GUÍA COMPLEMENTARIA DE QUÍMICA SEGUNDOS MEDIOS

LOS COMBUSTIBLES FÓSILES: PETRÓLEO Y GAS NATURAL

Objetivo: Conocer y comprender la industria del petróleo, origen, características, obtención y aplicaciones.

DEPÓSITOS DE PETRÓLEO BRUTO Y GAS NATURAL. Se encuentran debajo de capas de sedimento: material sólido acumulado durante millones de años. Se observan las estructuras que extraen el petróleo y el gas natural desde la profundidad de la tierra.

-La mayoría de los hidrocarburos utilizados industrialmente provienen de combustibles fósiles, como el petróleo y el gas natural. -El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos de color oscuro y viscoso que se encuentra generalmente en depósitos junto a gas natural ubicados entre 1500 y 3000 m debajo de la superficie. La separación y la transformación de los componentes del petróleo se realizan en una refinería de petróleo. -El gas natural y los hidrocarburos procedentes del petróleo son las fuentes de energía y combustibles más utilizadas en estos momentos por la humanidad. - Además, del petróleo se extraen otras materias primas para fabricar, entre otras cosas, pinturas y barnices, ceras, parafinas, neumáticos, detergentes, plásticos de todo tipo e impermeabilizadores.

Chile no es país petrolero; sin embargo, la ENAP, Empresa Nacional de Petróleo, explota un yacimiento en la Región de Magallanes. Este petróleo viaja cientos de kilómetros hasta refinerías en las regiones del Biobío y de Valparaíso, en donde se obtienen productos derivados del petróleo que son comercializados en nuestro país. GAS NATURAL El gas natural contiene grandes cantidades de metano junto con pequeñas cantidades de hidrocarburos livianos de baja masa molar y con no más de cinco carbonos en su cadena carbonada. El gas natural puede almacenarse y luego transportarse a través de tuberías e industrias y a nuestros hogares para utilizarse como combustible. Es un gas inodoro que para su uso doméstico es mezclado con mercaptano, un gas sulfurado de fuerte olor. Así es posible percibir fugas y prevenir accidentes. EL PETRÓLEO. Es un líquido, aceitoso, menos denso que el agua, inflamable, apolar, de color variable que va del amarillo pardo al negro y que se encuentra normalmente en yacimientos subterráneos, tanto bajo de la superficie de la tierra como fondos marinos. La palabra petróleo, proviene de las voces latinas petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra, sino por estar aprisionado entre ellas. El gas natural y el petróleo están formados probablemente por descomposición de materiales orgánicos de origen marino ubicados en los intersticios de rocas granulares (calizas y areniscas) de los estratos superiores de la Tierra.

Empresa Nacional de Petróleo ENAP El 29 de diciembre de 1945, fluyó por primera vez, desde el pozo de Springhill, en Tierra del Fuego, el primer chorro de petróleo, y cinco años más tarde, el 19 de junio de 1950, el Presidente Gabriel González Videla promulgó la Ley 9.618 que creó la Empresa Nacional del Petróleo, ENAP. El gobierno de la época estableció la dependencia de ENAP en la Corporación de Fomento de la Producción (Corfo), con personalidad jurídica independiente del Estado.

Cuando se perfora un pozo a través de esta capa, el petróleo sale a la superficie durante algún tiempo debido a la presión del gas, siendo extraído después mediante bombas y complejos sistemas mecánicos. ORIGEN Esta mezcla de hidrocarburos puede producirse debido a la influencia de diversos factores: la presencia de restos de animales y plantas, principalmente plancton marino; la ausencia de aire; las altas presiones generadas en las capas terrestres, las altas temperaturas y la acción de bacterias anaeróbicas. COMPOSICIÓN es una compleja mezcla homogénea de hidrocarburos, en su mayoría parafinas(alcanos), naftalenos (ciclo alcanos) y compuestos aromáticos, que se forma a partir de la materia orgánica acumulada en los sedimentos de cuencas marinas. Contienen, además, trazas de azufre, oxígeno, nitrógeno y metales en cantidades traza tales como, Níquel, Vanadio y otros elementos metálicos. Las estructuras de los esqueletos de los hidrocarburos en el petróleo se ordenan en tres tipos: 1. Hidrocarburos o Alcanos lineales (parafinas) y ramificados (isoparafinas). 2. Hidrocarburos saturados cíclicos (cicloalcanos o naftenos) como por ejemplo el ciclopentano 3. Hidrocarburos Aromáticos, como benceno, xileno y tolueno. Dentro de los compuestos NO hidrocarbonados, la mayor cantidad de ellos son compuestos azufrados (mercaptanos y sulfuros de dialquilo volátiles) con desagradables olores. En tanto, la gran mayoría de compuestos nitrogenados corresponden a heterociclos como la pridina y metil piridina. Los compuestos oxigenados no superan el 0,05% en abundancia y corresponden fundamentalmente a fenoles (cresoles), ácidos nafténicos (ácidos orgánicos cíclicos) y ácidos grasos. La composición elemental del petróleo normalmente está comprendida dentro de los siguientes intervalos:

Elemento % Peso

Carbón 84 – 87

Hidrógeno 11 – 14

Azufre 0 – 2

Nitrógeno 0,2

EXTRACCIÓN DEL PETROLEO

REFINACIÓN DEL PETRÓLEO Para ser utilizado, el petróleo debe ser procesado por medio de una serie de tratamientos, cuyo conjunto se conoce como refinación del petróleo. Cuando se ha extraído y transportado (vía marítima o por oleoductos) a tierra firme, el petróleo se traslada hasta las refinerías para su procesamiento. Aquí prácticamente lo que se hace es cocinarlo. Por tal razón es que al petróleo también se le denomina "crudo". El crudo entra en estado vapor a la torre de fraccionamiento (torre de destilación), y asciende de modo tal que en la medida que asciende; se enfría y condensa. Así los vapores sobrecalentados se recogen en la parte superior de la torre.

Esquema de la destilación fracccionada del petróleo.

Sacar petróleo de las entrañas de la Tierra es más fácil que extraer carbón. Se taladra un agujero pequeño y se bombea, o bien se deja que la presión natural, si existe, lo eleve hasta la superficie. En la explotación de un yacimiento se distinguen dos periodos que son la recuperación primaria y la recuperación secundaria. En la recuperación primaria, por el efecto de la presión, el petróleo sube por sí mismo a la superficie. En la recuperación secundaria se utilizan reinyección de gas e inyección de agua o lodo. Llegado a la superficie, el petróleo bruto pasa a una estación de "limpiado", donde se le extrae primero el metano y los gases licuados (estabilización) y luego el sulfuro de hidrógeno (stripping).

Isomerización

Reorganización de las cadenas de carbono lineales en otras ramificadas. Se usa para convertir gasolinas de bajo octanaje en gasolinas de alto octanaje. La isomerización transforma una cadena lineal de hidrocarburo en otra ramificada, haciendo más gradual y eficiente la combustión de la gasolina. GASOLINA Es una mezcla liquida de hidrocarburos que poseen entre 5 a 10 átomos de carbono. Debido a su gran importancia, se obtiene mediante un proceso llamado cracking, que es la ruptura de largas cadenas de hidrocarburos en otras más pequeñas. OCTANAJE DE LAS GASOLINAS Cuando se comenzaron a desarrollar los motores para automóviles, los científicos se dieron cuenta de que algunos tipos de hidrocarburos se quemaban de manera más uniforme y tenían menor propensión a encenderse prematuramente que otros. En 1927 se estableció un estándar de desempeño arbitrario, llamado índice de octano. El índice de octano indica el rendimiento de un combustible en comparación con una mezcla que contiene un porcentaje de isooctano. Así, si las características antidetonantes de un combustible son iguales a las de una mezcla que contiene 93% de isooctano y 7% de heptano, se dice que esa gasolina tiene un índice de octano de 93%. Dicho de otro modo, la mejor combustión con el consiguiente menor daño al motor indica una gasolina de calidad deseada. Así, una gasolina con un índice de octano alto genera una combustión,

PRODUCTO Intervalo de temperatura

de ebullición APLICACIONES

Fracciones

Ligeras

Fracciones

medias

Fracciones

pesadas

El Cracking del petróleo Consiste en transformar moléculas más pesadas del petróleo, en otras más ligeras con puntos de ebullición más bajos, comprendidas dentro de los límites de la gasolina. Las fracciones más altas se calientan bajo presión con catalizadores, con lo que se rompen las moléculas grandes, originando otras más pequeñas y volátiles. Su finalidad es generar los productos más demandados y rentables de la refinación.

más suave y efectiva. Se le asignó al isoctano (2, 2, 4-trimetil-pentano) un índice de 100 y a un compuesto de cadena recta, el heptano (n-heptano) el índice 0. FÓRMULAS

EFECTOS NEGATIVOS DE LOS COMBUSTIBLES FÓSILES. Un subproducto inevitable de la quema de combustibles fósiles es el CO2, es el gas más importante del efecto invernadero, que es responsable del calentamento global que se está produciendo en el planeta y el consiguiente cambio climático. Las emisiones de CO2 y de otros gases de efecto invernadero provienen principalmente de la industria y de las actividades cotidianas de suministro de energía, como las instalaciones termoeléctricas, el transporte terrestre y áereo y de la acividad industrial. También la concentración de CO2 en la atmosfera se incrementa por la desaparición de bosques debido a la tala y a los incendios forestales. En las áreas urbanas contaminadas por óxidos de nitrógeno producidos durante la quema de combustibles se forma un contaminante secundario, el ozono. El ozono, al reaccionar con hidrocarburos no quemados y otros compuestos forma una mezcla compleja de diferentes sustancias orgánicas irritantes que se conoce como esmog fotoquímico, la palabra proviene de la voz inglesa smog, formada a su vez por los términos smoke (humo) y fog (niebla). ALTERNATIVAS A LOS COMBUSTIBLES FÓSILES Dadas algunas de las consecuencia que tiene en nuestro planeta el uso del petróleo y sus derivados, hace ya varios años han comenzado esfuerzos por por crear nuevas fuentes de energía limpia, como el metanol y el hidrógeno; y también biocombustibles tales como el etanol o alcohol etílico, o el biodiesel, que se obtienen a partir de productos orgánicos, que reemplacen o disminuyan el uso del petróleo. Un biocombustible es un combustible procedente de la biomasa, es decir, de materia orgánica de origen animal o vegetal. Se obtienen de manera renovable a partir de restos orgánicos que habitualmente provienen de la caña de azúcar, el trigo, maíz o semillas oleaginosas . Los más utilizados son biodésil y bioetanol.

BIODIESEL BIOETANOL

Se obtienen del procesamiento de aceites vegetales, tales como aceite de maravilla, soya, maíz o grasa animal. El biodiésel tiene características similares al diésil que se obtiene a partir del petróleo, por lo que se puede utilizar en cualquier motor de ciclo diésel. En el país existen plantas de producción de biodiésil que ya está siendo utilizado en el transporte terrestre de pasajeros.

Se produce por la fermentación de azúcares contenidos en ciertas plantas. El bioetanol, mezclado con la gasolina produce, produce un biocombustible de alto pder energético, pero con una importante reducción de las emisiones. Su uso no requiere modificaciones en los motores actuales.

Fuente: Ávila, M. et al., Química. Editorial Santillana