Procesos Químicos Industriales: Producción de Acero y Refinación Avanzada de Petróleo
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Química Industrial I: Fundamentos de la Formación de Acero
Para producir acero es necesario eliminar impurezas no deseadas del hierro crudo. Este proceso se realiza mediante oxidación en un recipiente especializado.
El Convertidor y la Refinación del Hierro
El recipiente utilizado es el Convertidor. Para la refinación del hierro, se inyecta una mezcla de oxígeno y argón a través del hierro fundido y la escoria. El calor generado por la oxidación de las impurezas mantiene la mezcla en estado fundido.
Proceso de Obtención de la Composición Deseada
- Se alcanza la composición deseada.
- Se inclina el convertidor.
- Se procede a verter el acero líquido.
Química Industrial II: El Petróleo Crudo
Definición y Origen
El término Petróleo (literalmente, "aceite de piedra/roca") describe una mezcla compleja de hidrocarburos saturados que pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Se localiza en yacimientos naturales y es la principal fuente de energía global.
Su origen es fósil, siendo el resultado de la transformación de materia orgánica, principalmente zooplancton y algas, a lo largo de millones de años.
Etapas de Prospección y Extracción
- Prospección.
- Sondeo y Extracción: Implica perforaciones para determinar la magnitud del yacimiento, su posición, espesor, la presencia de capas de agua salada y gas, y la porosidad de la roca.
Métodos Avanzados de Extracción: Fracking
El Fracking (o fractura hidráulica) es una técnica moderna de extracción. Consiste en forzar al petróleo a salir del estrato rocoso mediante la inyección de fluidos (agua mezclada con sustancias químicas) a muy alta presión y temperatura.
Separación Inicial y Logística
Separación Inicial
El petróleo crudo se somete a una Separación Inicial, donde se separa del agua y de los sólidos interpuestos (sedimentos) utilizando generalmente un recipiente tipo ciclón.
Transporte
El transporte se realiza principalmente a través de buques petroleros y oleoductos de caudal continuo.
Refinación del Petróleo: Procesos y Química
El Refino y el Craqueo
El Refino implica el fraccionamiento del crudo mediante destilación. Un objetivo clave es convertir las fracciones de menor demanda en productos de alto valor (como la gasolina y similares) mediante el proceso de Craqueo (ruptura de moléculas grandes). La elección del proceso de refinación depende de la composición molecular o base del crudo.
Composición Elemental Típica
- Carbono (C): 85%
- Hidrógeno (H): 12%
- Azufre, Oxígeno y Nitrógeno (S, O, N): 3%
Constitución Química Detallada
- Compuestos Oxigenados
- Fenoles y ácidos alifáticos (aproximadamente 0,06%).
- Compuestos Nitrogenados
- Bases orgánicas como la pirimidina y sus derivados (aproximadamente 0,5%).
- Azufre
- Presente entre 0,5% y 5%. Es significativo debido a las propiedades que confiere, como la corrosividad y el olor. Puede encontrarse en forma de gases (H₂S), líquidos (disulfuros, sulfuros) y en fracciones sólidas.
Objetivos Fundamentales de la Refinería
- Separar: Mediante la destilación fraccionada (separación basada en distintos puntos de ebullición). Se aplica energía para separar el crudo en fracciones.
- Convertir: Mediante el craqueo (ruptura térmica o catalítica de moléculas grandes). El objetivo es dividir las moléculas pesadas en ligeras.
- Modificar: Mediante el reformado. Proceso clave para elevar la calidad del carburante, especialmente el índice de octano.
- Depurar: Refino final que implica la eliminación de compuestos indeseables e impurezas en el crudo, como la eliminación de azufre.
Destilación Fraccionada y Productos Obtenidos
En las Torres de Destilación, a distintas temperaturas se obtienen distintos productos del crudo:
- Menos de 40 °C: Gas
- 40 °C - 200 °C: Gasolina
- 200 °C - 300 °C: Queroseno
- 250 °C - 350 °C: Gasóleo
- 300 °C - 370 °C: Aceite Lubricante
- Mayor de 370 °C: Residuos (Asfaltos, etc.)
Fundamentos de la Destilación del Petróleo
La Destilación del Petróleo depende directamente del grado de ebullición de las fracciones o componentes del crudo.
Técnicas de Caracterización de Fracciones
La caracterización se realiza mediante la separación cromatográfica de los distintos hidrocarburos (HC) en forma continua, acoplados a un espectrofotómetro de absorción y masa. Comúnmente se utilizan técnicas como la Fluorescencia de Rayos X (FRX) y la Cromatografía Iónica (CI).