V. FABRICACIÓN DE LA GASOLINA COMERCIAL
A PRINCIPIOS del siglo, la obtención de gasolina de calidad era cuestión de suerte. La naturaleza proporcionaba los ingredientes, casi siempre parafinas (hidrocarburos lineales y cíclicos), pero diluidos con otros componentes contenidos en el petróleo crudo.
En la actualidad la gasolina es un producto hecho por el hombre, o sea que
es sintética. Las principales razones son:
| 1. | |
| 2. | La cantidad de gasolina primaria o natural contenida
en los crudos es insuficiente para satisfacer la gran demanda provocada
por los cientos de millones de vehículos que circulan diariamente por
las carreteras y calles del mundo entero. |
Las dos razones aquí mencionadas crearon el reto para los científicos: cómo
remodelar las moléculas para producir más y mejores gasolinas.
Sin embargo, a medida que se hacían mejores gasolinas, simultáneamente los diseñadores de automóviles aumentaban la compresión de los motores elevando así su Potencia. Se necesitó entonces un índice de octano mayor.
Vamos a suponer que de un barril de 159 litros de petróleo crudo logremos separar
50 litros de gasolina cuyos componentes tienen de cinco a nueve átomos de carbono
, y que de los 109 litros
restantes algunos de los hidrocarburos no sean apropiados para usarlos como
gasolina, ya sea porque su composición no cuenta con suficientes átomos de carbono
por molécula 
o porque
tiene demasiados 
.
Otros quizás cumplan con el número requerido de carbonos, pero sus moléculas
están en forma lineal en vez de ramificada. Entonces, ¿cómo hacer más y mejor
gasolina del resto de los hidrocarburos que constituyen el barril de crudo?
PROCESOS PARA HACER MÁS GASOLINA
El sentido común nos dice que si tenemos moléculas con más átomos de carbono de los que necesitamos, hay que romper las cadenas que unen los átomos de carbono para obtener moléculas más chicas, cuyo número de carbono sea de cinco a nueve.
Pero si las moléculas tiene menos átomos de carbono de los que buscamos, entonces es necesario unir dos, tres o más de ellas entre sí, para agrandarlas hasta conseguir el tamaño deseado.
Para lograr esto, los científicos e ingenieros tuvieron que trabajar conjuntamente para desarrollar las tecnologías requeridas.
Esta labor en equipo es larga, laboriosa y muy costosa, pero si se tiene éxito, las compañías que patrocinan la labor obtienen enormes dividendos, ya que quien desee usar sus tecnologías tendrá que pagar mucho dinero por concepto de regalías, lo que indudablemente aumenta el costo final del producto elaborado.
Lo anterior nos permite comprender mejor la diferencia entre países desarrollados y países subdesarrollados. Los primeros tienen tecnología propia, que no es más que el simple conocimiento de cómo satisfacer las necesidades con los recursos disponibles. Mientras tanto, si los segundos no tienen estos conocimientos, se ven obligados a comprárselos a los primeros a un alto costo, pagando con recursos naturales, los cuales les son tomados a precios irrisorios.
Por eso todos los países subdesarrollados cuyo consumo de gasolina y de energéticos en general es elevado, tienen costos de fabricación altos ya que aunque sean productores de petróleo, se ven obligados a pagar regalías en todos los procesos de tecnología extranjera usados en las refinerías.
Pero ¿cuáles son los procesos usados en las refinerías para hacer más y mejores gasolinas?
Primero veremos cuáles son y en qué están basadas las tecnologías usadas para hacer más gasolina:
Son dos: los procesos de desintegración térmica y los de desintegración catalítica.
La primera utiliza básicamente temperatura y presión alta para romper las moléculas. Los hidrocarburos que produce se caracterizan por tener dobles ligaduras en sus moléculas, a las cuales se les llama olefinas y son muy reactivas. Cuando tienen de cinco a nueve átomos de carbono y se incorporan a las gasolinas ayudan a subir el índice de octano.
Sin embargo, tienen el inconveniente de ser muy reactivas; al polimerizarse, forman gomas que perjudican los motores. Por lo tanto en las mezclas de gasolinas en donde se usan fracciones con alto contenido de olefinas es necesario agregar aditivos que inhiban la formación de gomas.
Los procesos de desintegración térmica se usan principalmente para hacer olefinas ligeras, o sea de dos carbonos (etileno), tres (propileno), cuatro (butenos cuando tienen una sola doble ligadura en la molécula y butadieno cuando tienen dos dobles ligaduras), y cinco (pentenos cuando tienen una sola doble ligadura e isopreno cuando tienen dos dobles ligaduras).
Las fracciones del petróleo que sirven de materia prima o carga pueden ser
desde gasolinas pesadas hasta gasóleos pesados. En estos casos siempre se obtienen
también las llamadas gasolinas de desintegración. Los procesos de desintegración
catalítica también usan temperaturas y presión para romper las moléculas, pero
son menores que en el caso anterior, gracias a ciertos compuestos químicos llamados
catalizadores.
Figura 11. Polimeración. Unión de moléculas para hacer más gasolina.
Los catalizadores no sólo permiten que el proceso trabaje a temperaturas y presiones
inferiores sino que también aumentan la velocidad de la reacción.
Además actúan como "directores" haciendo que las moléculas se rompan de cierta manera; los pedazos se unen y forman preferencialmente un determinado tipo de hidrocarburos.
Así, por ejemplo, una molécula con 16 átomos de carbono como es el hexadecano
, puede romperse para
formar un par de moléculas con 8 átomos de carbono cada una 
o sea octano + octeno). El octeno es un hidrocarburo olefínico, es decir, que
tiene dos átomos de hidrógeno menos que el octano, que es un hidrocarburo parafínico.
Los procesos de desintegración catalítica para obtener preferencialmente las gasolinas de alto octano usan como carga los gasóleos, o sea la fracción que contienen de 14 a 20 átomos de carbono en sus moléculas. Las gasolinas obtenidas por desintegración catalítica, y en particular las fracciones ligeras, contienen hidrocarburos altamente ramificados, tanto parafínicos como olefínicos. Estas ramificaciones en las moléculas contenidas en la fracción de la gasolina le imparten un alto índice de octano.
Además de la gasolina también se produce bastante gas, como el isobutano (cuatro átomos de carbono ramificados), y una elevada cantidad de etileno, propileno y butenos. Otros combustibles que se forman son el diesel, la kerosina y otros productos más pesados.
Las olefinas gaseosas antes mencionadas forman la materia prima para hacer más gasolina. Como tienen dos, tres y cuatro átomos de carbono, está claro que para obtener productos de cinco a nueve carbonos será necesario unir las moléculas.
En las refinerías existen dos tipos de procesos para llevar a cabo este tipo de reacciones. Uno es la polimerización. Este proceso también usa catalizadores para la obtención de gasolina. Al combustible que resulta se le llama gasolina polimerizada.
El otro proceso de síntesis que usa los gases de las desintegradoras es el llamado proceso de alquilación. Es una reacción química de una olefina con una parafina ramificada, en presencia de un catalizador. El producto resultante tendrá también ramificaciones; es decir, los carbonos no estarán en una sola línea.
En este proceso se hacen reaccionar las olefinas como el etileno, el propileno y los butenos, con el isobutano, que es un hidrocarburo parafínico ramificado con cuatro carbonos en su molécula.
Al producto obtenido en el proceso anterior se le llama gasolina alquilada. Su alto índice de octano se debe principalmente a las múltiples ramificaciones de los hidrocarburos que lo forman. Por lo general esta gasolina también se usa para hacer gasavión, que es el combustible que emplean las avionetas que tienen motores de pistón.
PROCESOS PARA MEJORAR LA GASOLINA NATURAL
La gasolina natural o primaria está compuesta por el número adecuado de carbonos, pero la forma en que están colocados dentro de la molécula no le imparten un buen octanaje.
Para mejorar la calidad de esta gasolina existen dos tipos de procesos en las refinerías, que son la isomerización y la reformación. Ambos requieren catalizadores.
En el primer caso los hidrocarburos lineales de los que está compuesta la gasolina natural se ramifican, lo que permite que se incremente su octanaje.
Así sucede, por ejemplo, con el heptano normal, que tiene siete átomos de carbono
formando una cadena lineal. Como dijimos anteriormente, su índice de octano
es de cero. Pero si lo isomerizamos y lo hacemos altamente ramificado obtenemos
el isoheptano, que tiene 110 de octano.
Figura12. Isomerización. Modificación de los hidrocarburos para elevar octanajes.
El segundo proceso o sea la reformación, no sólo favorece la ramificación de
los hidrocarburos como en el caso anterior, sino que también les permite ciclizarse,
formando anillos de seis átomos de carbono, y después perder átomos de hidrógeno
dándonos los hidrocarburos cíclicos llamados aromáticos.
Éstos están constituidos principalmente por benceno 
,
tolueno 
,
y xilenos 
.
A los grupos 
,
que contienen los anillos bencénicos del tolueno y los xilenos, se les llama
metilos. El tolueno tiene un solo metilo, mientras que el xileno tiene dos,
los cuales, dependiendo de la forma de su unión al anillo bencénico, se llaman
ortoxileno, metaxileno, o paraxileno.
Estos hidrocarburos aromáticos le imparten un alto índice de octano a la gasolina reformada (proveniente de la reformación catalítica de la gasolina natural).
El cuadro 3 nos resume todos los procesos mencionados.
La gasolina que compramos en las gasolineras se hace mezclando gasolina natural con diferentes porcentajes de gasolina proveniente de los procesos de polimerización, alquilación, isomerización, reformación y desintegración.
A estas mezclas se les determina su octanaje como se mencionó en el capítulo anterior, y se les agrega una serie de aditivos antes de venderlas al público.
En la actualidad se pueden hacer mezclas de gasolinas con índices de octano mayores que el del isooctano puro, o sea hasta de 110. Esto se logra agregando a la mezcla de gasolina compuestos llamados antidetonantes. El compuesto de este tipo más común es el tetraetilo de plomo (TEP).
Este producto impide que la gasolina "explote" dentro de los cilindros del motor con demasiada rapidez. Además permite usar en las mezclas mayor cantidad de gasolina de menor calidad, como es la gasolina natural (40-60 octanos), y alcanzar de todos modos los octanajes requeridos por las gasolinas comerciales.
La cantidad óptima de tetraetilo de plomo que se usa en las mezclas de gasolinas es de tres mililitros por cada galón (un galón tiene aproximadamente 3.8 litros). No vale la pena agregar concentraciones mayores a las antes mencionadas, pues el exceso perjudica a las mezclas.
El tetraetilo de plomo sube más el octanaje de las mezclas cuando éstas contienen mayor cantidad de hidrocarburos ramificados, por ejemplo las gasolinas de la isomerizadora y los de la alquiladora.
Sin embargo, cuando las mezclas tienen un alto contenido de olefinas, como las de la polimerizadora, o tienen demasiados compuestos de azufre, la susceptibilidad al tetraetilo de plomo disminuye. Es decir, que aunque se agregue la misma cantidad de TEP, el índice de octano subirá menos que en el caso anterior.
Las gasolinas con plomo, como se les llama a aquellas que contienen TEP, resultan más baratas que las que no lo llevan. Esto se debe a que el contenido de gasolina natural (más barata) es mayor en este caso. Además, tres mililitros por galón de TEP consiguen en algunos casos elevar el octanaje de las gasolinas hasta en 20 octanos.
Así por ejemplo, si tenemos una mezcla de gasolina con un índice de octano de 60, al agregarle el TEP puede llegar a tener un octanaje de 80. Si la mezcla original tenía 90 de octano, con el aditivo puede subir hasta 110.
Desgraciadamente, si bien este fabuloso aditivo es muy bueno para los automóviles y para nuestros bolsillos, no lo es para nuestra salud.
El principal problema que se presenta con el uso del TEP como antidetonante estriba en el hecho de que el plomo se elimina con los gases de combustión que salen por el mofle de los automóviles, causando un problema grave de contaminación ambiental debido a su toxicidad.
En países como Estados Unidos los automóviles están provistos de los llamados mofles catalíticos a fin de disminuir el problema del llamado "smog". Los vehículos que tienen instalados este tipo de mofles no deben usar gasolina con plomo, pues el plomo destruye el catalizador que contiene dicho aditamento y lo hace inservible.
Pero ¿por qué tiene que costar más cara la gasolina sin plomo? Por la simple y sencilla razón de que si queremos subirle el octanaje a una mezcla de gasolina que tiene 60 de octano, y que es inadecuada para los automóviles, la única forma de lograrlo con los medios hasta ahora aceptados es aumentar la concentración de hidrocarburos aromáticos, tales como el benceno, tolueno, xilenos, provenientes de la reformadora, y agregar más gasolina de los otros procesos antes mencionados.
Otra manera de ayudar a subir el octanaje de las gasolinas es agregándoles butano, un hidrocarburo con cuatro átomos de carbono. Este producto es gaseoso y suele mezclarse con la gasolina en el invierno para facilitar el arranque en frío de los motores.
Esta solución resulta muy conveniente, pues debido a las temperaturas bajas registradas durante el invierno, es muy fácil mantener disuelto este gas. Además, el butano es uno de los componentes del gas licuado que se quema en las estufas y cuyo costo es inferior al de la gasolina.
Durante los otros meses del año la concentración de butano en las mezclas de gasolina es menor y dependerá de la temperatura ambiente para mantenerse disuelta.
Ahora, con la explicación anterior, estamos listos para la siguiente pregunta: ¿cuántos tipos de gasolina existen en el comercio, y cuáles son las diferencias que existen entre ellas?
Según el país, se dispone por lo general de dos o tres tipos diferentes de gasolina comercial para cubrir las distintas especificaciones de los vehículos. Se les suele llamar regular con plomo, super con plomo y super sin plomo.
La regular con plomo se usa principalmente en automóviles y camiones que tienen motores con una relación de compresión hasta de 9:1. Esta gasolina es una mezcla de gasolinas provenientes de la desintegradora catalítica, la reformadora, gasolina natural y butano normal, con 3 m1 de TEP por galón. Su octanaje es de 80 a 85.
La super con plomo se usa en vehículos con motores de compresión superior a 9:1. La mezcla típica contiene gasolinas provenientes de la desintegradora catalítica, la reformadora., la isomerizadora, la alquiladora gasolina natural, y butano normal. Además se le añade tetraetilo de plomo (TEP). Su octanaje es de 90 a 100 y en algunos países llega a ser hasta de 110.
La super sin plomo se usa en automóviles con mofles catalíticos que sirven para disminuir la cantidad de emisiones contaminantes de los gases de combustión del motor. La composición de sus mezclas es muy semejante al de la super pero con un mínimo o nada de gasolina natural. Además no contiene tetraetilo de plomo.
El hecho de que una gasolina no contenga TEP no significa que los automóviles
que la usen no provocarán ninguna contaminación en el ambiente, pues el "smog"
producido proviene principalmente de los hidrocarburos no quemados y del monóxido
de carbono que salen del mofle. La cantidad de éstos depende de las condiciones
de los motores (véase Apéndice 6), pero aun contando con automóviles bien afinados
y nuevos, éstos de todas maneras serán fuentes de contaminación, ya que el rendimiento
termodinámico de los motores de combustión interna es sólo de 23%, lo que significa
que menos del 25% de la energía producida se aprovecha para mover el vehículo.
Figura 14. La gasolina comercial es una mezcla de gasolina natural y gasolina
sintética.
Pero ¿qué relación existe entre la fabricación de gasolinas y las materias petroquímicas
básicas?
La respuesta es muy sencilla: casi toda la industria petroquímica se basa principalmente en los hidrocarburos olefínicos como el etileno, propileno, buteno, penteno y los aromáticos benceno, tolueno y xileno. Casualmente las olefinas mencionadas (el etileno en menor grado), constituyen las materias primas para fabricar gasolina sintética en las polimerizadoras y las alquiladoras, mientras que los hidrocarburos aromáticos son lo que imparten un elevado índice de octano a las gasolinas de las reformadoras.
A continuación hablaremos sobre la petroquímica y la forma de obtener de ella
otras materias primas.
