Petróleo y Ácido Sulfúrico: Procesos de Extracción, Refino, Petroquímica y Producción Industrial

Petróleo (Hidrocarburo)

• De origen orgánico y sedimentario.

Es el resultado de altas presiones y temperaturas en el interior de la Tierra, que provocan la descomposición de grandes cantidades de materia orgánica, transformándola en aceite y gas.

Composición del Petróleo

Mezcla de hidrocarburos con azufre, nitrógeno, oxígeno, hierro, níquel y vanadio. Cuanto menos azufre contenga el petróleo, mejor es su calidad (API alto).

Las fracciones del petróleo se volatilizan a distintas temperaturas.

Gas Natural: Compuesto principalmente por metano. Se encuentra asociado al petróleo y su combustión es limpia, ya que no produce óxidos de azufre (SOx).

Explotación del Petróleo

Upstream

1. Prospección: Estudio geológico del terreno.
2. Sondeo: Perforación para encontrar el petróleo.
3. Extracción: Obtención del petróleo.
4. Transporte: Mediante petroleros u oleoductos.

Downstream

1. Refino: Tratamiento para obtener productos del petróleo.
2. Petroquímica: Transformación química en productos (plásticos, caucho, etc.).

Refino

1. Destilación Fraccionada: Se separa el crudo en distintas fracciones (concentración).
2. Craqueo: Consiste en convertir las fracciones de menor demanda en otras de mayor demanda (gasolinas). Para ello, se rompen las cadenas de hidrocarburos con calor (térmico) o con un catalizador (catalítico) para producir parafinas más cortas.

   Craqueo Catalítico

   Convierte gasoil pesado en gasolina de alto octanaje. Incrementa la cantidad de gasolina producida. Se realiza en plantas FCC, donde tiene lugar el craqueo en lecho catalítico fluidizado (proceso más importante de la refinería).

3. Reformado: Modificar las estructuras de las cadenas de las gasolinas para mejorar la calidad del carburante y su poder antidetonante (índice de octano).
   • Deshidrogenación: Eliminación de hidrógeno para la aparición de dobles enlaces.
   • Deshidrociclación: Formación de estructuras cíclicas con eliminación de hidrógeno para la aparición de dobles enlaces.
   • Isomerización: Ramificación de las cadenas para aumentar el octanaje.
   • Hidrocraqueo de Parafinas: Craqueo con adición de hidrógeno.
4. Refino Final / Depuración: Eliminar los compuestos no deseados (azufre, nitrógeno) con hidrotratamiento (principal método de depuración que se aplica a todo tipo de fracción). Este proceso tiene dos pasos principales:
   • Hidrodesulfuración.
   • Eliminación del hidrógeno.

Petroquímica

Rama de la industria química que obtiene productos a partir de fracciones petrolíferas y subproductos del gas natural (aproximadamente 5% del petróleo y 7% del gas natural).

Materias Primas

• Gas natural.
• Gases de refinería saturados (butano, etano), gasóleos.

Aplicaciones del Etano

• Etileno: Para fabricar polietileno, óxido de etileno y etilbenceno.
• Acetaldehído: Síntesis de ácido acético (para hacer acetato de vinilo).

Aplicaciones del Propano

• Propileno.
• Oxidación a ácido acrílico y acético.
• Amoxidación a acrilonitrilo.

Aplicaciones del Butano

• Oxidación del n-butano a anhídrido maleico por catalizadores VPO.

Oléfinas

Producción

• Descomposición térmica (más empleado).
• Deshidratación de alcoholes.
• Desproporcionamiento.
• Craqueo térmico (750-900°C; problemas por la formación de coque [combustible sólido]).

Aplicaciones de las Oléfinas

• Polimerización inducida por electrones desapareados.
• Iniciadores (catalizadores).
• Alcoholes.

Parafinas

• Parafinas líquidas: Nylon.
• Parafinas sólidas: Alcoholes, detergentes, lubricantes, cera.
• LAB: Proceso para obtener detergente y similares (el benceno se une a una cadena de carbono).

Descomposición de Hidrocarburos

• Descomposición pirolítica para obtener carbón negro (actúa como carga reforzante, químicamente inerte).
• Descomposición incompleta para obtener H₂.

Ácido Sulfúrico

Ácido mineral más utilizado en la industria: fertilizantes, petroquímica, metalurgia, pinturas, entre otros.

Es un ácido fuerte, utilizado para disolver metales y rocas (como el fósforo).

Producción de H₂SO₄

• Cámara de Plomo (en desuso): Catálisis homogénea por NOx (hasta 80% de H₂SO₄).
• Método de Contacto: Catálisis heterogénea por Pt u óxidos (H₂SO₄ concentrado).

Método de Contacto

Consta de 3 etapas principales:

Depuración de Gases de Entrada

• Necesaria cuando el SO₃ proviene de tostación de piritas.
• Elimina polvo, arsénico (As) y humedad.
• Se inyecta O₂.

Reacción Catalítica (Oxidación de SO₂ a SO₃)

Absorción (Hidratación) de SO₃

Obtención de SO₂

• Tostación de Piritas (FeS₂): Se obtiene Fe₂O₃ + SO₂ y restos de Pb, Cu, Zn. El objetivo es obtener gases de tostación con la máxima concentración de SO₂, aprovechando todo el calor posible.
• Incineración de azufre (S).
• Combustión de H₂S.