El petróleo y sus derivados
Los gases licuados (propano y butano)
Los gases licuados (propano y butano)
Para
estos hidrocarburos comercializados en esta líquido en botellas a presión,
empleados en forma gaseosa para cocina, calefacción doméstica, iluminación de
camping y uso industriales tales como el oxicorte al propano, se verifica sobre
todo que su composición y su volatilidad son correctas : ensayo de evaporación,
que mide el residuo "fondo de botella", y tensión de vapor, que mide
la presión relativa en el recipiente a la temperatura límite de utilización
(50ºC), son los dos criterios básicos. El análisis completo de un producto
petrolífero ligero se hace por cromatografía en fase gaseosa; los diversos
hidrocarburos, arrastrados sucesivamente por una corriente de gas portador, son
detectados e identificados a la salida del aparato, y registrado su volumen
relativo.
Las
gasolinas
La
gasolina, sometida a una garantía de utilización particularmente severa tanto
como carburante como disolvente, debe, primeramente, estar compuesta por
hidrocarburos de volatilidad correcta, lo que se verifica por medio de un test
de destilación en alambique automático. Su comportamiento en un motor viene
cifrado en laboratorio por diversos índices de octano que miden la resistencia
a la detonación y al autoencendido. La gasolina es de natural incolora, pero el
aspecto amarillo, rojo o azul de un carburante, conseguido por adición de un
colorante artificial, facilita el control de los fraudes.
Los
querosenos (petróleo lampante y carburorreactores)
Producto
básico de la industria petrolífera desde hace cien años, el aceite para
lámparas representa aún hoy en día una cierta solución para el alumbrado, la
calefacción o las incubadoras. A fin de limitar los riesgos inherentes a la manipulación
de un producto fácilmente inflamable, su volatibilidad está limitada por un
contenido en gasolina que se mantiene inferior al 10%, verificado en el test de
destilación, mientras que otro aparato mide el punto de encendido, que es la
temperatura a la cual un producto petrolífero calentado suavemente comienza a
desprender suficientes vapores como para provocar su inflamación súbita al
contacto con una llamita. Un petróleo bien depurado debe poder arder durante
largas horas sin humear y sin desprender carbonilla, lo que se verifica
empíricamente por medio de lámparas normalizadas.
En el
caso de los carburorreactores, se mide además su resistencia a la corrosión, a
la congelación y a la formación de emulsiones acuosas, así como su estabilidad
térmica: este último test se realiza en el "fuel coker", aparato que
reproduce en el laboratorio las condiciones de alimentación y de
precalentamiento sufrida por el queroseno en los motores de reacción.
Los
gas-oils
Este tipo
de productos, intermedios entre los ligeros y los pesados, representa en Europa
un importante porcentaje de los destinos del petróleo, en su doble función de
carburante diesel (motor de gas-oil) y de combustible (fuel-oil doméstico). El
motor diese es bastante menos exigente acerca de la calidad de su carburante
que el motor de gasolina; sin embargo, es importante garantizar una gas-oil
bien destilado: ni demasiado ligero e inflamable- ensayo de destilación y de
punto de encendido - , ni demasiado pesado - medida de la viscosidad y de la
temperatura de congelación - . Un ensayo en un motor especial normalizado
verifica por último la predisposición del producto a inflamarse espontáneamente
(índice de cetano).
El fuel -
oil doméstico es un gas-oil desgravado de impuestos por lo que su empleo está
prohibido a los motores de vehículos. A este efecto es desnaturalizado por
agentes trazadores y artificialmente coloreado de rojo . Como para todos los
derivados del petróleo, se mide cuidadosamente su contenido en azufre con el
fin de limitar la corrosión del aparato utilizador y la polución atmosférica.
Los fuel
oils
Estos
combustibles líquidos son utilizados en la industria y la marina para el
calentamiento de hornos y de calderas, así como para ciertos motores Diesel
pesados. El control de sus características afecta principalmente a:
-La
viscosidad, que se determina midiendo, a la temperatura de utilización, en el
tiempo de flujo de una determinada cantidad de aceite a través de un orificio
calibrado, verificando así que el producto podrá ser bombeado fácilmente.
-La
potencia calorífica, se evalúa en el calorímetro mediante la combustión en
oxígeno de una cantidad pequeña de fuel-oil situada en una bomba metálica:
-el
contenido del azufre, que se obtiene igualmente con una bomba de oxígeno
midiendo la cantidad de anhídrido sulfuroso producido:
-el punto
de encendido:
-el
contenido de agua y sedimentos.
Los
lubricantes (aceites de engrase)
Extremadamente
diversos según su destino, estos productos nobles de refino sufren primero los
controles clásicos de inflamabilidad (punto de encendido) y de fluidez
(viscosidad, punto de derrame ), pero importa por encima de todo probarlos en
las condiciones reales o simuladas de su utilización futura. Su estabilidad al
calor y la oxidación, por ejemplo verifica 200ºC haciéndolo barbotear en
corriente de aire durante doce horas: la viscosidad
de un
aceite mineral bien refinado es aproximadamente doblada a la salida de este
tratamiento, mientras que la de una vegetal será dividida en dos.
Las
parafinas (ceras de petróleo)
La
característica capital de estos derivados sólidos a temperatura normal, en su
punto de fusión, que debe ser suficiente elevado para evitar el
reblandecimiento de las bujías y el pegado intempestivo de los embalajes
parafinados: se mide en el laboratorio anotando la palidez al enfriarse la
parafina fundida que corresponde a los primeros síntomas de la solidificación.
Los
betunes (asfalto o brea de petróleo)
Hasta
hace poco, especialidad de algunas refinerías que los extraían de petróleos
brutos particulares, actualmente son productos de gran consumo exigidos en
tonelaje creciente para la construcción de carreteras, autopistas, para uniones
de inmuebles y otros trabajos de obras públicas, para la industria eléctrica,
etc.Son objeto de ensayo de viscosidad, de penetración, de reblandecimiento y
de ductibilidad (alargamiento). (organica, 2011)
Composición química del petróleo
En una mezcla muy compleja de composición variable, de hidrocarburos de
muchos puntos de ebullición y estados sólido, líquido y gaseoso, que se
disuelven unos en otros para formar una solución de viscosidad variable.
Contiene:
- Hidrocarburos saturados o parafinas. Formula
general
- Hidrocarburos etilénicos u oleifinas.
- Hidrocarburos acetilénicos.
- Hidrocarburos cíclicos ciclánicos.
- Hidrocarburos bencénicos o aromáticos.
- Compuestos oxigenados (derivados de
hidrocarburos etilénicos, por oxidación y polimerización)
- Compuestos sulfurados (tiofeno, etc.)
- Compuestos nitrogenados cíclicos (piridina,
etc)
En el petróleo natural, además de hidrocarburos, existen nitrógeno,
azufre, oxígeno, colesterina, productos derivados de la clorofila y de las
heminas (porfirinas) y, como elementos, trazas, vanadio, níquel, cobalto y
molibdeno.
Como consecuencia de los compuestos orgánicos nombrados, el petróleo
presenta polarización rotatoria, lo cual revela claramente que se trata de un
compuesto de origen orgánico, formado a partir de restos animales y vegetales.
La composición química del petróleo es muy variable, hasta el punto de
que los cuatro tipos fundamentales de hidrocarburos: parafinas (hidrocarburos
saturados), olefinas (hidrocarburos insaturados), naftenos (hidrocarburos
cíclicos saturados o cicloalcanos,), e hidrocarburos aromáticos, no solamente
son diferentes de un yacimiento a otro, sino también las diversas sustancias
que es preciso eliminar más o menos completamente: gas, azufre (que junto con
el sulfhídrico, mercaptanos y tioalcoholes pueden alcanzar un 3%), agua más o
menos salada, compuestos oxigenados y nitrogenados, indicios o vestigios de
metales etc.
Un análisis en el laboratorio proporciona primeramente indicaciones
sobre la cantidad y calidad de los productos acabados que se pueden extraer del
petróleo crudo:
- alta tensión de vapor, revela la presencia de
gas.
- alta densidad y viscosidad, indican una
reducida proporción de gasolina o un contenido
importante de betún o parafina.
Refinación del petróleo
La destilación es
un proceso fundamental en la industria de refinación del petróleo, pues permite
hacer una separación de los hidrocarburos aprovechando sus diferentes puntos de
ebullición (temperatura a la cual hierve una substancia). El primer proceso que
aparece en una refinería es la destilación atmosférica y al vacío.
El petróleo se
separa en fracciones que después de procesamiento adicional, darán origen a los
productos principales que se venden en el mercado: el gas LP (utilizado en
estufas domésticas), gasolina para los automóviles, turbosina para los aviones
jet, diesel para los vehículos pesados y combustóleo para el calentamiento en
las operaciones industriales.
· Procesos Químicos
· Reacciones
Catalíticas
|
Las características
del crudo, así como la cantidad y calidad de productos que se desean obtener
determinan los procesos que deben incorporarse a la refinería:
· La mayor parte de
los productos obtenidos en el proceso de destilación primaria se someten a
hidrotratamiento para eliminar principalmente azufre y nitrógeno.
· Para la
generación de las gasolinas se incorporan procesos como reformación
catalítica, síntesis de éteres (MTBE y TAME), alquilación e isomerización de
pentanos-hexanos, balanceados de tal forma que la mezcla resultante cumplan
con la especificación establecida.
· Los gasóleos de
vacío se someten a desintegración catalítica fluida para generar mayor
cantidad de destilados ligeros, principalmente gasolina.
· El residuo de
vacío puede también someterse a hidrodesintegración o a coquización para
aumentar el rendimiento de destilados, o a procesos de hidrotratamiento o
reducción de viscosidad para generar combustóleo.
|
Existen muchas
operaciones en los procesos de la industria del petróleo basadas en la
separación física de componentes aprovechando diversos principios (separación
física de componentes). (energia, 2014)
Hidrocarburos
Los Hidrocarburos son sustancias químicas
producidas en la naturaleza que están formados por carbono e hidrógeno, estos
átomos se disponen en una gran variedad de formas dando así origen a varios
tipos de hidrocarburos siendo los principales el petróleo y el gas natural.
Estas sustancias se producen en capas profundas de la tierra a lo largo de
millones de años, provienen de la descomposición de plantas y animales de eras
remotas.
Los hidrocarburos salen al exterior de forma espontánea o por perforación y explotación de sus yacimientos. Una vez procesados pueden dar origen a una gran cantidad de productos de gran utilidad en la vida cotidiana, especialmente para los procesos de generación de energía como los combustibles y para el uso industrial en la fabricación de productos tan diversos como los lubricantes para vehículos y maquinarias, asfalto, plásticos, cosméticos e incluso artículos de higiene y cuidado personal.
Si bien han sido muy beneficiosos, los hidrocarburos también han producido un impacto negativo en el medio ambiente, principalmente al contaminar las aguas durante su transporte marítimo cuando se producen derrames o fugas por mala manipulación o por mal estado de los medios de transporte, esto ha ocurrido con mayor frecuencia con el petróleo. La baja densidad de los hidrocarburos con respeto al agua hace que floten ocupando grandes extensiones en su superficie, esto es capaz de aislar el contacto de la vida acuática con la atmosfera lo cual puede ocasionar la muerte de estos seres vivos así como la contaminación de grandes volúmenes de agua.
Algunos hidrocarburos se encuentran en estado gaseoso, estos pueden pasar a la atmosfera contaminando el aire, este fenómeno también ocurre por las emisiones que se producen tras la combustión de los hidrocarburos en diversas maquinarias y motores como los de los vehículos.
Los hidrocarburos también son capaces de afectar la salud, tanto por ellos mismos como por los metales pesados que se encuentran asociados. En el caso de la Gasolina, un hidrocarburo de uso común para la población general, esta produce vapores que al ser inhalados ocasionan una reacción inflamatoria en los ojos y la vía aérea, también puede absorberse por la piel. Sustancias como el Benceno se asocian a un mayor riesgo de desarrollar enfermedades cancerígenas como la leucemia y malformacione congénitas en el feto.
En el pasado cuando la gasolina contenía plomo era frecuente observar una enfermedad llamada saturnismo, debida a la intoxicación por el plomo contenido en la gasolina, esta enfermedad producía alteraciones como anemia, trastornos del sistema nervioso y falla de los riñones y llevó al desarrollo de la gasolina sin plomo. Los hidrocarburos pueden contener otros tóxicos como el arsénico y mercurio que también pueden producir serios daños a la salud.(abc, s.f)
Los hidrocarburos salen al exterior de forma espontánea o por perforación y explotación de sus yacimientos. Una vez procesados pueden dar origen a una gran cantidad de productos de gran utilidad en la vida cotidiana, especialmente para los procesos de generación de energía como los combustibles y para el uso industrial en la fabricación de productos tan diversos como los lubricantes para vehículos y maquinarias, asfalto, plásticos, cosméticos e incluso artículos de higiene y cuidado personal.
Si bien han sido muy beneficiosos, los hidrocarburos también han producido un impacto negativo en el medio ambiente, principalmente al contaminar las aguas durante su transporte marítimo cuando se producen derrames o fugas por mala manipulación o por mal estado de los medios de transporte, esto ha ocurrido con mayor frecuencia con el petróleo. La baja densidad de los hidrocarburos con respeto al agua hace que floten ocupando grandes extensiones en su superficie, esto es capaz de aislar el contacto de la vida acuática con la atmosfera lo cual puede ocasionar la muerte de estos seres vivos así como la contaminación de grandes volúmenes de agua.
Algunos hidrocarburos se encuentran en estado gaseoso, estos pueden pasar a la atmosfera contaminando el aire, este fenómeno también ocurre por las emisiones que se producen tras la combustión de los hidrocarburos en diversas maquinarias y motores como los de los vehículos.
Los hidrocarburos también son capaces de afectar la salud, tanto por ellos mismos como por los metales pesados que se encuentran asociados. En el caso de la Gasolina, un hidrocarburo de uso común para la población general, esta produce vapores que al ser inhalados ocasionan una reacción inflamatoria en los ojos y la vía aérea, también puede absorberse por la piel. Sustancias como el Benceno se asocian a un mayor riesgo de desarrollar enfermedades cancerígenas como la leucemia y malformacione congénitas en el feto.
En el pasado cuando la gasolina contenía plomo era frecuente observar una enfermedad llamada saturnismo, debida a la intoxicación por el plomo contenido en la gasolina, esta enfermedad producía alteraciones como anemia, trastornos del sistema nervioso y falla de los riñones y llevó al desarrollo de la gasolina sin plomo. Los hidrocarburos pueden contener otros tóxicos como el arsénico y mercurio que también pueden producir serios daños a la salud.
Alcanos
Los alcanos son compuestos formados por carbono e hidrógeno que
sólo contienen enlaces simples carbono – carbono. Cumplen la fórmula general CnH2n+2,
donde n es el número de carbonos de la molécula.
Alcanos, en los cuales, los carbonos se enlazan de manera continua
( sin ramificaciones) se denominan alcanos de cadena lineal.
La familia de alcanos lineales es un ejemplo de serie homóloga. Serie homóloga de compuestos es una en la cual sucesivos miembros difieren en un grupo metileno (CH2) . La fórmula general para alcanos homólogos es CH3(CH2)nCH3. Propano (CH3CH2CH3, con n=1) y butano (CH3CH2CH2CH3, con n=2) son homólogos.
En una serie homóloga las propiedades físicas varían de forma continua , tanto los puntos de fusión como los de ebullición van aumentando a medida que aumenta el número de carbonos de la molécula.
Alcanos con ramificaciones se denominan alcanos de cadena ramificada.
La familia de alcanos lineales es un ejemplo de serie homóloga. Serie homóloga de compuestos es una en la cual sucesivos miembros difieren en un grupo metileno (CH2) . La fórmula general para alcanos homólogos es CH3(CH2)nCH3. Propano (CH3CH2CH3, con n=1) y butano (CH3CH2CH2CH3, con n=2) son homólogos.
En una serie homóloga las propiedades físicas varían de forma continua , tanto los puntos de fusión como los de ebullición van aumentando a medida que aumenta el número de carbonos de la molécula.
Alcanos con ramificaciones se denominan alcanos de cadena ramificada.
Nomenclatura de los alcanos
En los orígenes de la química, los compuestos orgánicos eran
nombrados por sus descubridores. La urea recibe este nombre por haber
sido aislada de la orina.
El ácido barbitúrico fue descubierto por el químico alemán Adolf von Baeyer, en 1864. Se especula que le dio este nombre en honor de una amiga llamada bárbara.
La ciencia química fue avanzando y el gran número de compuestos orgánicos descubiertos hicieron imprescindible el uso de una nomenclatura sistemática.
El ácido barbitúrico fue descubierto por el químico alemán Adolf von Baeyer, en 1864. Se especula que le dio este nombre en honor de una amiga llamada bárbara.
La ciencia química fue avanzando y el gran número de compuestos orgánicos descubiertos hicieron imprescindible el uso de una nomenclatura sistemática.
En el sistema IUPAC de nomenclatura un nombre está formado por
tres partes: prefijos, principal y sufijos; Los prefijos indican los
sustituyentes de la molécula; el sufijo indica el grupo funcional de la
molécula; y la parte principal el número de carbonos que posee. Los alcanos se
pueden nombrar siguiendo siete etapas:
Regla 1.- Determinar el número de carbonos de la cadena más larga, llamada cadena principal del alcano. Obsérvese en las figuras que no siempre es la cadena horizontal.
Regla 1.- Determinar el número de carbonos de la cadena más larga, llamada cadena principal del alcano. Obsérvese en las figuras que no siempre es la cadena horizontal.
El nombre del alcano se termina en el nombre de la cadena principal (octano) y va precedido por los sustituyentes.
Regla 2.- Los sustituyentes se nombran cambiando la terminación –ano del alcano del cual derivan por –ilo (metilo, etilo, propilo, butilo). En el nombre del alcano, los sustituyentes preceden al nombre de la cadena principal y se acompañan de un localizador que indica su posición dentro de la cadena principal. La numeración de la cadena principal se realiza de modo que al sustituyente se le asigne el localizador más bajo posible.
Regla 3.- Si tenemos varios sustituyentes se ordenan alfabéticamente precedidos por lo localizadores. La numeración de la cadena principal se realiza para que los sustituyentes en conjunto tomen los menores localizadores.
Si varios sustituyentes son iguales, se emplean los prefijos di, tri, tetra, penta, hexa, para indicar el número de veces que aparece cada sustituyente en la molécula. Los localizadores se separan por comas y debe haber tantos como sustituyentes.
Los prefijos de cantidad no se tienen en cuenta al ordenar alfabéticamente.
Regla 4.- Si al numerar la cadena principal por ambos extremos, nos encontramos a la misma distancia con los primeros sustituyentes, nos fijamos en los demás sustituyentes y numeramos para que tomen los menores localizadores.
Regla 5.- Si al numerar en ambas direcciones se obtienen los mismos localizadores, se asigna el localizador más bajo al sustituyente que va primero en el orden alfabético.
Regla 6.- Si dos a más cadenas tienen igual longitud, se toma como principal la que tiene mayor número de sustituyentes.
Regla 7.- Existen algunos sustituyentes con nombres comunes aceptados por la IUPAC, aunque se recomienda el uso de la nomenclatura sistemática.
Los nombres sistemáticos de estos sustituyentes se obtienen numerando la cadena comenzando por el carbono que se une a la principal. El nombre del sustituyente se forma con el nombre de la cadena más larga terminada en –ilo, anteponiendo los nombres de los sustituyentes que tenga dicha cadena secundaria ordenados alfabéticamente. Veamos un ejemplo:
Propiedades físicas y químicas de los alcanos
Propiedades Físicas:
Los alcanos son no polares, ya que estan
formados sólo por carbono e hidrógeno. Debido a esto son insolubles en agua,
son excelentes disolventes de grasas y algunas ceras. y tienen puntos de
ebullición bajos.
Los alcanos de bajo peso molecular (metano,
etano, propano y butano) son gases, pero a medida que el número de carbonos en
la serie homóloga aumenta también lo hace el número de pequeños dipolos
instantáneos porque crece el número de enlaces C-C y C-H y así las moléculas se
mantienen más fijas, y el compuesto se presenta a temperatura
ambiente como líquido (pentano, hexano, etc.)
y los alcanos con más de 18 átomos de
carbono son sólidos a temperatura ambiente.
De la misma manera al aumentar el tamaño de
la molécula se incrementa el punto de fusión,
ebullición, así como la densidad.
Los alcanos tienen una baja densidad, la cual
crece al aumentar el peso molecular. Sin
embargo, siempre su valor es menor que la
densidad del agua.
Propiedades químicas:
Son compuestos poco reactivos debido a que no
tiene sitios de reacción con electrones disponibles, es por ello que no sufren
de transformaciones en presencia de ácidos, bases, metales sin la presencia de
energía.
Los alcanos son excelentes combustibles y en
presencia del oxígeno desprenden dióxido de carbono y agua. (Nicasio, 2013)
