FUNDAMENTOS DE LA PETROQUIMICA Y CATALISIS

GRUPO # 2 MATERIA: PETROQUIMICA DEL GAS SIGLA: PRG - 500 DOCENTE: ING. ERNESTO FLORES INTEGRANTES: VICTOR HUGO GIRA AGUIRRE JAIME ARMANDO MORENO CASO RENE MARTINEZ CARLOS DAYANA PEÑARRIETA MENDEZ SAMANTHA CASTAÑOS GUACHALLA

PETROQUIMICAPetroquímica es la extracción de cualquier sustancia

química o de combustibles fósiles. Estos incluyen combustibles fósiles purificados como el metano, el butano, el propano, la gasolina, el queroseno, el gasoil, el combustible de aviación, así comopesticidas, herbicidas, fertilizantes y otros artículos como los plásticos, el asfalto o las fibras sintéticas.

1.1CADENA TRADICIONAL DEL PETRÓLEOEl petróleo pasa por dos etapas genéricas en la separación de sus componentes:Refinación petroleraPetroquímica de los productos petroleros

LA REFINACIÓN La refinación de petróleo es un eslabón único y fundamental de la cadena de suministro de petróleo, del pozo a la bomba. Los demás eslabones de este proceso agregan valor al petróleo, principalmente mediante su traslado y almacenamiento (por ejemplo, extracción del petróleo crudo a la superficie, traslado desde el yacimiento petrolífero a los depósitos y luego a las refinerías, traslado de los productos refinados desde las refinerías a las terminales de despacho e instalaciones de productos de consumo final, etc.). El principal objetivo económico de la refinación consiste en maximizar el valor agregado en la conversión del petróleo crudo en productos terminados.

Las refinerías son grandes plantas de producción de gran densidad de capital, con sistemas de procesamiento extremadamente complejos. En ellas se convierte el petróleo crudo y otros flujos de entrada en docenas de (sub)productos refinados,

por ejemplo: COMBUSTIBLES FOSILES

la gasolina diesel GLP jet fuel kerosén, etc.

LUBRICANTES grasas parafinas aceites asfalto

MATERIAS PRIMAS DE PETROQUÍMICOS

En la actualidad, existen más de 660 refinerías en 116 países, que producen más de 85 millones de barriles de productos refinados por día. Cada refinería tiene una estructura física particular, así como determinadas características operativas y una economía particular. La estructura de una refinería y sus características de funcionamiento están determinadas principalmente por su ubicación, disponibilidad de fondos para inversiones de capital, petróleos crudos disponibles, demanda del producto (de los mercados locales y/o de exportación), requisitos de calidad del producto, normativa y estándares ambientales, y las especificaciones y requisitos del mercado para los productos refinados.

La mayoría de las refinerías de América del Norte están diseñadas para maximizar la producción de gasolina, a expensas de los demás productos refinados. En otros lugares, la mayoría de las capacidades de refinación actuales y prácticamente todas las capacidades nuevas están diseñadas para maximizar la producción de destilado (combustible diésel y pesado) y, en algunas zonas, la producción de materias primas de petroquímicos, debido a que se ha registrado un acelerado crecimiento en la demanda de estos productos en la mayoría de las regiones del mundo.

El proceso de refinación consta de los varios pasos, el primer paso en el proceso de refino es la destilación atmosférica realizada en las unidades de crudo.

LA DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA En la ingeniería del petróleo, es la destilación que se realiza a una presión cercana a la atmosférica. Se utiliza para extraer los hidrocarburos presentes de forma natural en el crudo, sin afectar a la estructura molecular de los componentes. El petróleo calentado entra en la torre de crudo en la que se separan los diferentes componentes del petróleo según sus puntos de ebullición. Obtenemos GLP, gasolinas, keroseno, diesel, y un componente residual llamado residuo atmosférico. Este residuo se calienta y entra a las unidades de vacío en

las que se extrae el gasoil de vacío, dejando como producto residual el residuo de vacío.

Los productos obtenidos en las unidades de crudo y vacío se tratan para conseguir productos comerciales en la forma siguiente:

Los productos livianos como el gas compuesto por metano y etano se separa para usarlo como combustible en la propia refinería o en su caso el excedente puede ir a quemarse en los sistemas de venteo.

El GLP compuesto por propano y butano es envasado a presión o usados como materia prima para producir etileno y propileno y combustible para automóviles.

Las naftas se tratan en las unidades de reformado catalítico para mejorar sus cualidades y se mezclan para obtener gasolinas comerciales. La fracción ligera de la nafta también se procesa en unidades de isomerización para mejorar su índice de octano. También puede ser usada para producir etileno y propileno.

El keroseno es tratado para cumplir las especificaciones de combustible para aviación o para usarse en la formulación del diesel de automoción.

El diesel ó gasóleo se lleva a las unidades de hidrodesulfuración, donde se reduce su contenido en azufre, tras lo cual se usa para formular diesel de automoción o gasóleo de calefacción.

El gasoil de vacío no es un producto final. Se lleva a las unidades de FCC (cracking catalítico fluido) donde a elevada temperatura y con presencia de un catalizador en polvo sus largas moléculas rompen y se transforman en componentes más ligeros como GLP, naftas o gasóleos. El gasoil de vacío también puede convertirse en las unidades de hidrocraqueo, donde a unos 400-440ºC y alta presión, en presencia de catalizadores apropiados se transforma también en GLP, naftas o gasóleos libres de azufre. Estas unidades producen un gasóleo de mejor calidad (con mejor índice de cetano) que las unidades de FCC.

El residuo de vacío se puede utilizar como asfalto o bien someterlo a altísimas temperaturas en las unidades de coque en las que se producen componentes más ligeros y carbón de coque que puede calcinarse para formar carbón verde.

Los aceites son tratados en unidades de separación de componentes aromáticos mediante procesos de extracción líquido - líquido con furfural.

La parafinas se recuperan mediante procesos de enfriamiento de los aceites, estás son usadas en la industria cosmética y como materia prima para las velas.

En muchas de las refinerías se produce también azufre sólido, como subproducto, debido a las limitaciones impuestas a la emisión del dióxido de azufre a la atmósfera.

1.2 LA PETROQUÍMICA DE LOS PRODUCTOS PETROLEROS

Las materias petroquímicas principales que provienen de las refinerías son los hidrocarburos aromáticos y las olefinas como el etileno y propileno.

En realidad menos del 5 % del petróleo es destinado como fuente de materias primas, pero la dependencia actual de los materiales obtenidos a partir del petróleo es sumamente importante en la sociedad actual. Gran parte de los artículos de uso doméstico como los plásticos, fibras, artículos de tocador, desodorantes, medicinas, pinturas, tintes, envases, artículos para la construcción, materiales para la ingeniería, fibras sintéticas textiles, adhesivos y muchísimos más materiales se producen a partir de los hidrocarburos.

La sociedad humana en la actualidad tiene una gran dependencia de los hidrocarburos como materia prima y como combustible.

La Figura 1-1 nos presenta un esquema de la cadena petroquímica tradicional del petróleo. Donde se pueden apreciar algunas de las variadas posibilidades de transformación de los hidrocarburos.

Figura 1.1 Cadena tradicional del petróleo en petroquímica

CADENA DE VALOR DEL GAS NATURAL

Durante las últimas décadas, el aumento del consumo tradicional de gas natural como fuente de combustible va acompañado de su utilización como fuente de materia prima. El aumento del precio del petróleo promovió la utilización de tecnologías de transformación química del gas natural a la de fuentes combustibles alternativas como el diesel, gasolinas sintéticas, metanol y fuentes de materias primas para la fabricación de fertilizantes, plásticos y otros.

• El alza de precios en la producción petrolera se produjo en las regiones donde se encuentran los mayores consumidores que casualmente son las regiones donde no se encuentran los yacimientos más grandes del mundo.

• Es así que las políticas internacionales pretenden asegurar la disponibilidad de hidrocarburos al más bajo costo y de forma sostenible para así asegurar su provisión y evitar una crisis inminente ante su escasez.

En la actualidad varias tecnologías que transforman el gas como fuente de materia prima para la industria petroquímica ganan popularidad debido a que los costos ya se hacen atractivos para su producción.

El metano como materia prima puede ser utilizado para la producción de metanol, urea, fertilizantes, etc. La utilización del metano como combustible es muy difundida y día a día se hace más accesible debido a sus bajos niveles contaminantes y al alza de los precios del petróleo.

Por otra parte, los líquidos del gas natural obtenidos en los procesos de extracción de líquidos que pueden producir el GLP (que es la mezcla de propano y butano) también etano que se puede transformar a olefinas como el etileno y luego la polimerización para obtener plásticos

Aplicaciones del gas natural.

EL PAPEL DE LOS CATALIZADORES EN LA

INDUSTRIA PETROQUIMICA

Los catalizadores son los actores más importantes de los procesos petroquímicos, un catalizador es una sustancia química, compuesto o elemento capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado por que no se consume durante la reacción química. A este proceso se le llama catálisis.

LA CATÁLISIS PUEDE SER DE DOS TIPOS:

HOMOGÉNEA: El catalizador y el reactivo están en una misma fase, por ejemplo, en solución acuosa. Es el caso de la catálisis ácido-base y la catálisis enzimática.

HETEROGÉNEA: El catalizador y reactivo se encuentran en distintas fases, como por ejemplo, la catálisis heterogénea de una reacción entre sustancias gaseosas adsorbidas en la superficie de metal. Los catalizadores sólidos pueden ser porosos y están hechos de metal u óxido metálico soportado sobre una matriz sólida inerte. Este caso particular se conoce como catálisis de contacto. Este tipo de catalizadores son ampliamente utilizados en las refinerías de petróleo.

MATERIALES CATALITICOS TIPICOS

La naturaleza química de los catalizadores es tan diversa como la catálisis misma.Los ácidos próticos son probablemente los catalizadores más ampliamente usados, especialmente para muchas reacciones que involucran agua, incluyendo la hidrólisis y su inversa.

REACCION CATALITICACualquier reacción química que se lleva a cabo con la ayuda de un catalizador se conoce como reacción catalítica. Por ejemplo, calentando una mezcla de clorato de potasio y manganeso dióxido de oxígeno produce calor más rápido que clorato de potasio por su cuenta. El dióxido de manganeso actúa como catalizador para acelerar la reacción, y se deja sin cambios en las finales.

LA PRODUCCIÓN DE PETROQUÍMICOS CON CATALIZADORES (LAS REFINERÍAS DE PETRÓLEO)

El aceite se utiliza para hacer "Gasolina" y otros productos, comienzan como petróleo crudo negro. No se puede utilizar tal cual, directamente del subsuelo. Lo deben transformarse en las sustancias químicas específicas que usa la gente. Este proceso de cambio de petróleo en productos útiles que se llama refinación. La refinería petrolera moderna es un grande y fábrica complicada. El control automático de las diferentes etapas es eficiente y seguro. Equipos de los trabajadores son necesarios para mantener la maquinaria de la refinería "correr" sin problemas.

EL MERCADO PETROQUIMICO

La industria petroquímica está concentrada en unas pocas empresas a nivel mundial, esto se debe a las barreras de entrada al sector, estas barreras se relacionan principalmente a la tecnología o conocimiento especializado y a las elevadas inversiones, aunque la rentabilidad en el sector es también elevada.

La mayoría de estas empresas comenzaron sus actividades pioneras en el siglo pasado y se aseguran la posición de liderazgo por que predominan en sus propios sectores por su antigüedad. En estas décadas acumularon ventajas por el dominio de su tecnología y capacidad productiva en los diversos segmentos de mercado donde tienen su acción.

PRINCIPALES PAISES PRODUCTORES DE PETROQUIMICA POR GRUPOS CORPORATIVOS, SEGÚN LAS VENTAS EN 1994

Los países con mayor participación del mercado generalmente son generalmente aquellos de donde provienen las empresas líderes en el escenario internacional. De tal forma que un reducido número de empresas maneja la mayor parte de las ventas mundiales.

Los grupos petroquímicos se han mantenido como lideres por medio de estrategias basadas en la innovación tecnológica con la protección de las patentes lo que les posibilita apropiarse del invento o innovación y proteger su mercado.

En América Latina se destacan Venezuela, México y Brasil, pero a nivel mundial entre los 20 principales grupos petroquímicos existe la presencia de sólo 11 países. Destaca EUA con siete empresas, Alemania con cuatro y Francia con dos. Esta importante presencia de empresas y países puede permitirnos la generalización de índices de competitividad internacional de cada país con base en la competitividad de sus empresas.

La experiencia indica que las empresas con una competitividad real, de acuerdo con nuestra definición, son aquellas que se ubican en una situación "óptima", porque son las que tienen una importante actividad tecnológica y una presencia también destacada en los mercados. Esta situación muestra la marcada competencia tecnológica en algunos productos petroquímicos.

En este escenario el papel de América Latina es preocupante, ya que entre las empresas más destacadas se encuentran las estatales, que son refinadoras de petróleo, como Petrobras (Brasil), Pemex (México), y PDVSA (Venezuela) y algunos grupos privados no incluidos donde los esquemas por competir en las líneas de productos con mayor contenido tecnológico han sido escasos y poco satisfactorios.

En este contexto a Bolivia tiene que hallar las estrategias necesarias para ingresar a un mercado agresivo, que de hecho, no favorecerá el ingreso de competidores a sus mercados.

Las empresas transnacionales pueden llegar a asociaciones accidentales con YPFB, pero su objetivo no es favorecer a un futuro competidor sino más bien generar dividendos cuidando el monopolio de la tecnología.

Actualmente, varios países de América del sur, cuentan con polos de industrialización del gas natural, entre los que se destacan: Chile, Argentina, Brasil, Trinidad y Tobago y Colombia, que cuentan con centros de transformación de este energético.

LA INDUSTRIA PETROQUIMICA A PARTIR DEL GAS NATURAL EN SUDAMERICA

En conclusión, la industria petroquímica está experimentando profundos cambios, donde la brecha tecnológica se agranda, la geografía de las materia primas, los cambios políticos y sociales mueven el centro de gravedad hacia el este de Europa y hacia donde provocaran una mayor demanda de productos.

En el contexto sudamericano Bolivia tiene un mercado petroquímico en crecimiento en Sudamérica y la materia prima para abastecer estas necesidades, pero esta buena noticia debe tomarse con prudencia porque es necesario desarrollar empresas o grupos empresariales que tengan la capacidad tecnológica y logística para entrar de manera competitiva a los mercados. Ese precisamente es el gran reto para el futuro.

LA CADENA DEL METANO GAS DE SINTESIS Mezclas de monóxido de carbono e

hidrógeno. La obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua.

Gas Natural + Vapor de Agua CO + 3H2 La aplicación más importante del gas de síntesis es la

preparación de amoniaco (NH3) mediante el proceso de Haber: El amoniaco y sus sales inorgánicas son los fertilizantes nitrogenados de mayor importancia.

También son material base para fabricación de explosivos. A partir del amoniaco se obtienen la urea y la melamina.

Ambas reaccionan con formaldehido y dan como productos finales:

Recubrimientos industriales como la formica y resinas para tratamiento de textiles y papel

DERIVADOS DEL ETANO

El etileno es una olefina que sirve como materia prima para obtener una enorme variedad de productos petroquímicos. Se puede obtener subproductos por medio

de: -La oxidación del etileno -Adición de benceno al etileno -Hidratación del etileno

LA OXIDACIÓN DEL ETILENO

En este caso el etileno reacciona con el oxígeno en fase gaseosa y en presencia de un catalizador.

Óxido de etileno = Se usa para madurar las frutas, como herbicida y como

fumigante, y sus derivados para: anticongelantes para los radiadores de autos,

fibras de poliéster para prendas de vestir, polímeros usados en la manufactura de

artículos moldeados, solventes y productos químicos para la industria textil

Acetaldehído = Esteres que se usan como saborizantes y perfumes

ADICIÓN DE BENCENO AL ETILENO

Etilbenceno = Se usa casi exclusivamente para hacer estireno, que a su vez es la materia prima para hacer plásticos de poliestireno. Este producto se usa para fabricar artículos para el hogar, tales como las cubiertas de los televisores, licuadoras, aspiradoras, secadores de pelo, radios, muebles, juguetes, vasos térmicos desechables, etc. También se emplea para empaques y materiales de construcción.

Hidratación del etileno

Esta reacción se puede hacer de dos maneras. 1) Agregarle agua a las moléculas de etileno en presencia de

ácido sulfúrico de 90%, y 2) usar un proceso de alta presión que emplea un catalizador

sólido de ácido fosfórico soportado sobre celite. Alcohol etílico o etanol = Usado como solvente industrial, en

los saborizantes, cosméticos y en la fabricación de detergentes. Ademas es materia prima para: Hidroformilación del etileno La reacción de hidroformilación sirve para obtener aldehídos que contienen un átomo de carbono más que la olefina original.

Propionaldehído = Es la materia prima básica para la fabricación de n-propanol y del ácido propiónico

PRINCIPALES PRODUCTOSPETROQUÍMICOS DEL GAS NATURAL

AMONIACO.- es un gas incoloro, tiene olor intenso y sumamente irritante, es muy soluble en agua, alcohol y eter , es combustible (refrigerantes, explosivos ,industria farmaceutica)

-METANOL.- liquido incoloro, altamente polar, miscible con agua, alcohol y eter, inflamable, toxico por ingestion causa ceguera (solvente, desnaturalizante de alcohol etilico, sintesis quimicas) ETILENO.- gas incoloro con aroma y sabor dulce , altamente inflamable y

explosivo (polietilenos, acetato de vinilo, estireno) CLORURO DE VINILO.- gas incoloro, se licua facilmente usualmente se

maneja como liquido (adhesivos para plastico) POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD.- homopolimero recomendado por su alta

fluidez para moldeo por inyeccion (bolsas, farmacos, rollos de plastico) POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD.- copolimero con una distribucion de peso

molecular ancha. (infinidad de articulos plasticos para uso domestico, automotriz, juguetes, etc.)

GRACIAS POR SU ATENCION…