VII. PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS BÁSICOS
EN ESTA sección explicaremos cómo se transforman los hidrocarburos
vírgenes contenidos en el petróleo y el gas natural en productos más reactivos
como son las olefinas, aromáticos ligeros, hidrógeno y monóxido de carbono.
Como dijimos anteriormente, las olefinas son hidrocarburos acíclicos insaturados. Los de mayor interés en cuanto a sus aplicaciones son aquellos que poseen de dos a cinco átomos de carbono: es decir, el etileno, propileno, n-buteno, butadieno e isopreno.
En los países en donde existen yacimientos ricos en gas natural, el etileno y el propileno se pueden obtener por medio del proceso llamado desintegración térmica (mencionado en el capítulo 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 distribución de gas por medio de ductos), entonces se usa el etano como carga en el proceso de desintegración. En este caso los productos principales de la reacción son el etileno, el metano y el hidrógeno.
México es uno de los países que ha adoptado este último método para la obtención de su etileno, razón por la cual no es autosuficiente en propileno. Las únicas fuentes disponibles actualmente provienen de los procesos de desintegración usados para hacer gasolina.
Es bien conocido que el gas natural está 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 producción hasta el de consumo. Por esta razón, para obtener olefinas, la mayor parte de los países europeos han optado por alimentar con hidrocarburos más pesados a las desintegradoras térmicas.
La carga más utilizada en las refinerías de Europa es una fracción denominada nafta o gasolina pesada, que proviene de la destilación primaria, y cuyas moléculas contienen de cinco a doce átomos de carbono. A veces se usan fracciones aún más pesadas como los gasóleos.
El aprovechamiento de fracciones líquidas como las que acabamos de mencionar, procura toda una serie de olefinas como son el etileno, propileno, butenos e isopentenos. También se forman diolefinas como el butadieno y el isopreno.
Además de los productos antes mencionados, se obtiene una cantidad no despreciable de gasolina de alto octano rica en aromáticos.
El hecho de poder producir gasolinas 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. Así tenemos el caso de la refinería de la
BP (British Petroleum) localizada en Lavera, Francia, que tiene un acuerdo con
NaphtaChimie instalada muy cerca de ella. De esta manera, la refinería de la
BP provee a esta última 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 así ambas compañías 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 térmicas sobre la formación y distribución de sus productos.
Así por ejemplo, cuando se usa gasolina pesada como carga, según las condiciones de operación que se empleen en el proceso, ésta nos puede dar 33% de etileno, 10% de propileno, 20% de gasolina de alto octano rica en aromáticos, 19% de gases ligeros ricos en metano e hidrógeno, 8% de butilenos entre los que se incluyen el butadieno e isopreno, y 5% de combustóleo (posiblemente formado por la polimerización de las olefinas).
Pero ¿cómo separar a las olefinas? Se hace físicamente, sometiendo los gases que salen del proceso de desintegración a una serie de separaciones por medio de columnas de destilación.
La figura 15 ilustra cómo lograrlo.
En esta figura vemos cómo los gases provenientes de la desintegradora (parcialmente licuados) se introducen a la primera columna de destilación llamada demetanizadora, en donde se extrae el hidrógeno 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 sí en una tercera columna.
Figura 15. Destilación fraccionada de los gases de la desintegradora.
El etileno obtenido en esta última tiene una pureza de 98-99% que es suficiente para la fabricación de óxido 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 purificación, 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 petroquímicos en donde se puede aprovechar el propileno junto con el propano, como en el caso de la fabricación del tetrámero de propileno usado en los detergentes sintéticos. Pero en otros casos como el de la fabricación de polipropileno es necesario someter la mezcla a purificaciones posteriores.
Por el fondo de la depropanizadora se extrae la fracción que contiene las olefinas
con cuatro átomos de carbono en adelante. Esta fracción se somete a otras separaciones
para eliminar de la fracción 
los productos más pesados que fueron arrastrados por los gases de la desintegradora,
tales como pentanos, pentenos, benceno, tolueno etc. (todos ellos líquidos).
Posteriormente, por medio de otros procesos de separación, se obtienen los butenos, isobutenos, butano, isobutano, butadieno e isopreno, como lo muestra la figura 16.
OBTENCIÓN DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS
La necesidad de producir aromáticos a partir del petróleo surgió con la segunda
Guerra Mundial, debido a la enorme demanda de tolueno para producir trinitrotolueno
(TNT), llamado comúnmente dinamita.
Anteriormente, el tolueno se producía a partir del carbón mineral, pero esta
industria fue insuficiente para satisfacer las demandas del mercado, lo que
obligó a desarrollar procesos de producción y extracción de tolueno contenido
en las fracciones del petróleo.
Después de la guerra, se mantuvo el mercado de los hidrocarburos aromáticos debido al desarrollo de los plásticos, detergentes, y una serie de productos sintéticos, además de la demanda creciente de gasolina de alto octano.
Los aromáticos de mayor importancia en la industria petroquímica son: el benceno, el tolueno y los xilenos. Estos hidrocarburos se encuentran en la gasolina natural en mínimas concentraciones, por lo que resulta incosteable su extracción.
Por lo tanto, para producirlos se desarrolló el proceso denominado de desintegración catalítica, cuya materia prima de carga es la gasolina natural o nafta pesada, cuyo alto contenido de parafinas lineales y cíclicas (naftenos) constituye el precursor de los aromáticos.
Uno de los procesos más comunes de reformación catalítica es el llamado de "platforming" que usa como catalizador platino soportado sobre alúmina.
Los productos líquidos de la reacción se someten a otros procesos en donde se separan los aromáticos del resto de los hidrocarburos.
Para separar los aromáticos entre sí, se puede utilizar cualquiera de los métodos siguientes: a) destilación azeotrópica (ver cuadro 5), b) destilación extractiva, c) extracción con solvente, d) adsorción sólida, y e) cristalización.
El negro de humo es otra materia petroquímica. Básicamente es carbón puro con una estructura muy semejante a la del grafito.
El tamaño de las partículas en el negro de humo es lo que determina su valor. Entre más pequeñas sean, más caro será el producto. Varían desde 10 hasta 500 mm (milésima parte de una micra que a su vez es la milésima parte de un milímetro).
Existen tres procesos generales para fabricar industrialmente el negro de humo, que son los siguientes; proceso de canal, proceso de horno y proceso térmico.
Las materias primas para hacer negro de humo pueden incluir desde gas natural hasta aceites pesados con alto contenido de poliaromáticos, como los productos de la torre de vacío descrita en los capítulos anteriores.
La diferencia básica entre los dos primeros procesos y el último 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.
Antes de 1945, el negro de humo se fabricaba a partir del gas natural usando cualquiera de los tres procesos mencionados. Después de esta fecha se modificó el proceso de horno para de esta forma poder usar hidrocarburos líquidos como materia prima, y actualmente es el que más se usa
Los hidrocarburos que se utilizan como carga son desde gasóleos hasta residuos pesados. En general, estas cargas deben tener un alto porcentaje de aromáticos pesados o poliaromáticos, y un bajo contenido de azufre. Además deben producir un mínimo de ceniza mineral.
El negro de humo contiene de 88 a 99.3% de carbono, 0.4-0.8% de hidrógeno, y 0.3 a 17% de oxígeno.
El hidrógeno es un remanente de las moléculas de hidrocarburo originales, y por eso forma parte de la estructura grafítica. Por otro lado, como el oxígeno 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 físicas y químicas, similares a las del grafito; pero como contiene grupos superficiales, las características de los productos finales en donde se usan son diferentes.
El negro de humo se usa en el hule de las llantas, en la fabricación de tintas, lacas, pinturas, en cierto tipo de polietileno. También se emplea el negro de humo para la fabricación de diamantes artificiales y para sembrar las nubes a fin de provocar lluvia.
OBTENCIÓN DE AZUFRE A PARTIR DEL PETRÓLEO
El azufre es un producto que se encuentra en abundancia en el petróleo crudo y en el gas natural, bajo la forma de sus principales derivados como son el ácido sulfhídrico y los mercaptanos (hidrocarburos que contienen azufre en su estructura molecular), los cuales se distinguen fácilmente por su fuerte olor a huevo podrido.
Estos derivados del azufre se encuentran presentes en todas las fracciones de la destilación del crudo. Por lo tanto es necesario someter todas las fracciones, sobre todo las de la destilación primaria, a los procesos llamados de desulfurización.
Algunas tecnologías efectúan la desulfurización de las fracciones en presencia de hidrógeno, otras no, pero todas hacen uso de catalizadores para efectuar esta transformación.
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 farmacéuticos.
Es de suma importancia la eliminación de los derivados del azufre de las fracciones que van desde el gas hasta los gasóleos pesados. Esto se debe no sólo al hecho de que el azufre envenena los catalizadores y afecta la calidad de las gasolinas y la de los demás combustibles, sino sobre todo porque estos productos cuando se queman con los combustibles ocasionan problemas ecológicos muy graves.
Uno de los problemas más conocidos y que ha causado grandes discusiones entre Canadá y Estados Unidos es la llamada "lluvia ácida". Este fenómeno es provocado por el azufre contenido en los combustibles, que al ser quemado se transforma en bióxido de azufre que en presencia del ozono, los rayos ultravioleta y la humedad de la atmósfera, se convierte en ácido sulfúrico que se precipita con las lluvias.
El agua de estas lluvias es muy ácida, lo que provoca la destrucción de árboles y otras especies vegetales. También daña las especies animales, sobre todo las acuáticas, al aumentar la acidez de las aguas en los lagos. Además causa la corrosión de los monumentos históricos y edificios en las grandes ciudades como París, Roma, Londres, México, Atenas, Nueva York, Tokio, etc.
Sin embargo, la destrucción provocada por la lluvia ácida no sólo llega a afectar la flora, la fauna y los edificios, sino que también alcanza a los seres humanos al contaminar el agua "potable" que beben.
La explicación más sencilla es la siguiente: el agua ácida se filtra a través de la tierra y forma sales de metales tóxicos como el arsénico, cobre, mercurio, etc., que son solubles en agua. Estas sales acaban en los ríos subterráneos y lagos que proveen el agua que consumimos, y provocan una contaminación que no es fácil de eliminar con los procesos usuales de potabilización.
Después de hacer una revisión rápida de la forma en que se obtienen las materias
primas petroquímicas a partir de los hidrocarburos vírgenes contenidos en el
petróleo crudo, nos gustaría describir brevemente la relación que existe entre
el consumo de gasolina de alto octano y de gas LP, y los precios de los petroquímicos
mencionados en este capítulo.
