VII. PRODUCCI�N DE HIDROCARBUROS B�SICOS
EN ESTA secci�n explicaremos c�mo se transforman los hidrocarburos
v�rgenes contenidos en el petr�leo y el gas natural en productos m�s reactivos
como son las olefinas, arom�ticos ligeros, hidr�geno y mon�xido de carbono.
Como dijimos anteriormente, las olefinas son hidrocarburos ac�clicos insaturados. Los de mayor inter�s en cuanto a sus aplicaciones son aquellos que poseen de dos a cinco �tomos de carbono: es decir, el etileno, propileno, n-buteno, butadieno e isopreno.
En los pa�ses en donde existen yacimientos ricos en gas natural, el etileno y el propileno se pueden obtener por medio del proceso llamado desintegraci�n t�rmica (mencionado en el cap�tulo V), usando como carga el propano y butano contenidos en dicho gas.
Pero si no se dispone de grandes cantidades de propano y butano, porque se consume como gas LP (que es el combustible usado en las ciudades que no tienen sistemas de distribuci�n de gas por medio de ductos), entonces se usa el etano como carga en el proceso de desintegraci�n. En este caso los productos principales de la reacci�n son el etileno, el metano y el hidr�geno.
M�xico es uno de los pa�ses que ha adoptado este �ltimo m�todo para la obtenci�n de su etileno, raz�n por la cual no es autosuficiente en propileno. Las �nicas fuentes disponibles actualmente provienen de los procesos de desintegraci�n usados para hacer gasolina.
Es bien conocido que el gas natural est� compuesto sobre todo de gases no licuables. Por lo tanto su transporte solamente resulta costeable cuando se cuenta con gasoductos que lo conduzcan desde el lugar de producci�n hasta el de consumo. Por esta raz�n, para obtener olefinas, la mayor parte de los pa�ses europeos han optado por alimentar con hidrocarburos m�s pesados a las desintegradoras t�rmicas.
La carga m�s utilizada en las refiner�as de Europa es una fracci�n denominada nafta o gasolina pesada, que proviene de la destilaci�n primaria, y cuyas mol�culas contienen de cinco a doce �tomos de carbono. A veces se usan fracciones a�n m�s pesadas como los gas�leos.
El aprovechamiento de fracciones l�quidas como las que acabamos de mencionar, procura toda una serie de olefinas como son el etileno, propileno, butenos e isopentenos. Tambi�n se forman diolefinas como el butadieno y el isopreno.
Adem�s de los productos antes mencionados, se obtiene una cantidad no despreciable de gasolina de alto octano rica en arom�ticos.
El hecho de poder producir gasolinas de alta calidad en el mismo proceso que
se usa para obtener petroqu�micos, ha permitido que se unan ciertas empresas
para aprovechar mejor sus recursos. As� tenemos el caso de la refiner�a de la
BP (British Petroleum) localizada en Lavera, Francia, que tiene un acuerdo con
NaphtaChimie instalada muy cerca de ella. De esta manera, la refiner�a de la
BP provee a esta �ltima de la gasolina primaria que usa como carga para obtener
olefinas, y NaphtaChimie se compromete a pagar dicho material con la gasolina
de alto octano que obtiene como subproducto, y as� ambas compa��as se benefician
mutuamente.
CUADRO 4. Porcentaje de productos obtenidos usando diferentes cargas
El cuadro 4 ilustra la influencia que tienen las diferentes cargas usadas en las desintegradoras t�rmicas sobre la formaci�n y distribuci�n de sus productos.
As� por ejemplo, cuando se usa gasolina pesada como carga, seg�n las condiciones de operaci�n que se empleen en el proceso, �sta nos puede dar 33% de etileno, 10% de propileno, 20% de gasolina de alto octano rica en arom�ticos, 19% de gases ligeros ricos en metano e hidr�geno, 8% de butilenos entre los que se incluyen el butadieno e isopreno, y 5% de combust�leo (posiblemente formado por la polimerizaci�n de las olefinas).
Pero �c�mo separar a las olefinas? Se hace f�sicamente, sometiendo los gases que salen del proceso de desintegraci�n a una serie de separaciones por medio de columnas de destilaci�n.
La figura 15 ilustra c�mo lograrlo.
En esta figura vemos c�mo los gases provenientes de la desintegradora (parcialmente licuados) se introducen a la primera columna de destilaci�n llamada demetanizadora, en donde se extrae el hidr�geno y el metano por el domo o parte superior de la columna.
Los productos que salen del fondo se hacen pasar por una segunda columna llamada
deetanizadora, en donde se separa el etano y el etileno por el domo para separarlos
entre s� en una tercera columna.
Figura 15. Destilaci�n fraccionada de los gases de la desintegradora.
El etileno obtenido en esta �ltima tiene una pureza de 98-99% que es suficiente para la fabricaci�n de �xido de etileno. Pero si se desea usar el etileno para hacer polietileno de alta densidad lineal que requiere una pureza de 99.9%, entonces es necesario someter el etileno a procesos de purificaci�n, lo que aumenta su precio.
Pero regresemos a la deetanizadora, a lo que se saca del fondo de la misma y se hace pasar por una columna llamada depropanizadora, en donde se separa por el domo una mezcla de propano-propileno.
Existen procesos petroqu�micos en donde se puede aprovechar el propileno junto con el propano, como en el caso de la fabricaci�n del tetr�mero de propileno usado en los detergentes sint�ticos. Pero en otros casos como el de la fabricaci�n de polipropileno es necesario someter la mezcla a purificaciones posteriores.
Por el fondo de la depropanizadora se extrae la fracci�n que contiene las olefinas
con cuatro �tomos de carbono en adelante. Esta fracci�n se somete a otras separaciones
para eliminar de la fracci�n 
los productos m�s pesados que fueron arrastrados por los gases de la desintegradora,
tales como pentanos, pentenos, benceno, tolueno etc. (todos ellos l�quidos).
Posteriormente, por medio de otros procesos de separaci�n, se obtienen los butenos, isobutenos, butano, isobutano, butadieno e isopreno, como lo muestra la figura 16.
OBTENCI�N DE HIDROCARBUROS AROM�TICOS
La necesidad de producir arom�ticos a partir del petr�leo surgi� con la segunda
Guerra Mundial, debido a la enorme demanda de tolueno para producir trinitrotolueno
(TNT), llamado com�nmente dinamita.
Anteriormente, el tolueno se produc�a a partir del carb�n mineral, pero esta
industria fue insuficiente para satisfacer las demandas del mercado, lo que
oblig� a desarrollar procesos de producci�n y extracci�n de tolueno contenido
en las fracciones del petr�leo.
Despu�s de la guerra, se mantuvo el mercado de los hidrocarburos arom�ticos debido al desarrollo de los pl�sticos, detergentes, y una serie de productos sint�ticos, adem�s de la demanda creciente de gasolina de alto octano.
Los arom�ticos de mayor importancia en la industria petroqu�mica son: el benceno, el tolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se encuentran en la gasolina natural en m�nimas concentraciones, por lo que resulta incosteable su extracci�n.
Por lo tanto, para producirlos se desarroll� el proceso denominado de desintegraci�n catal�tica, cuya materia prima de carga es la gasolina natural o nafta pesada, cuyo alto contenido de parafinas lineales y c�clicas (naftenos) constituye el precursor de los arom�ticos.
Uno de los procesos m�s comunes de reformaci�n catal�tica es el llamado de "platforming" que usa como catalizador platino soportado sobre al�mina.
Los productos l�quidos de la reacci�n se someten a otros procesos en donde se separan los arom�ticos del resto de los hidrocarburos.
Para separar los arom�ticos entre s�, se puede utilizar cualquiera de los m�todos siguientes: a) destilaci�n azeotr�pica (ver cuadro 5), b) destilaci�n extractiva, c) extracci�n con solvente, d) adsorci�n s�lida, y e) cristalizaci�n.
El negro de humo es otra materia petroqu�mica. B�sicamente es carb�n puro con una estructura muy semejante a la del grafito.
El tama�o de las part�culas en el negro de humo es lo que determina su valor. Entre m�s peque�as sean, m�s caro ser� el producto. Var�an desde 10 hasta 500 mm (mil�sima parte de una micra que a su vez es la mil�sima parte de un mil�metro).
Existen tres procesos generales para fabricar industrialmente el negro de humo, que son los siguientes; proceso de canal, proceso de horno y proceso t�rmico.
Las materias primas para hacer negro de humo pueden incluir desde gas natural hasta aceites pesados con alto contenido de poliarom�ticos, como los productos de la torre de vac�o descrita en los cap�tulos anteriores.
La diferencia 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 t�rmico consiste en descomponer los productos por medio de calor.
Antes de 1945, el negro de humo se fabricaba a partir del gas natural usando cualquiera de los tres procesos mencionados. Despu�s de esta fecha se modific� el proceso de horno para de esta forma poder usar hidrocarburos l�quidos como materia prima, y actualmente es el que m�s se usa
Los hidrocarburos que se utilizan como carga son desde gas�leos hasta residuos pesados. En general, estas cargas deben tener un alto porcentaje de arom�ticos pesados o poliarom�ticos, y un bajo contenido de azufre. Adem�s deben producir un m�nimo de ceniza mineral.
El negro de humo contiene de 88 a 99.3% de carbono, 0.4-0.8% de hidr�geno, y 0.3 a 17% de ox�geno.
El hidr�geno es un remanente de las mol�culas de hidrocarburo originales, y por eso forma parte de la estructura graf�tica. Por otro lado, como el ox�geno se absorbe en la superficie, se le puede incorporar en cantidades variables mediante tratamientos posteriores.
Las variedades de negro de humo comercial tienen una amplia gama de propiedades f�sicas y qu�micas, similares a las del grafito; pero como contiene grupos superficiales, las caracter�sticas de los productos finales en donde se usan son diferentes.
El negro de humo se usa en el hule de las llantas, en la fabricaci�n de tintas, lacas, pinturas, en cierto tipo de polietileno. Tambi�n se emplea el negro de humo para la fabricaci�n de diamantes artificiales y para sembrar las nubes a fin de provocar lluvia.
OBTENCI�N DE AZUFRE A PARTIR DEL PETR�LEO
El azufre es un producto que se encuentra en abundancia en el petr�leo crudo y en el gas natural, bajo la forma de sus principales derivados como son el �cido sulfh�drico y los mercaptanos (hidrocarburos que contienen azufre en su estructura molecular), los cuales se distinguen f�cilmente por su fuerte olor a huevo podrido.
Estos derivados del azufre se encuentran presentes en todas las fracciones de la destilaci�n del crudo. Por lo tanto es necesario someter todas las fracciones, sobre todo las de la destilaci�n primaria, a los procesos llamados de desulfurizaci�n.
Algunas tecnolog�as efect�an la desulfurizaci�n de las fracciones en presencia de hidr�geno, otras no, pero todas hacen uso de catalizadores para efectuar esta transformaci�n.
El azufre que se obtiene de las fracciones petroleras es de una excelente calidad. En muchos casos la pureza alcanzada es superior a 99%, y se puede usar directamente para fines farmac�uticos.
Es de suma importancia la eliminaci�n de los derivados del azufre de las fracciones que van desde el gas hasta los gas�leos pesados. Esto se debe no s�lo al hecho de que el azufre envenena los catalizadores y afecta la calidad de las gasolinas y la de los dem�s combustibles, sino sobre todo porque estos productos cuando se queman con los combustibles ocasionan problemas ecol�gicos muy graves.
Uno de los problemas m�s conocidos y que ha causado grandes discusiones entre Canad� y Estados Unidos es la llamada "lluvia �cida". Este fen�meno es provocado por el azufre contenido en los combustibles, que al ser quemado se transforma en bi�xido de azufre que en presencia del ozono, los rayos ultravioleta y la humedad de la atm�sfera, se convierte en �cido sulf�rico que se precipita con las lluvias.
El agua de estas lluvias es muy �cida, lo que provoca la destrucci�n de �rboles y otras especies vegetales. Tambi�n da�a las especies animales, sobre todo las acu�ticas, al aumentar la acidez de las aguas en los lagos. Adem�s causa la corrosi�n de los monumentos hist�ricos y edificios en las grandes ciudades como Par�s, Roma, Londres, M�xico, Atenas, Nueva York, Tokio, etc.
Sin embargo, la destrucci�n provocada por la lluvia �cida no s�lo llega a afectar la flora, la fauna y los edificios, sino que tambi�n alcanza a los seres humanos al contaminar el agua "potable" que beben.
La explicaci�n m�s sencilla es la siguiente: el agua �cida se filtra a trav�s de la tierra y forma sales de metales t�xicos como el ars�nico, cobre, mercurio, etc., que son solubles en agua. Estas sales acaban en los r�os subterr�neos y lagos que proveen el agua que consumimos, y provocan una contaminaci�n que no es f�cil de eliminar con los procesos usuales de potabilizaci�n.
Despu�s de hacer una revisi�n r�pida de la forma en que se obtienen las materias
primas petroqu�micas a partir de los hidrocarburos v�rgenes contenidos en el
petr�leo crudo, nos gustar�a describir brevemente la relaci�n que existe entre
el consumo de gasolina de alto octano y de gas LP, y los precios de los petroqu�micos
mencionados en este cap�tulo.
