Cartas_Portillo_J.t_4.Quimica orgánica en las
industrias.2a_d_5.L_Q.10_Mayo_16.doc.
Tercer
Parcial
Química Orgánica
Aplicada En Las Industrias
La Química Orgánica es la parte de la Química que estudia los compuestos
del carbono. No obstante hay compuestos de carbono que no son orgánicos. Entre
estos están el CO2, el CO, el ácido carbónico, los carbonatos y los
hidrógenocarbonatos que son compuestos inorgánicos.
Los compuestos orgánicos según su origen se clasifican en naturales y
sintéticos. Los de origen natural, a su vez, pueden ser: a) productos orgánicos
extraídos de plantas y animales ó b) productos orgánicos naturales de
yacimientos geológicos.
Este curso de Química Orgánica Industrial está dedicado tanto a los
productos orgánicos naturales como a aquellos que se preparan en un laboratorio
o en una factoría a causa de su utilidad. Los productos orgánicos tienen usos
muy diversos, desde un perfume, utilizado para aumentar el atractivo de una
persona, un explosivo para efectuar voladuras y construir túneles, una fibra
para confeccionar tejidos más resistentes, ignífugos o inarrugables, un
plástico que proporcione superficies no adhesivas y/o pueda utilizarse como
componente de lubricantes sólidos o un aislante para las viviendas para reducir
el consumo energético de calefacción y refrigeración. La importancia de los
productos orgánicos industriales se basa en el valor de su utilización y no en
su significado químico. Esto es evidente en los productos farmacéuticos, donde
si un compuesto particular es la única curación conocida para una enfermedad
mortal, su coste es relativamente poco importante. Por otra parte, un nuevo
colorante, aunque proporcione tonos no disponibles previamente, no será
importante si es tan costoso que los artículos teñidos con él son más caros que
los mismos artículos teñidos con colores similares, aunque menos atractivos.
En la preparación de compuestos orgánicos industriales hay que considerar
no sólo que los procesos sean viables desde un punto de vista cinético y
termodinámico sino además la economía del proceso. Hay que considerar también
factores medio ambientales; si un proceso es químicamente viable y
económicamente atractivo pero se producen subproductos nocivos o de efectos
adversos para las personas empleadas en su fabricación habrá que abandonar
dicho proceso.
La Industria Química Orgánica utiliza varias fuentes de materias primas
para preparar la gran variedad de productos orgánicos que hay en el mercado;
petróleo, carbón, gas natural y materias obtenidas de plantas y animales
(semillas oleaginosas, grasas, madera.). Actualmente la más importante es el
petróleo.
2. Química Orgánica e Industria.
El sector químico es, hoy en día, el de mayor valor añadido en Europa,
el que mayores recursos destina a la protección medioambiental y el que más
invierte en Investigación, Desarrollo e Innovación (aproximadamente el 4% de
sus ventas brutas). Del total de producción de la Industria Química más del 85%
corresponde a la Industria Química Orgánica.
En España el sector químico genera el 10% del PIB, lo que significa un
valor de producción cercano a los 32.000 millones de euros anuales, y más de
500.000 empleos. El sector químico es el segundo mayor exportador y su
crecimiento actual duplica al de la economía española.
La industria química es, sin duda alguna, el sector que más ha
contribuido a mejorar los niveles de calidad de vida del ser humano. Sin la
Química y la industria que la desarrolla la esperanza de vida no superaría los
40 años, y no existirían ni medicamentos, ni agua potable, ni alimentos
suficientes para la población mundial.
La Química en general y la Química Orgánica, en particular, influyen
notablemente en la economía de todos los países, desarrollados o no, dado que
los compuestos orgánicos están presentes en las necesidades básicas de los
mismos, tales como la alimentación, vestido, alojamiento, medios de transporte,
obtención de energía, y en los servicios de salud y seguridad entre otros. Ello
ha motivado la aparición de una Industria Química Orgánica cada vez más
potente, que debido a su naturaleza y a su dependencia con otras industrias
contribuye enormemente en la productividad. Así, por ejemplo, los alimentos son
compuestos orgánicos y el procesado, conservación y envasado dependen de
procesos químicos. La ropa está hecha de fibras orgánicas sintéticas teñidas
con colorantes orgánicos, el calzado requiere adhesivos que son polímeros de
naturaleza orgánica. La vivienda depende de productos tales como plásticos,
adhesivos, pinturas y productos para el procesado de la madera. El automóvil
moderno no existiría sin los diversos materiales poliméricos utilizados en la
fabricación del mismo. Las principales mejoras en la salud se han logrado
gracias a los agentes quimioterapéuticos, y muchas enfermedades infecciosas se
han erradicado gracias a los antibióticos. Los plaguicidas han multiplicado el
rendimiento de las cosechas y actualmente son indispensables.
Las actividades recreativas también están influidas por la Química
Orgánica. Así los esquís modernos se fabrican con fibra de vidrio y resinas
epoxi y las botas son de poliuretano. Las cuerdas utilizadas actualmente por
los montañeros son de Nylon y poliester a lo que deben su elevada resistencia.
La Química también ha sido responsable de la contaminación ambiental. La
explosión acaecida en Flixborough (Gran Bretaña) en 1979 en una planta
productora de Nylon 6 es un ejemplo de la importancia de los conocimientos
químicos en ingeniería. La planta producía Nylon 6 a partir de ciclohexano, el
cual en el proceso se oxida a ciclohexanona. Uno de los reactores del tren de
oxidación se había retirado para reparar una fuga, y en su lugar se colocó un
puente con una tubería en ángulo, con un diámetro que resultó inadecuado.
Lamentablemente no se hizo un estudio de diseño adecuado y debido a la
corrosión por nitratos se produjo una deformación con cavidades y
resquebrajamiento del tubo de acero. A través de la grieta salió ciclohexano a
una presión de 8,5 atm y 155 ºC que formó una nube, que se incendió destruyendo
la planta y el vecindario circundante. La corrosión se debió a que el agua
utilizada para refrigerar se había tratado con nitratos con objeto de diluir
las pequeñas fugas de ciclohexano de la planta. Actualmente todas las factorías
químicas están obligadas a realizar un estudio del impacto ambiental de forma
adecuada para que las Industrias Químicas incidan de la forma menos
contaminante y peligrosa sobre el medio y las personas.
Todos los datos expuestos ponen de manifiesto que, parece evidente, la
Industria Química está destinada a ser el motor del progreso de la humanidad.
Es este sector el que permitirá mantener el equilibrio entre las necesidades
humanas y la protección del planeta y el que desarrollará los productos que
mejoren de forma constante nuestra calidad de vida.
La Química también es responsable de la contaminación ambiental. Sucesos
como la enfermedad de la Bahía de Minamata (Japón), en la que los residuos de
mercurio, procedentes de una fábrica de plásticos, se convirtieron en
dimetilmercurio (muy tóxico) por la acción de microorganismos del fondo del
mar, y fueron absorbidos por los peces, y a través de ellos pasaron a la
especie humana (50 muertes, 100 víctimas incapacitadas); la explosión producida
en la India con isocianato de metilo en la factoría de la Unión Carbide; las
numerosas víctimas producidas por el analgésico Thalidomida; los efectos de los
clorofluorocarbonados en la capa de ozono. Todos ellos son ejemplos de las
posibilidades negativas de los productos químicos, que no se pueden manejar
alegremente. Es necesario estudiar el impacto ambiental de forma adecuada para
que las Industrias Químicas incidan de la forma menos contaminante y peligrosa
sobre el medio y las personas.
3. Estructura de la Industria Química
Orgánica.
La Industria Química tuvo su origen en la segunda mitad del siglo XVIII
y principios del XIX y consistió principalmente en productos inorgánicos
basados en materias primas naturales, tales como el azufre y la sal común. En
cuanto a los productos orgánicos inicialmente se utilizaron aquellos que se
obtenían de la fermentación de productos agrícolas, a causa de la
disponibilidad de tecnología y de materias primas adecuadas basadas en la
agricultura. Entre los más conocidos se encuentran etanol, vinagre, ácido
láctico, glicerina, acetona, y butanol entre otros. Sin embargo, los procesos
de fermentación tienen una aplicabilidad limitada, utilizando generalmente
sistemas acuosos y bajas concentraciones, lo que lleva a una purificación
relativamente complicada del producto, lo que ha motivado su declive. No
obstante en Brasil el etanol utilizado como combustible se obtiene por
fermentación de la caña de azúcar.
A principios del siglo XX se desarrollaron los procesos de fabricación
para obtener productos orgánicos a partir del carbón; este período estuvo
dominado por Alemania y otros países productores de carbón como Estados Unidos,
Gran Bretaña y Francia; se establecieron industrias de alquitrán de hulla
durante el período de 1914 a 1920. A partir de 1950 comenzó a desarrollarse la
industria petroquímica en los Estados Unidos, basada en productos de la
industria petrolífera. El crecimiento de la industria petroquímica después de
la II Guerra Mundial, gracias a la abundancia de las fuentes, motivó que se
desarrollará una industria basada en el petróleo, situación que continúa en la
actualidad. Vivimos en un sistema socioeconómico basado en el petróleo y
dependiente de él. Si bien hay que tener en cuenta que todos los productos
orgánicos requeridos pueden sintetizarse a partir de carbón y agua.
El valor de producción de la I.Q.O. es superior al 85% del de toda la
industria química. Los sectores de producción de la Industria Química Orgánica
por orden de mayor a menor producción son los siguientes:
Industria Petroquímica Básica: proporciona,
además de combustibles como la gasolina y el gasoleo, los productos básicos de
la I. Q. O. que son: metano, etileno, propeno, butenos, benceno, tolueno y
xilenos Todos ellos constituyen las materias prima básicas para la Industria de
los productos intermediarios, que los transforman en una serie de productos
secundarios que son utilizados por las industrias denominadas finalistas.
Industria de los plásticos, elastómeros,
resinas y fibras sintéticas: Es el sector en el que se emplean con mayor
profusión los intermedios petroquímicos y representa un consumo de la mitad de
la totalidad de los productos químicos producidos. Abarca, cauchos,
elastómeros, fibras sintéticas, adhesivos y los plásticos propiamente dichos.
Industria de los agentes tensoactivos: Este sector
consume una grandes cantidades de materias primas petroquímicas y de grasas
naturales. La mayor parte de los tensoactivos se dedican a detergentes. Otras
aplicaciones de menor consumo son la preparación de emulsiones, separación de
minerales por flotación y bactericidas entre otras.
Industria farmacéutica: El sector
farmacéutico es el de mayor valor añadido y el que tiene mayor diversidad de
productos (antibióticos, hormonas, enzimas, vitaminas, fungicidas,
antiparasitarios, analgésicos, anestésicos y sulfamidas entre otros muchos).
Industria agroquímica (biocidas y pesticidas): Los productos
agroquímicos logran salvar entre el 30 y el 50% de las cosechas, pero como
contrapartida negativa, muchos son tóxicos, otros teratógenos y cancerígenos,
por lo que algunos se han retirado del mercado. En la actualidad se han
descubierto biocidas que impiden el desarrollo de todas especies vegetales y
son al mismo tiempo biodegradables.
Industria de los colorantes y pigmentos: El sector de
los colorantes está íntimamente relacionado con los polímeros, ya que a medida
que aparecen nuevas fibras y plásticos se han tenido que desarrollar nuevos
colorantes afines con ellos.
Industria de los disolventes: Los disolventes
son esenciales en la fabricación de pinturas, barnices y en la aplicación de
colorantes y pigmentos. Asimismo se usan como agentes de limpieza y removedores
de diversos materiales poliméricos.
Los productos orgánicos con mayor volumen de producción son:
1.
Etileno
|
5. Urea
|
9.
Metanol
|
2.
Propileno
|
6.
Tolueno
|
10.
Formaldehído
|
3.
Benceno
|
7.
Etilbenceno
|
11.
Xileno
|
4.
Dicloroetano
|
8.
Estireno
|
12.
Cloruro de vinilo
|
4. Materias primas: reservas y suministro de
energía.
El carbón, el gas natural, y el petróleo, que con ayuda de la energía
solar se han almacenado durante millones de años, tienen que proporcionarnos en
nuestros días no sólo energía, sino también materias primas para cubrir
nuestras necesidades.
La accesibilidad y el precio de las fuentes de energía y de las materias
primas han determinado siempre la base tecnológica y, por tanto, la expansión y
desarrollo de la industria química. La crisis del petróleo ha hecho necesario
plantear de nuevo esta relación y su importancia para la economía mundial.
En ningún sector de producción industrial es tan completa esta
dependencia entre energía y materia prima como en la industria química, que se
ve afectada por cualquier variación en la disponibilidad de las mismas, puesto
que es la mayor consumidora de energía y de reservas fósiles naturales,
imposibles de regenerar, las cuales se transforma en una amplia gama de
productos de uso cotidiano con que nos beneficiamos. La demanda creciente y la
limitada reserva de materias primas, apuntan hacia la urgencia de asegurar para
el futuro el abastecimiento tanto de energía como de materias primas. Todos los
esfuerzos a corto y medio plazo deben concentrarse en ampliar la flexibilidad
de la provisión de materias primas para la industria y, satisfacer las
crecientes demandas en el sector energético. A largo plazo el objetivo
primordial es desvincular a las reservas fósiles del sector energético con
objeto de asegurar el mayor tiempo posible tan imprescindible materia prima
para la industria química.
5. Disponibilidad de cada fuente de energía.
5.1. Petróleo
Las reservas de petróleo mundiales están estimadas en 235,8x109 Tm.
De ellas el 48,4 % se encuentran en Oriente Medio (15,9% en Arabia Saudí), un
8,4 % en Europa y Eurasia, un 7,8 % en África, un 19,7 % en Sur y Centro
América, un 13,2 % en Norte América y un 2,5 % en Asia del Pacífico. En 1986 se
consideraban unas reservas correspondientes a 119,7x109 Tm. En
estas cifras no están incluidas las reservas contenidas en las arenas y
pizarras bituminosas. Para un aprovechamiento de las mismas se han desarrollado
nuevos sistemas de extracción y procesos de pirólisis que ya son económicamente
viables en Canadá y Australia.
Con estos datos se calcula que con el consumo actual las reservas
seguras de petróleo durarán unos 57 años más. Con el suministro adicional de
las arenas y pizarras bitumonosas las reservas durarían 100 años. Para aumentar
el plazo de disponibilidad del petróleo es necesario un aprovechamiento más
racional de los yacimientos, que con los métodos de extracción actuales sólo
obtienen el 30%, el descubrimiento de nuevos yacimientos submarinos, así como
una reestructuración del consumo de energía.
5.2. Gas Natural
Las reservas mundiales seguras y probables de gas natural son menores
que las de petróleo y se estiman en 187,3x1012 m3. En 1986 las reservas
estimadas eran de 107,67x1012 m3. De esta cantidad, el 43 % se encuentra en
Oriente Próximo y Medio, el 31,2 % se encuentra en Europa y Eurasia, la Asia
del Pacífico tiene un 8,2 %, África un 7,7 %, Norte América un 5,8 %, y Sur y
Centro América un 4,1 8%. Con el ritmo actual de consumo las reservas pueden
durar unos 56 años más.
El consumo de gas natural se ha incrementado debido a la facilidad de su
transporte, ya sea a través de gasoductos, barcos especialmente diseñados que
transportan metano líquido y a su transformación en metanol.
El consumo de gas natural fue de 3.314,4x109 m3 en 2012.
El incremento respecto del 2011 ha sido de un 2,2 %. El consumo más elevado
corresponde a Europa-Eurasia con un 32,6 % del total.
5.3. Carbón
Las reservas de carbón son las más ampliamente repartidas por toda la
geografía, aún cuando hay que considerar que las estimaciones de reservas de
disponibilidad de carbón son apreciaciones geológicas, sin tener en cuenta su
explotabilidad. Las reservas de carbón (antracita y lignito) se estiman en
860.938x106 Tm. De esta cantidad un 30,9 % se encuentra en Asía
del Pacífico, un 35,4 % en Europa/Eurasia, un 28,5 % en N. América, un 3,7 % en
África y un 1,5 % en Sur y Centro América.
El consumo de carbón en 2012 ascendió a 3.730,1x109 Tm
lo que supone un incremento del 2,5 % con respecto al año anterior debido al
fuerte incremento en Asía del Pacífico que asciende al 5,6 %. El principal
consumidor es este último con un 69,9 % del total.
Con las enormes reservas de lignito y hulla se pueden cubrir las
necesidades energéticas del mundo al menos durante 5000 años.
5.4. Combustibles nucleares
La energía nuclear es, por su estado actual de desarrollo, la única
solución realista para el problema de suministro de energía para las próximas
décadas. Su viabilidad económica está bien comprobada. Las centrales nucleares
han contribuido a asegurar el suministro de electricidad, a contener los costes
de generación eléctrica y a evitar la emisión anual de 50 millones de toneladas
de dióxido de carbono. Respecto a este último punto, hay que recordar que el
incremento de las emisiones de CO2 en nuestro país triplica el máximo permitido
por la Unión Europea dentro del marco del Protocolo de Kioto.
Las centrales nucleares españolas ayudan, además, a frenar nuestro
déficit comercial al ahorrar unos 2.500 millones de euros en importaciones de
combustibles fósiles. Hay que recordar que España es una isla energética y,
como tal, importa el 80% de los productos energéticos que consume. Si a esto se
une que en la segunda década de este siglo la población española se acercará a
los 50 millones de habitantes, resultará imprescindible incrementar la
producción de energía nuclear para satisfacer la demanda eléctrica y mantener
la competitividad de la economía y el bienestar social, en cumplimiento de la
estrategia de Lisboa, respetando el medio ambiente.
La generación eléctrica de origen nuclear en el año 2006 representa
aproximadamente el 17% de la electricidad que se consume en todo el mundo.
Actualmente, existen 435 reactores nucleares en funcionamiento en 31 países con
una potencia neta total instalada de 367.988 MWe. Por otra parte, 25 más se
encuentran en fase de construcción en 12 países, con una potencia prevista de
más de 25.000 MWe. Los cinco países con mayor porcentaje de electricidad de
origen nuclear en 2006 fueron: Francia (78,07%), Lituania (69,20%), Bélgica
(58,10%), Eslovaquia (57,15%) y Suecia (48,01%). España cuenta con un total de
10 instalaciones nucleares ubicadas dentro de su territorio peninsular, entre
las que se encuentran seis centrales - Almaraz I y II, Ascó I y II, Cofrentes,
Sta. María de Garoña, Trillo I y Vandellós II - que forman un total de ocho
grupos nucleares. Vandellós I se encuentra actualmente en proceso de
desmantelamiento. España posee, además, una fábrica de combustible nuclear
-Juzbado- y un centro de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media
actividad -El Cabril-.
Las existencias de uranio y torio son grandes y están distribuidas por
amplias zonas de la Tierra. Se cuenta con unas reservas de uranio de 4x1066
Tm se dan como seguras; las reservas de torio ascienden a 2,2x106 Tm
En la actualidad, operan dos tipos de reactores nucleares cuyas
características y forma de operar es la siguiente:
Reactores de agua ligera: Los reactores
convencionales de agua ligera utilizan U-235 como núcleo fisible[1].
El uranio natural contiene un 99,3% de 92U238, un 0,7% de 92U235 y trazas de
92U233. El combustible del reactor nuclear es uranio, casi siempre en forma de
su óxido, U3O8. Dado que la concentración de U-235, en el uranio natural, es
muy baja es necesario enriquecer el uranio natural hasta que contenga de un 3 a
un 4% de U-235. El proceso de fisión se lleva a cabo por bombardeo con
neutrones lentos.
El proceso de fisión es muy exotérmico, los neutrones generados (2,4 1n0
por término medio) alcanzan altas velocidades, y para que el proceso sea eficaz
hay que disminuir su velocidad antes de utilizarlos para la desintegración
nuclear. Para ello se utilizan sustancias que reducen la energía cinética de
estos neutrones, y que se denominan moderadores. La disminución de velocidad se
debe a la colisión de los neutrones con las moléculas de agua, antes de
alcanzar los núcleos de U235 Un buen moderador debe satisfacer varios
requisitos:
·
no ha de ser tóxico ni costoso,
·
debe resistir la conversión a una sustancia radioactiva por el bombardeo
de neutrones, y
·
debe ser fluido para que también sirva como refrigerante. El agua es la
sustancia que más se acerca a estos requisitos. Los reactores nucleares que
utilizan agua como moderador se llaman reactores de agua ligera. Trabajan a
presiones de unas 160 atm.
produzca un neutrón por fisión.
Los reactores nucleares tienen sistemas de enfriamiento muy elaborados.
Absorben el calor que se desprende en la reacción nuclear y lo transfieren
fuera del centro del reactor, donde se utiliza para generar suficiente vapor
para hacer funcionar un generador de electricidad. En este aspecto, una planta
de energía nuclear es semejante a una planta de energía convencional que quema
combustibles fósiles. En ambos casos se necesitan grandes cantidades de agua de
enfriamiento para condensar el vapor que se vuelve a utilizar. Por ello, la
mayoría de las plantas de energía nuclear se construyen cerca de un río o de un
lago.
Reactores de agua pesada: Otros tipos de
reactores nucleares utilizan D2O como moderadores en lugar de H2O.
El deuterio absorbe los neutrones con menos eficiencia que el hidrógeno. Por
ello el reactor es más eficiente y no requiere uranio enriquecido. El hecho de
que el deuterio sea un moderador menos eficiente, tiene un impacto negativo en
la operación del reactor porque se fugan más neutrones, aunque esta desventaja
no es tan importante.
Con el reactor de agua pesada no es necesario construir costosas
instalaciones para enriquecer uranio. Sin embargo, el D2O se debe
preparar por destilación fraccionada o por electrolisis de agua común, y puede
resultar muy costoso si se considera la cantidad de agua que utiliza un reactor
nuclear. En los países donde abunda la energía hidroeléctrica, el costo de
producción de D2O por electrolisis resulta razonablemente bajo. En
la actualidad, Canadá es el único país que utiliza reactores nucleares de agua
pesada con éxito. El hecho de que no se requiera uranio enriquecido en
reactores de este tipo, permite al país disfrutar los beneficios de la energía
nuclear sin comprometerse en las actividades que están íntimamente ligadas con
la tecnología bélica.
Las previsiones necesarias para el empleo de la energía nuclear son:
1. Abastecimiento de
Uranio natural
2. Centrales nucleares
térmicamente seguras
3. Eliminación de los
productos radiactivos residuales y el reciclado de los combustibles nucleares
no aprovechados y de los incubados.
Igual que en todas las instalaciones industriales, en una central
nuclear se generan residuos que deben ser tratados para que no supongan ningún
peligro a la población. Los residuos radiactivos se clasifican atendiendo, por
un lado, a sus características físicas y químicas en gases, líquidos y sólidos
y, por otro, a su actividad. Así, existen residuos de alta actividad, formados
por los elementos de combustible gastado; de media actividad, radionucleidos
producidos en el proceso de fisión; y de baja actividad, fundamentalmente
ropas, herramientas y otros utensilios contaminados en el mantenimiento de la
central. En todo caso es importante tener en cuenta que el volumen de residuos
generado por las centrales nucleares es muy inferior a de los residuos tóxicos
y peligrosos producidos por otras instalaciones industriales y hospitalarias
(Tabla 1.5). Los residuos de media actividad se generan por radionucleidos
liberados en el proceso de fisión en cantidades pequeñas, muy inferiores a las
consideradas peligrosas para la seguridad y la protección de las
personas. Estos subproductos son tratados para separar los elementos
radiactivos que contienen y los residuos resultantes se solidifican dentro de
bidones de acero utilizando cemento, alquitrán o resinas. Por lo que se refiere
a los residuos de baja actividad radiactiva (ropas y herramientas que se
utilizan en la “zona controlada” de la instalación) se prensan y se mezclan con
hormigón de manera que formen un bloque sólido, y son también introducidos en
bidones de acero. Todos estos bidones son trasladados al Centro de
Almacenamiento de El Cabril, en la provincia de Córdoba, gestionado por ENRESA.
Allí se depositan los residuos radiactivos de todas las centrales nucleares
españolas, así como los residuos generados por la medicina, la investigación,
la industria y otros diversos campos que utilizan materiales radiactivos en sus
procesos.
El combustible gastado, o residuos de alta actividad, se extrae del
reactor y se almacena temporalmente en una piscina de agua situada dentro de la
central y construida de hormigón con paredes de acero inoxidable, creando así
una barrera a las radiaciones sin peligro de escape.
Tabla 1.5.- Emisión de
elementos contaminantes generados por el uso de combustibles sólidos.
6. Productos químicos que se obtienen por
destilación del petróleo.
La primera operación que se realiza en una refinería de petróleo es la
destilación fraccionada del crudo mediante la cual se obtienen diversas
fracciones por orden creciente en sus temperaturas de ebullición.
La fracción más volátil (Tb ≤ 20 ºC) contiene fundamentalmente metano y
homólogos superiores asemejándose en composición al gas natural. El metano
puede separarse de los alcanos superiores, propano y butanos. Estos productos
pueden utilizarse como combustible o como productos petroquímicos básicos para
la IQO.
La segunda y tercera fracción reciben el nombre de nafta ligera (C5-C8;
Tb= 20-150 ºC) y nafta pesada (C8-C11; Tb= 150-200 ºC) y son de enorme
importancia para la IQO. La nafta destila entre 20 y 200 ºC y contienen
hidrocarburos de 5 a 11 átomos de carbono. La nafta contiene hidrocarburos
alifáticos, cíclicos y pequeñas cantidades de compuestos polinucleares.
Mediante procesos de craqueo al vapor la nafta se transforma en alquenos de
bajo peso molecular (este proceso se realiza en Europa principalmente). Su
conversión a benceno, tolueno y xilenos se realiza mediante el reformado
catalítico. En los Estados Unidos esta es su principal aplicación química.
La cuarta fracción es el queroseno (C10-C16) (Tb = 175-275 ºC) que se
utiliza como combustible para tractores, aviones de propulsión a chorro y
calefacción doméstica además de su uso como disolvente. La quinta fracción es
el gasoleo (C15-C22) (Tb = 250-350 ºC) útil para combustibles diesel y para uso
doméstico. Tanto el queroseno como el gasoleo se someten a procesos de craqueo
catalítico para obtener gasolinas de mayor demanda en el mercado.
El aceite residual que destila a más de 350 ºC contiene hidrocarburos de
más de C20 (aceites residuales, asfalto y alquitranes). Con esta fracción se
lleva a cabo una segunda destilación a vacío, (P < 1 atm). Se obtienen los
productos mostrados en el esquema.
Mediante los procesos de craqueo al vapor se obtienen algunos de los
productos principales que constituyen el fundamento de la Química Orgánica
Industrial. Estos compuestos son: etileno, propeno, butenos. Por otra parte,
del reformado catalítico se obtiene la llamada fracción BTX, benceno, tolueno y
xilenos. Estos productos junto con el metano constituyen los productos básicos
de la IQO.
7. Productos químicos que se obtienen del gas
natural
Hasta ahora hemos descrito seis productos básicos de la Industria
Química Orgánica que se obtienen del petróleo; a ellos hay que añadir el
metano. La principal fuente de metano es el gas natural. Del metano se obtienen
fundamentalmente acetileno y gas de síntesis.
En la preparación de acetileno desde gas metano una mezcla 1:2 de
oxígeno y metano se calientan por separado en un horno a 500 °C. A continuación
se mezclan y tiene lugar la transformación parcial del metano en acetileno.
En cuanto al gas de síntesis es una mezcla de gases en la que predominan
CO e hidrógeno en proporciones variables y que son adecuadas para sintetizar
determinados productos químicos. El gas de síntesis se puede obtener del
carbón, del gas natural y del petróleo, de ahí que para algunas mezclas de
CO/H2 se usen denominaciones que recuerdan su procedencia o su aplicación,
tales como:
·
"gas de agua" (CO + H2) obtenido de vapor de agua y
carbón,
·
"gas de disociación" (CO + 3H2) por disociación de
metano con agua o,
·
"gas de síntesis para metanol" (CO + 2H2), para
obtención de metanol.
En la industria orgánica, la mayor parte del gas de síntesis se consume
como materia prima para la síntesis de metanol, fosgeno (Cl2CO) y
para procesos de carbonilación de alquenos (proceso "oxo" para
introducir un grupo formilo).
Imagenes:
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