V. FABRICACI�N DE LA GASOLINA COMERCIAL
A PRINCIPIOS del siglo, la obtenci�n de gasolina de calidad era cuesti�n de suerte. La naturaleza proporcionaba los ingredientes, casi siempre parafinas (hidrocarburos lineales y c�clicos), pero diluidos con otros componentes contenidos en el petr�leo crudo.
En la actualidad la gasolina es un producto hecho por el hombre, o sea que
es sint�tica. 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 veh�culos que circulan diariamente por
las carreteras y calles del mundo entero. |
Las dos razones aqu� mencionadas crearon el reto para los cient�ficos: c�mo
remodelar las mol�culas para producir m�s y mejores gasolinas.
Sin embargo, a medida que se hac�an mejores gasolinas, simult�neamente los dise�adores de autom�viles aumentaban la compresi�n de los motores elevando as� su Potencia. Se necesit� entonces un �ndice de octano mayor.
Vamos a suponer que de un barril de 159 litros de petr�leo crudo logremos separar
50 litros de gasolina cuyos componentes tienen de cinco a nueve �tomos de carbono
, y que de los 109 litros
restantes algunos de los hidrocarburos no sean apropiados para usarlos como
gasolina, ya sea porque su composici�n no cuenta con suficientes �tomos de carbono
por mol�cula 
o porque
tiene demasiados 
.
Otros quiz�s cumplan con el n�mero requerido de carbonos, pero sus mol�culas
est�n en forma lineal en vez de ramificada. Entonces, �c�mo hacer m�s y mejor
gasolina del resto de los hidrocarburos que constituyen el barril de crudo?
PROCESOS PARA HACER M�S GASOLINA
El sentido com�n nos dice que si tenemos mol�culas con m�s �tomos de carbono de los que necesitamos, hay que romper las cadenas que unen los �tomos de carbono para obtener mol�culas m�s chicas, cuyo n�mero de carbono sea de cinco a nueve.
Pero si las mol�culas tiene menos �tomos de carbono de los que buscamos, entonces es necesario unir dos, tres o m�s de ellas entre s�, para agrandarlas hasta conseguir el tama�o deseado.
Para lograr esto, los cient�ficos e ingenieros tuvieron que trabajar conjuntamente para desarrollar las tecnolog�as requeridas.
Esta labor en equipo es larga, laboriosa y muy costosa, pero si se tiene �xito, las compa��as que patrocinan la labor obtienen enormes dividendos, ya que quien desee usar sus tecnolog�as tendr� que pagar mucho dinero por concepto de regal�as, lo que indudablemente aumenta el costo final del producto elaborado.
Lo anterior nos permite comprender mejor la diferencia entre pa�ses desarrollados y pa�ses subdesarrollados. Los primeros tienen tecnolog�a propia, que no es m�s que el simple conocimiento de c�mo satisfacer las necesidades con los recursos disponibles. Mientras tanto, si los segundos no tienen estos conocimientos, se ven obligados a compr�rselos a los primeros a un alto costo, pagando con recursos naturales, los cuales les son tomados a precios irrisorios.
Por eso todos los pa�ses subdesarrollados cuyo consumo de gasolina y de energ�ticos en general es elevado, tienen costos de fabricaci�n altos ya que aunque sean productores de petr�leo, se ven obligados a pagar regal�as en todos los procesos de tecnolog�a extranjera usados en las refiner�as.
Pero �cu�les son los procesos usados en las refiner�as para hacer m�s y mejores gasolinas?
Primero veremos cu�les son y en qu� est�n basadas las tecnolog�as usadas para hacer m�s gasolina:
Son dos: los procesos de desintegraci�n t�rmica y los de desintegraci�n catal�tica.
La primera utiliza b�sicamente temperatura y presi�n alta para romper las mol�culas. Los hidrocarburos que produce se caracterizan por tener dobles ligaduras en sus mol�culas, a las cuales se les llama olefinas y son muy reactivas. Cuando tienen de cinco a nueve �tomos de carbono y se incorporan a las gasolinas ayudan a subir el �ndice 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 formaci�n de gomas.
Los procesos de desintegraci�n t�rmica 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 mol�cula 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 petr�leo que sirven de materia prima o carga pueden ser
desde gasolinas pesadas hasta gas�leos pesados. En estos casos siempre se obtienen
tambi�n las llamadas gasolinas de desintegraci�n. Los procesos de desintegraci�n
catal�tica tambi�n usan temperaturas y presi�n para romper las mol�culas, pero
son menores que en el caso anterior, gracias a ciertos compuestos qu�micos llamados
catalizadores.
Figura 11. Polimeraci�n. Uni�n de mol�culas para hacer m�s gasolina.
Los catalizadores no s�lo permiten que el proceso trabaje a temperaturas y presiones
inferiores sino que tambi�n aumentan la velocidad de la reacci�n.
Adem�s act�an como "directores" haciendo que las mol�culas se rompan de cierta manera; los pedazos se unen y forman preferencialmente un determinado tipo de hidrocarburos.
As�, por ejemplo, una mol�cula con 16 �tomos de carbono como es el hexadecano
, puede romperse para
formar un par de mol�culas con 8 �tomos de carbono cada una 
o sea octano + octeno). El octeno es un hidrocarburo olef�nico, es decir, que
tiene dos �tomos de hidr�geno menos que el octano, que es un hidrocarburo paraf�nico.
Los procesos de desintegraci�n catal�tica para obtener preferencialmente las gasolinas de alto octano usan como carga los gas�leos, o sea la fracci�n que contienen de 14 a 20 �tomos de carbono en sus mol�culas. Las gasolinas obtenidas por desintegraci�n catal�tica, y en particular las fracciones ligeras, contienen hidrocarburos altamente ramificados, tanto paraf�nicos como olef�nicos. Estas ramificaciones en las mol�culas contenidas en la fracci�n de la gasolina le imparten un alto �ndice de octano.
Adem�s de la gasolina tambi�n se produce bastante gas, como el isobutano (cuatro �tomos 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 m�s pesados.
Las olefinas gaseosas antes mencionadas forman la materia prima para hacer m�s gasolina. Como tienen dos, tres y cuatro �tomos de carbono, est� claro que para obtener productos de cinco a nueve carbonos ser� necesario unir las mol�culas.
En las refiner�as existen dos tipos de procesos para llevar a cabo este tipo de reacciones. Uno es la polimerizaci�n. Este proceso tambi�n usa catalizadores para la obtenci�n de gasolina. Al combustible que resulta se le llama gasolina polimerizada.
El otro proceso de s�ntesis que usa los gases de las desintegradoras es el llamado proceso de alquilaci�n. Es una reacci�n qu�mica de una olefina con una parafina ramificada, en presencia de un catalizador. El producto resultante tendr� tambi�n ramificaciones; es decir, los carbonos no estar�n en una sola l�nea.
En este proceso se hacen reaccionar las olefinas como el etileno, el propileno y los butenos, con el isobutano, que es un hidrocarburo paraf�nico ramificado con cuatro carbonos en su mol�cula.
Al producto obtenido en el proceso anterior se le llama gasolina alquilada. Su alto �ndice de octano se debe principalmente a las m�ltiples ramificaciones de los hidrocarburos que lo forman. Por lo general esta gasolina tambi�n se usa para hacer gasavi�n, que es el combustible que emplean las avionetas que tienen motores de pist�n.
PROCESOS PARA MEJORAR LA GASOLINA NATURAL
La gasolina natural o primaria est� compuesta por el n�mero adecuado de carbonos, pero la forma en que est�n colocados dentro de la mol�cula no le imparten un buen octanaje.
Para mejorar la calidad de esta gasolina existen dos tipos de procesos en las refiner�as, que son la isomerizaci�n y la reformaci�n. Ambos requieren catalizadores.
En el primer caso los hidrocarburos lineales de los que est� compuesta la gasolina natural se ramifican, lo que permite que se incremente su octanaje.
As� sucede, por ejemplo, con el heptano normal, que tiene siete �tomos de carbono
formando una cadena lineal. Como dijimos anteriormente, su �ndice de octano
es de cero. Pero si lo isomerizamos y lo hacemos altamente ramificado obtenemos
el isoheptano, que tiene 110 de octano.
Figura12. Isomerizaci�n. Modificaci�n de los hidrocarburos para elevar octanajes.
El segundo proceso o sea la reformaci�n, no s�lo favorece la ramificaci�n de
los hidrocarburos como en el caso anterior, sino que tambi�n les permite ciclizarse,
formando anillos de seis �tomos de carbono, y despu�s perder �tomos de hidr�geno
d�ndonos los hidrocarburos c�clicos llamados arom�ticos.
�stos est�n constituidos principalmente por benceno 
,
tolueno 
,
y xilenos 
.
A los grupos 
,
que contienen los anillos benc�nicos 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 uni�n al anillo benc�nico, se llaman
ortoxileno, metaxileno, o paraxileno.
Estos hidrocarburos arom�ticos le imparten un alto �ndice de octano a la gasolina reformada (proveniente de la reformaci�n catal�tica 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 polimerizaci�n, alquilaci�n, isomerizaci�n, reformaci�n y desintegraci�n.
A estas mezclas se les determina su octanaje como se mencion� en el cap�tulo anterior, y se les agrega una serie de aditivos antes de venderlas al p�blico.
En la actualidad se pueden hacer mezclas de gasolinas con �ndices 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 m�s com�n es el tetraetilo de plomo (TEP).
Este producto impide que la gasolina "explote" dentro de los cilindros del motor con demasiada rapidez. Adem�s 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 �ptima de tetraetilo de plomo que se usa en las mezclas de gasolinas es de tres mililitros por cada gal�n (un gal�n 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 m�s el octanaje de las mezclas cuando �stas 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 �ndice de octano subir� menos que en el caso anterior.
Las gasolinas con plomo, como se les llama a aquellas que contienen TEP, resultan m�s baratas que las que no lo llevan. Esto se debe a que el contenido de gasolina natural (m�s barata) es mayor en este caso. Adem�s, tres mililitros por gal�n de TEP consiguen en algunos casos elevar el octanaje de las gasolinas hasta en 20 octanos.
As� por ejemplo, si tenemos una mezcla de gasolina con un �ndice de octano de 60, al agregarle el TEP puede llegar a tener un octanaje de 80. Si la mezcla original ten�a 90 de octano, con el aditivo puede subir hasta 110.
Desgraciadamente, si bien este fabuloso aditivo es muy bueno para los autom�viles 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 combusti�n que salen por el mofle de los autom�viles, causando un problema grave de contaminaci�n ambiental debido a su toxicidad.
En pa�ses como Estados Unidos los autom�viles est�n provistos de los llamados mofles catal�ticos a fin de disminuir el problema del llamado "smog". Los veh�culos 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 qu� tiene que costar m�s cara la gasolina sin plomo? Por la simple y sencilla raz�n de que si queremos subirle el octanaje a una mezcla de gasolina que tiene 60 de octano, y que es inadecuada para los autom�viles, la �nica forma de lograrlo con los medios hasta ahora aceptados es aumentar la concentraci�n de hidrocarburos arom�ticos, tales como el benceno, tolueno, xilenos, provenientes de la reformadora, y agregar m�s gasolina de los otros procesos antes mencionados.
Otra manera de ayudar a subir el octanaje de las gasolinas es agreg�ndoles butano, un hidrocarburo con cuatro �tomos de carbono. Este producto es gaseoso y suele mezclarse con la gasolina en el invierno para facilitar el arranque en fr�o de los motores.
Esta soluci�n resulta muy conveniente, pues debido a las temperaturas bajas registradas durante el invierno, es muy f�cil mantener disuelto este gas. Adem�s, 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 a�o la concentraci�n de butano en las mezclas de gasolina es menor y depender� de la temperatura ambiente para mantenerse disuelta.
Ahora, con la explicaci�n anterior, estamos listos para la siguiente pregunta: �cu�ntos tipos de gasolina existen en el comercio, y cu�les son las diferencias que existen entre ellas?
Seg�n el pa�s, se dispone por lo general de dos o tres tipos diferentes de gasolina comercial para cubrir las distintas especificaciones de los veh�culos. Se les suele llamar regular con plomo, super con plomo y super sin plomo.
La regular con plomo se usa principalmente en autom�viles y camiones que tienen motores con una relaci�n de compresi�n hasta de 9:1. Esta gasolina es una mezcla de gasolinas provenientes de la desintegradora catal�tica, la reformadora, gasolina natural y butano normal, con 3 m1 de TEP por gal�n. Su octanaje es de 80 a 85.
La super con plomo se usa en veh�culos con motores de compresi�n superior a 9:1. La mezcla t�pica contiene gasolinas provenientes de la desintegradora catal�tica, la reformadora., la isomerizadora, la alquiladora gasolina natural, y butano normal. Adem�s se le a�ade tetraetilo de plomo (TEP). Su octanaje es de 90 a 100 y en algunos pa�ses llega a ser hasta de 110.
La super sin plomo se usa en autom�viles con mofles catal�ticos que sirven para disminuir la cantidad de emisiones contaminantes de los gases de combusti�n del motor. La composici�n de sus mezclas es muy semejante al de la super pero con un m�nimo o nada de gasolina natural. Adem�s no contiene tetraetilo de plomo.
El hecho de que una gasolina no contenga TEP no significa que los autom�viles
que la usen no provocar�n ninguna contaminaci�n en el ambiente, pues el "smog"
producido proviene principalmente de los hidrocarburos no quemados y del mon�xido
de carbono que salen del mofle. La cantidad de �stos depende de las condiciones
de los motores (v�ase Ap�ndice 6), pero aun contando con autom�viles bien afinados
y nuevos, �stos de todas maneras ser�n fuentes de contaminaci�n, ya que el rendimiento
termodin�mico de los motores de combusti�n interna es s�lo de 23%, lo que significa
que menos del 25% de la energ�a producida se aprovecha para mover el veh�culo.
Figura 14. La gasolina comercial es una mezcla de gasolina natural y gasolina
sint�tica.
Pero �qu� relaci�n existe entre la fabricaci�n de gasolinas y las materias petroqu�micas
b�sicas?
La respuesta es muy sencilla: casi toda la industria petroqu�mica se basa principalmente en los hidrocarburos olef�nicos como el etileno, propileno, buteno, penteno y los arom�ticos benceno, tolueno y xileno. Casualmente las olefinas mencionadas (el etileno en menor grado), constituyen las materias primas para fabricar gasolina sint�tica en las polimerizadoras y las alquiladoras, mientras que los hidrocarburos arom�ticos son lo que imparten un elevado �ndice de octano a las gasolinas de las reformadoras.
A continuaci�n hablaremos sobre la petroqu�mica y la forma de obtener de ella
otras materias primas.
