVIII, donde se permitía ya la separación de los fueles hidrocarbonados.
ETAPAS DEL PROCESO
El proceso consta de 3 etapas claramente diferenciadas:
- En esta primera etapa se produce una descomposición lenta con producción de pequeñas cantidades de agua, óxidos de carbono, hidrógeno y metano. Esto es consecuencia de la ruptura de enlaces debido a alta temperatura a la que se lleva el proceso y consecuencia también de la liberación de gases retenidos en el carbón.
- Esta segunda etapa se conoce como descomposición térmica activa. La temperatura aumenta y se produce una fragmentación más profunda de la molécula de carbón con la formación de hidrocarburos condensables y alquitranes. Esta etapa comienza alrededor de los 360 ºC y finaliza cuando se han alcanzado temperaturas alrededor de los 560 ºC aproximadamente.
- La última etapa, que transcurre a temperaturas superiores a los 600 ºC, se caracteriza por la eliminación gradual de hidrógeno y otros heteroátomos.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PIRÓLISIS
Durante el proceso, la cantidad de componentes tantos gaseosos como líquidos puede variar desde un 25 a un 70% en peso aproximadamente. Esta cantidad depende de una serie de factores y variables que se mencionan a continuación:
Temperatura y velocidad de calentamiento
El carbón sufre una gran variedad de cambios tanto físicos como químicos cuando se incrementa la temperatura desde la ambiente hasta el final de la última fase, 1000 ºC aproximadamente. Si la temperatura de reacción es demasiado baja, las reacciones de descomposición no se producirán con la extensión debida y la obtención de gases y alquitranes será incompleta y, por tanto, el rendimiento en estos productos será bajo. A temperaturas de reacción altas, se producirán rupturas térmicas de los alquitranes y será por tanto pequeño el rendimiento en líquidos.
Así pues, existe una temperatura idónea a la cual se produce el máximo rendimiento. A continuación se muestra una tabla con los cambios y reacciones que se llevan a cabo según rangos de temperatura:
| Temperatura | Cambio |
|---|---|
| 100 ºC | Se libera el agua fisisorbida. |
| 100 – 250 ºC | Descarboxilación térmica de carbones de bajo rango. |
| 200 – 400 ºC | Pérdida de especies de bajo peso molecular. |
| 375 – 700 ºC | Destrucción térmica de la estructura del carbón. Formación de metano y otros alcanos, aromáticos y compuestos con nitrógeno. |
| 1000 ºC | La pirólisis se completa. |
PIROLISIS DEL PETROLEO
Desarrollada durante la primera etapa del siglo xx, la pirolisis (o desintegración térmica) fue el primero de los procesos de desintegración importantes. Muchas veces sustituida por desintegración catalítica de fluidos para incrementar la producción de gasolina y mejorar su calidad , la pirolisis se emplea principalmente en operaciones de coquificación y reducción de viscosidad. Ambos procesos se aplican para convertir residuos no destilables en productos mas valiosos.
Coquización térmica.
Por este proceso se convierten fracciones altamente residuales en gas , gasolina, destilados y coque, con el objeto de maximizar el rendimiento de destilados, y minimizar el de gas, gasolina y coque . Los destilados ligeros se utilizan en aceites domésticos e industriales para calentamiento. Los destilados pasados son materias primas apropiadas para desintegración catalítica. La gasolina que proviene de unidades de coquinificación térmica puede mezclarse con combustible para automotores después de un tratamiento adecuado, o bien puede ser sometida a tratamiento adicional para mejorar su índice de octano por reforma catalítica después de purificarla por hidrotratamiento. Aunque solo es un subproducto del proceso , el coque de petróleo es útil como combustible para generación de vapor y , si satisface ciertas ciertas especificaciones de pureza y de otro tipo, es una de las principal materias primas par a la fabricación de electrodos de carbono en las industrias del aluminio y otras electrometalúrgicas.
