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El cracking del petróleo

Integrantes: Sebastián Correa Ignacio Soto Curso: QUI-127 Profesora: Adriana Arratia Fecha: 06/01/16

Introducción

Actualmente, el petróleo es la fuente de energía más importante de la sociedad, si nos ponemos a pensar qué pasaría si se acabara repentinamente, nos daríamos cuenta de la dimensión de la catástrofe: los aviones, los automóviles, los barcos, las centrales térmicas, muchas calefacciones dejarían de funcionar. Además de aquellos países cuya economía depende del negocio del petróleo se hundirían en la miseria. Actualmente el 40% de la demanda energética mundial es cubierta por dicho combustible. Una de las ventajas del petróleo es su utilización adicional como materia prima para la síntesis de productos químicos ya sean orgánicos o inorgánicos. Al ser un combustible fósil siempre se ha especulado sobre las reservas disponibles llegándose a predecir en 1960 su agotamiento para el siglo XX. Esta predicción queda totalmente anulada con el último estudio de la “Oil and Gas Journal” que estimó el 1 de Enero del 93 una reserva mundial de 143 gigantoneladas de crudo. El principal objetivo de este trabajo es dar a conocer que el petróleo es una mezcla de diferentes compuestos, y que por una serie de procesos químicos y físicos es posible conseguir separar estos compuestos para obtener diferentes productos (nos referiremos principalmente al cracking), a los cuales llamaremos derivados. Los cuales son muy importantes para nosotros en nuestro día a día ya que son la principal fuente de energía del mundo y además poseen un rol fundamental en las industrias de alimentos, plásticos, textiles, pinturas, materiales de construcción e incluso medicina, productos de los cuales nuestra humanidad depende en un 100%. Como ya se puede apreciar el petróleo cada vez es más importante en la vida de las personas, y a la vez, cada vez es más escaso. Como consecuencia, el proceso de separación de los componentes del petróleo cada vez es más complejo pero más costoso. Este aumento del precio del crudo hace que la economía del mundo dependa cada vez más del petróleo.

Composición y orígenes

El petróleo, líquido oleoso de origen natural compuesto por diferentes sustancias orgánicas, también recibe los nombres de petróleo crudo, crudo petrolífero o simplemente ‘crudo’. Se le atribuye origen orgánico. La explicación de esto se basa en que la flora marina transforma el CO2 en materia vegetal de la cual se alimentan animales marinos, los cuales, al morir, se depositan en el lecho marino mezclándose con sedimentos arenosos. Esta materia inicia su descomposición bajo presión en condiciones anaerobias dando lugar al petróleo. Este petróleo, a causa de movimientos geológicos queda retenido en fallas u otros accidentes geológicos. Debido a este origen marino, el petróleo suele estar acompañado de agua salada. En cuanto a su composición se puede decir que está constituido por hidrocarburos varios. Una composición media del petróleo podría estimarse en 85%C, 12%H y 3% S+O+N además de varios elementos metálicos. Los distintos tipos de hidrocarburos tienen una denominación petrolera, por ejemplo el Metano (CH4) se denomina C, y así hasta especies mas complejas como C40. En ocasiones el petróleo viene acompañado por notables cantidades de gases como H2S, CO2, N, HC... La identificación de especies es posible en las fracciones mas ligeras ya que a partir de las fracciones C8 – C10 la presencia de isómeros y estructuras complejas dificulta dicha identificación. Los componentes hidrocarburados contienen representadas funcionalmente las siguientes series: parafínica real (parafinas), parafínica ramificada (isoparafinas), ciclada (naftenos), aromática (benceno, naftaleno...) y mixta.

El petróleo y su extracción

Una vez elegida el área con mayor posibilidad de petróleo, se realiza la perforación en el yacimiento hasta llegar al mismo, a veces se llega a considerables profundidades como 6000m. Se comienza por construir altas torres metálicas de sección cuadrada, con refuerzos transversales, de 40 m a 50 m de altura, para facilitar el manejo de los pesados equipos de perforación y el subsuelo se taladra con un trépano que cumple un doble movimiento: avance y rotación. Si la presión de los fluidos es suficiente, forzará la salida natural del petróleo a través del pozo que se conecta mediante una red de oleoductos hacia su tratamiento primario, donde se deshidrata y estabiliza eliminando los compuestos más volátiles. Los componentes químicos del petróleo se separan y obtienen por destilación mediante un proceso de refinamiento. De él se extraen diferentes productos, entre otros: propano, butano, gasolina, keroseno, gasóleo, aceites lubricantes, asfaltos, carbón de coque, etc. Como está compuesto por más de 1 000 hidrocarburos, no se intenta la separación de cada uno de ellos. Es suficiente obtener fracciones, de composición y propiedades aproximadamente constantes, destilando entre dos temperaturas prefijadas, la operación requiere varias etapas. El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a presión, se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento de la destilación, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de gasolina. En la alquilación, las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico se recombinan en presencia de un catalizador, esto produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades. La fabricación de estos productos ha dado origen a la gigantesca industria petroquímica, que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina, fertilizantes, azufre, disolventes y materias primas para fabricar medicinas, nylon, plásticos, pinturas, poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes.

Cracking y sus variantes

El cracking, en la refinería del petróleo, es el proceso por el cual cadenas complejas de moléculas de alto peso molecular de hidrocarburos se “rompen” o descomponen en cadenas de moléculas más livianas a través de métodos que involucran al calor, presión y métodos catalíticos. Incluso el término “cracking”, fuera del campo químico-petrolero es usado con frecuencia para describir cualquier tipo de separación de cadenas de moléculas a cadenas más simples. La tasa de crackeo y los productos finales que se pueden obtener son fuertemente dependientes de la temperatura y la presencia de catalizadores y variados solventes, además de factores como la naturaleza del petróleo y el tiempo de proceso de este. De esta forma, los productos pesados del petróleo pueden ser tratados para producir productos más livianos que poseen un valor comercial mucho más elevado como por ejemplo la gasolina usada en nuestro día a día, e incluso aumentar su rendimiento hasta el 40%-50%. El objetivo de las refinerías, actualmente es la obtención de fracciones ligeras ya que son las más cotizadas que se obtienen del crudo. Para ello se ha pasado de un craqueo simple a un craqueo térmico más complejo. Según el método utilizado para separar los enlaces complejos de hidrocarburos, podemos distinguir métodos como: 1. El Cracking térmico: El cracking térmico fue el primer tipo de cracking de hidrocarburos desarrollado. Y es un ejemplo de una reacción cuya energía es dominada por la entropía en vez de la entalpía. Es usado actualmente para producir cadenas de hidrocarburos más livianas, que dan forma a destilados y naftas, y se caracteriza por su acción desintegradora sumada a la del calor y la presión (a una temperatura de 850-810°c y presiones absolutas de alrededor 7000kPa), favorece el fraccionamiento en componentes más livianos y produce más y mejor compuesto como resultado. A temperaturas un poco más bajas (500°c) produce coque de petróleo, que se usa principalmente en las industrias de acero y aluminio. De esta ruptura se obtienen parafinas cortas, olefinas, naftalenos o aromáticos.

2. El Cracking Catalítico: El proceso de cracking catalítico además de la descomposición termal de los componentes del petróleo, involucra la presencia de catalizadores, principalmente del tipo acido. Tiene el mismo propósito que el crackeo térmico, es decir, crackear hidrocarburos de alto peso molecular para convertirlos en hidrocarburos livianos. Los catalizadores generalmente se componen por oxido de sicilio(SiO2) y alúmina. (Al2O3). Una característica del cracking catalítico es que uno de sus productos, la gasolina, contiene un alta tasa de octanaje, lo cual es muy beneficioso pero al mismo tiempo es menor estable químicamente en comparación con la gasolina obtenida por otros medios.

La principal diferencia, en términos de comercialización, en ambos es que el ultimo produce gasolina y gas licuado con mucho más rendimiento que el primero.

Conclusión

Cuando hablamos de petróleo es lógico hablar de fuente de energía no renovable. por sus compuestos de hidrogeno y carbono, se le denomina hidrocarburo, en su etapa natural se encuentra en dos estados, estado líquido o en estado gaseoso, el primero es el aceite al que conocemos como crudo y el segundo se le conoce con el nombre de gas natural. El petróleo es la principal fuente de energía y economía que se mueve a nivel mundial, la vida como la conocemos ahora sería imposible de conllevar sin el petróleo. Pero también es uno de los mayores contaminantes. Al no tener un control sobre él, no solo ocasiona daños ambientales, sino acabando con sus reservas por el uso indiscriminado. Es por eso que se debe generar conciencia, ya que los combustibles fósiles tardan millones de años en restaurarse y no son renovables, además como se mencionó, su refinación y explotación causa un daño ambiental enorme. Es por eso que se debe dar paso al uso de nuevas energías renovables, las cuales cada día ganan más terreno en el ámbito energético. Las energías renovables son una fuente natural que se puede reponer naturalmente en un corto periodo de tiempo y que tienen un impacto ambiental mínimo en comparación a la explotación de combustibles fósiles. Algunas de las energías renovables provienen del sol, del viento, de la corriente del agua, de la tierra e incluso de las olas del mar. Sin embargo, el uso de estas energías aún no es masivo, es por eso que la población en general debe tomar conciencia y hacer presión no sólo a las autoridades a cargo de la regulación de la explotación de combustibles fósiles, sino que debe generar un cambio de pensamiento generalizado en las multinacionales y en todas aquellas industrias que se mueven y funcionan a partir del petróleo y que en definitiva manejan la economía del petróleo (y por lo tanto la economía mundial) a la cual cada uno de nosotros estamos expuestos. En el ámbito más personal, nosotros como futuros Ingenieros Mecánicos también poseemos una gran responsabilidad en producir un cambio. Ya que la escuela, al entregarnos los conocimientos necesarios para desenvolvernos en el área energética nos prepara no tan solo profesionalmente en el ámbito técnico con ramos como termodinámica, motores de combustión interna y turbomáquinas, sino también a nivel personal, con una visión amplia y crítica, permitiéndonos involucrarnos en proyectos de investigación de nuevas energías renovables o en proyectos de mejoramiento y perfeccionamiento de procesos energéticos que involucren energías limpias, con el objetivo final de producir poco a poco una transición al uso de estas energías, y de una u otra manera aportar en el desarrollo de un planeta más limpio y al mismo tiempo generar procesos de producciones más eficaces y amigables con el medio ambiente a través de la Ingeniería.

Bibliografía     

https://somechemistry.wordpress.com/2011/03/09/el-craqueo-o-cracking/ http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/aqa_pre_2011/oils/polymersrev1.sht ml http://www.britannica.com/technology/cracking-chemical-process https://es.wikipedia.org/wiki/Refinaci%C3%B3n_del_petr%C3%B3leo http://www.quimica.uc.cl/s/commons/images/f_crakingdelpetroleo.pdf