DATOS DE CATALOGACIÓN BIBLIOGRÁFICA Calle Martínez Marco Antonio Proyectos Petroquímicos Tomo III 4ta. Edición Colección: Maestría en Gestión en la Industria de los Hidrocarburos U VIRTUAL Centro de excelencia Santa Cruz – Bolivia Enero, 2012 Derechos Reservados Esta publicación no puede ser reproducida, registrada o transmitida, total o parcialmente, por ningún medio ni sistema de recuperación o captura de información, sea electrónico, mecánico, digital, fotoquímico, magnético ni electro-óptico o cualquier otro, sin previo permiso del editor U VIRTUAL Centro de Excelencia. Tampoco está permitido copiar todo o en parte, salvo las citas bibliográficas usuales en materia de investigación y el material recopilado y referenciado de otros trabajos. Este texto no podrá ser usado en cursos, seminarios, clases o actividades de ninguna naturaleza, sin permiso previo del autor. La violación o transgresión de los derechos de autor y/o edición serán objeto de proceso penal a los autores, cómplices y encubridores, conforme a Ley. INTRODUCCIÓN En la actualidad la petroquímica es un rubro productivo de vital importancia para la sociedad debido al intenso uso de los derivados y nuevos materiales, el presente texto recopila información básica que trata de los materiales, su síntesis y producción. Marco Antonio Calle Martínez ........................2............. 50 2...................................................................................................................................6.....3.......................... 36 2..... DESAFÍOS EN TÉRMINOS DE TAMAÑO Y COSTO ...........................1.... 57 3................... CASO 2...................................... ................................................. HISTORIA DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE GAS A LÍQUIDOS ....................... 2 1............... ................... ..........................................................5....2...................... CARACTERÍTICAS DE LA PRODUCCIÓN GTL....... 36 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR GAS A LÍQUIDOS (GTL) ....................2................. 42 2................................. OBTENCIÓN DEL GAS DE SÍNTESIS..............................4............................ÍNDICE CAPÍTULO 1 ............ TECNOLOGÍAS DEL PROCESO GTL ...................................................................... 55 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR METANO A METANOL Y PLÁSTICOS ...............................................4..................2...............8............................................................................................ CASO 1 .................................................................1..3............................................4. INTRODUCCIÓN .... 61 3..... ................................................. OBTENCIÓN DE METANOL A PARTIR DEL GAS DE SÍNTESIS..............................1.... PRINCIPALES CATALIZADORES PARA FT .............2.......................................... EL MERCADO PETROQUÍMICO................................................................ DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS FT .................... PROCESOS PARA OBTENER METANOL A PARTIR DEL GAS DE SINTESIS............... 4 1.............1..................................................................................... 62 3.............................................................................................. 1 FUNDAMENTOS DE PETROQUÍMICA Y CATÁLISIS .......9......... ....................................................1.2............................................................................. .......................................................... 60 3............................. 9 1. PETROQUÍMICA DE LOS PRODUCTOS PETROLEROS ........ 62 3.........2......................................... PROCESO LURGI ............................. 1 1..... REFINACIÓN PETROLERA........................ ...............................................1.... ..................................... ......... REACTORES DEL PROCESO GTL........2. PROCESO ICI.......................................................... 36 2.............5. ....... PASOS DEL PROCESO GTL .......................5............ MECANISMO DE CRECIMIENTO DE LA CADENA.................................................... 38 2......4......................................................9..1....................................... 41 2............... 44 2...................1.................3............2..................................................................... 7 1............................... INTRODUCCIÓN........................... 12 1............................................. 50 2...........................1.....3............ ANTECEDENTES HISTÓRICOS........org] ..... EL PAPEL DE LOS CATALIZADORES EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA [wikimedia............ MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE SYNGAS – GAS DE SÍNTESIS ....................1................4.. 65 3....................................... 18 1...........................5............................................................3........... 2 1.......................... EL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE GAS A LÍQUIDO ....... 3 1.......1.. 51 CAPÍTULO 3 ............................................2......................3............ 43 2................................. 25 CAPÍTULO 2 . 55 3............ ........... CADENA TRADICIONAL DEL PETRÓLEO ...... CADENA DE VALOR DEL GAS NATURAL ....... 39 2. 4 1... MATERIAS DE BASE................................. 1 1....................... ...................... 55 3.............................................7......... 40 2............................................................ PROYECTOS DE GTL EN AMÉRICA LATINA Y EL MUNDO ............... LA TECNOLOGÍA GTL BENEFICIA AL MEDIO AMBIENTE....... 18 1....... 71 .............1.........................5................................... ................................................................................. OBTENCIÓN DE PLÁSTICOS A PARTIR DEL GAS NATURAL .......... 14 1.............................2.....................................9................................................................. ETAPAS DEL DESARROLLO PETROQUÍMICO.................................................................................................3..............................................................2.................4 .....................................................................2...................................................2..................................... 49 2..................... CASOS DE ESTUDIO ......................... ............................................. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE ÚREA [Textos científicos..............4........................................................ 129 5.......... 121 5........2... Hatch............................................................... 131 CAPÍTULO 6 ........ 119 5....................................1........................... 123 5....... QUÍMICA DE N-PARAFINAS DE ALTO PESO MOLECULAR .................................................1...1.................................................................3............................................................1.........2... Matar – L...............................4............................................................. 139 6......... 92 4......................2 QUÍMICA DEL PROPANO ......................... EL PROPILENO ................ ............ ........ ........................................................................................... QUÍMICOS A PARTIR DEL ETANO Y PARAFINAS MAYORES [S.....................6.... QUÍMICOS A PARTIR DEL PROPILENO ........ ETAPAS DE REDUCCION DEL MINERAL ........... QUÍMICA DEL ISOBUTANO ..... 130 5....1............................ 129 5........ PRODUCCIÓN DE AMONÍACO .............................................1........................................... USOS DEL AMONÍACO................................... QUÍMICA DEL N-BUTANO ................................................... QUÍMICA DEL ETILENO ........................................................... 102 4. 118 5.......................................................1..................1................... ...................................... 132 6.........1............2...2...................... 124 5................................CAPÍTULO 4 ........................ 148 6......2............ TECNOLOGÍA DEL ACERO............ 118 QUÍMICA DE LOS COMPONENTES DEL GAS NATURAL .......... 133 6....1................1......................1...........................3. 132 6............2..3 OBTENCIÓN DEL ACETATO DE PROPILENO.................. 97 4.. 130 5.............1... 125 5........ HIERRO Y ACERO ............... 124 5..................................................................1...................................... QUÍMICA DE LA GASOLINA NATURAL O NAFTA LIGERA (C5-C7)............. 92 4.......................... 143 6........................ GAS REFORMADO COMO REDUCTOR DEL HIERRO EN LA INDUSTRIA DEL ACERO .............. INTRODUCCIÓN .. ......... 132 PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS COMO REDUCTORDEL MINERAL DE HIERRO .............. FABRICACIÓN DEL ACERO ...................com]........................................................................................... TECNOLOGÍA DEL HIERRO (DIRECT REDUCTION OF IRON (DRI)................................................................... 149 .........3 FERTILIZANTES NITROGENADOS EN BASE A GAS NATURAL.....................................................................................................1.......................................1...........................................................1................... 92 4....... SÍNTESIS INDUSTRIAL..2....................... 102 4.................................................. QUÍMICA DEL ETANO ............... EL GAS DE SÍNTESIS COMO REDUCTOR DE HIERRO .. VARIADOS PRODUCTOS ADICIONALES ......4....................... 2000] ........................ 112 CAPÍTULO 5 .............................................. 118 5.............................1.........................................................2...........................................................................................5..1....................4.............1............................................................................................................. 118 5......................... 92 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR METANO A UREA Y FERTILIZANTES ....................................................... ....... .......1................................ 148 6....2....2................2 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO ACRÍLICO..... PREPARACIÓN DE MATERIAS PRIMAS .................................1....... 132 6...7.2.2................................ PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AMONIACO.............................. .......3...........................................1......... ... 94 4.......................................................................................................... producción de artículos de consumo.2011]. medicina. La petroquímica es una rama de la industria química. INTRODUCCIÓN. 1 . etc.CAPÍTULO 1 FUNDAMENTOS DE PETROQUÍMICA Y CATÁLISIS 1. puesto que su importancia se encuentra asociada a la gran aplicación que tienen todos sus productos utilizados en las actividades del hombre como: la agricultura. alimentación. La industria petroquímica es una actividad fundamental para la economía de los países desarrollados. por medio de la cual se obtienen productos químicos partiendo de los subproductos de las refinerías o del gas natural. [AOP.1. Segunda Etapa: Incorporar a las olefinas y a los aromáticos obtenidos en la primera etapa otros hetero-átomos. 1. ETAPAS DEL DESARROLLO PETROQUÍMICO. la acroleína. Para que en la década de los años 50.1.3. La Standard Oil norteamericana en 1920 realiza la primera producción petroquímica de isopropanol. Desde esta época empieza un desarrollo progresivo con la entrada de los Estados Unidos a la primera guerra mundial. sin embargo cuando se debe producir petroquímicos a partir de hidrocarburos vírgenes. La demanda de productos petroquímicos en la década de los 70 junto al bajo precio del petróleo en los 80. La industria petroquímica emplea las olefinas y los aromáticos obtenidos del gas natural y de los productos de refinación del petróleo como materias primas. En la actualidad la petroquímica incluye productos que antes no se conocían más que en laboratorio como el óxido de etileno. los éteres glicólicos y otros. para obtener productos intermedios de segunda generación. pero ya en los últimos años los condicionantes económicos mundiales y el incremento en el precio del petróleo ha ocasionado un ligero descenso en la inversión de esta industria. Europa y el resto de los países incursionen en esta industria creciendo de igual manera. es necesario someterlos a una serie de reacciones según a las siguientes etapas: Primera Etapa: Transformar los hidrocarburos vírgenes en productos de primera generación.2.2011]. 2 . ANTECEDENTES HISTÓRICOS. Tercera Etapa: Formar productos de consumo. la importancia de esta industria radica en los altos volúmenes de producción a partir de materias primas abundantes y a bajo precio [AOP. incrementan las actividades del sector petroquímico. con una reactividad química más elevada. adsorción sólida y cristalización. extractiva. MATERIAS DE BASE. el propileno. Los procesos que permiten obtener este producto son: el proceso de canal. En ciertos países el etileno y el propileno se obtienen por medio de la desintegración térmica. Las principales materias de base o cadenas petroquímicas son el gas natural. buteno y los aromáticos [AOP: 2011]. donde la materia prima es la gasolina natural o nafta pesada. Obtención de olefinas: Las olefinas de mayor uso son las que poseen de dos a cinco átomos de carbono. propileno. mientras más pequeñas. Obtención del negro de humo: El negro de humo es carbón puro de estructura similar a la del grafito. Para separar aromáticos entre sí. se pueden utilizar métodos de destilación azeotrópica. Para obtener estos materiales la industria petroquímica utiliza los procedimientos del ―cracking‖ o desdoblamiento de moléculas pesadas en moléculas más ligeras y el ―reformado‖ o modificación de la estructura molecular del hidrocarburo. Su producción se realiza a través de la desintegración catalítica. extracción con solvente. las olefinas ligeras como el etileno. usando el propano y el butano contenidos en el gas natural. su valor incrementa. de horno y el térmico. el tolueno y los xilenos. el n-buteno.4. 3 . el butadieno y el isopreno.1. el etileno. la materia prima de este producto es el gas natural o los aceites pesados con alto contenido de poli-aromáticos. sus partículas varían entre 10 y 500 mµ. Obtención de hidrocarburos aromáticos: Los aromáticos más importantes son el benceno. El petróleo crudo llega a las refinerías para su procesamiento y refinación. es necesario separarlo en diferentes fracciones que sí son de utilidad. La destilación.5.Obtención de azufre a partir de petróleo: La materia prima para la obtención del azufre es el gas natural y el petróleo crudo. Los procesos de refinación son muy variados y se diferencian unos de otros por los conceptos científicos y tecnológicos que los fundamentan para conformar una cadena de sucesos que facilitan: La destilación de crudos y separación de productos. la modificación y la reconstitución molecular de los hidrocarburos.1. no tiene aplicación práctica alguna. La estabilidad.5. En la refinería el petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la gran variedad de componentes que contiene. REFINACIÓN PETROLERA. para pasar por un conjunto de procesos de separación de sus componentes. cuya característica principal es su fuerte olor a huevo podrido 1. tal como se extrae del yacimiento. Por ello. es decir. El petróleo pasa por dos etapas genéricas en la separación de sus componentes: Refinación petrolera Petroquímica de los productos petroleros 1. CADENA TRADICIONAL DEL PETRÓLEO El petróleo. la purificación y mejor calidad de los derivados obtenidos. 4 . y un componente residual llamado residuo atmosférico. de la misma forma. Si es necesario estos gases pueden ser endulzados si el contenido de ácido sulfhídrico (H2S) es elevado. en las que se extrae el gasoil de vacío. El keroseno es tratado para cumplir las especificaciones de combustible para la aviación o para usarse en la formulación del diesel de automoción. donde se reduce el contenido en azufre para formular diesel de automoción o gasóleo de calefacción. La fracción ligera de la nafta también se procesa en unidades de isomerización para mejorar su índice de octano. Así obtenemos GLP. El GLP compuesto por propano y butano es envasado a presión o usado como materia prima para producir etileno. diesel. según sus puntos de ebullición. Este residuo se calienta y entra a las unidades de vacío. keroseno. gasolina. El diesel o gasóleo es llevado a las unidades de hidro-desulfuración. 5 . Las naftas se tratan en las unidades de reformado catalítico para mejorar sus cualidades y se mezclan para obtener gasolinas comerciales.El petróleo calentado entra en la torre de crudo para ser separado en sus diferentes componentes. Los productos obtenidos en las unidades de crudo y vacío son tratados para conseguir subproductos comerciales de la siguiente manera: Los productos livianos como el gas compuesto por metano y etano se separan para usarlos como combustible en la propia refinería o en su defecto. propileno y combustible para automóviles. puede ser usada para producir etileno y propileno. el excedente puede ir a quemarse en los sistemas de venteo. dejando como producto residual el residuo de vacío. El gasoil de vacío no es un producto final. debido a las limitaciones impuestas en la emisión del dióxido de azufre a la atmósfera. El gasoil de vacío también puede convertirse en las unidades de hidrocraqueo. sus largas moléculas se rompen y se transforman en componentes más ligeros como GLP. 6 . someterlo a altísimas temperaturas en las unidades de coque. o bien. Estas unidades producen un gasóleo de mejor calidad (con mejor índice de cetano) que las unidades de FCC. en las que se producen componentes más ligeros y carbón de coque. donde a elevada temperatura y en presencia de un catalizador en polvo. naftas o gasóleos libres de azufre. en presencia de catalizadores apropiados. donde a unos 400 ó 440 ºC y a alta presión. En muchas refinerías se produce azufre sólido como subproducto. que puede calcinarse para formar carbón verde. naftas o gasóleos. es llevado a las unidades de FCC (Cracking Catalítico Fluido). estás son usadas en la industria cosmética y como materia prima para la elaboración de velas. Los aceites son tratados en unidades de separación de componentes aromáticos mediante procesos de extracción líquido . La parafinas se recuperan mediante procesos de enfriamiento de los aceites. se transforma en GLP. El residuo de vacío puede ser utilizado como asfalto.líquido con furfural. artículos de tocador. tintes. los productos petroquímicos que provienen de las refinerías son los hidrocarburos aromáticos y las olefinas como el etileno y propileno.1. En la actualidad. materiales para la ingeniería. la sociedad hace uso en gran medida de los hidrocarburos como materia prima y combustible. Se estima menos del 5 % del petróleo es destinado como fuente de materia prima. la dependencia actual de los materiales obtenidos a partir del petróleo son sumamente importantes en la sociedad actual. medicinas. Cabe recalcar que los productos que se pueden obtener son extraordinariamente mayores en número y a la fecha se hallan en etapas de investigación o en su defecto todavía no son concebidos por las posibilidades de la tecnología actual. pinturas.2. fibras. sin embargo. La Figura 1. artículos para la construcción. Gran parte de los artículos de uso doméstico como los plásticos. desodorantes. adhesivos y una amplia gama de materiales son producidos a partir de los hidrocarburos.1 presenta un esquema de la cadena petroquímica tradicional del petróleo. fibras sintéticas textiles. donde se pueden apreciar algunas de las variadas posibilidades de transformación de los hidrocarburos debido a las extraordinarias características del átomo de carbono. PETROQUÍMICA DE LOS PRODUCTOS PETROLEROS La petroquímica utiliza productos de la refinación del petróleo para usarlos como fuente de materia prima. 7 . envases.5. Figura.1.es/ 8 .google. 1. Cadena tradicional del petróleo en petroquímica Fuente: http://scholar. 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. además las características menos contaminantes y los convenios internacionales que tratan de disminuir la contaminación global favorecen al uso del gas natural como combustible. el aumento del consumo tradicional de gas natural como fuente de combustible va acompañado de su utilización como fuente de materia prima. etc.6. metanol y fuentes de materias primas para la fabricación de fertilizantes.1. 2011]. Esto ocasionó que el gas natural. 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. plásticos y otros. El metano como materia prima puede ser utilizado para la producción de metanol. 9 . gasolinas sintéticas. cobre vital importancia para muchas regiones. CADENA DE VALOR DEL GAS NATURAL Durante las últimas décadas. 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. 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. [AOP. cuya importancia era secundaria décadas atrás. urea. 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. fertilizantes. Fuente: http://scholar. La Figura 1.google.2 presenta un mapa de aplicaciones del gas natural. en el cual se muestran las mismas del metano como materia prima y como combustible.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.2.es/ 10 . Figura 1. Aplicaciones del gas natural. Figura 1.3 muestra otros procesos petroquímicos alternativos del gas natural donde se pueden observar aplicaciones adicionales de la petroquímica del gas. conocidos en Bolivia como ―Industrialización del Gas‖ son los más populares y recomendados para la implementación de la industria de transformación del metano mas. Otras aplicaciones de la petroquímica Ciahídrido de hidrógeno Hidrógeno Disulfuro de Carbono Etilen glicol Metano (CH4) Gas de síntesis (CO/H2) GTL hidrocarburos Cloro metano Oxo alcoholes Celdas de proteína Metanol 11 .3.Los procesos anteriormente mencionados. no son los únicos que pueden ser utilizados. sin embargo. La Figura 1. en solución acuosa.7. compuestos o elementos químicos capaces de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química. Los catalizadores no alteran el balance energético final de la reacción química.org] Los catalizadores juegan un rol muy importante en los procesos petroquímicos puesto que son sustancias. EL PAPEL DE LOS CATALIZADORES EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA [wikimedia. por ejemplo. 12 . La catálisis puede ser de dos tipos: Homogénea: El catalizador y el reactivo están en una misma fase. Es el caso de la catálisis ácido-base y la catálisis enzimática.Formaldehido Ácido acético Metil esteres Metano (CH4) Metil cloro Metilaminas Plásticos (MTO) Gasolina (MTG) 1. sino que permiten el equilibrio químico con mayor o menor velocidad. t). Todas las moléculas contienen una cantidad determinada de energía.4 muestra el diagrama de una reacción catalizada.4 muestra un diagrama de energía que nos ayuda a recrear el trabajo de un catalizador. Figura 1. por ejemplo. Diagrama de energía. la catálisis heterogénea de una reacción entre sustancias gaseosas adsorbidas en la superficie de metal. Los catalizadores sólidos pueden ser porosos y estar hechos de metal u óxido metálico soportado sobre una matriz sólida inerte. Fuente: http://upload. (A y B) tienen una energía determinada y el o los productos (AB) 13 . Este tipo de catalizadores son ampliamente utilizados en las refinerías de petróleo.Heterogénea: El catalizador y reactivo se encuentran en distintas fases.org/ La Figura 1. La Figura 1. mostrando como varía la energía (E) de las moléculas que participan en la reacción durante el proceso de reacción (tiempo. Los sustratos o reactivos.4. como. Este caso particular se conoce como catálisis de contacto. que depende del número y del tipo de enlaces presentes en ella.wikimedia. El resultado final es que existen muchas más moléculas de sustrato que chocan y reaccionan para dar lugar a los productos. se necesita tomar energía del exterior para que la reacción tenga lugar. Las enzimas catalizan las reacciones estabilizando el intermedio de la reacción.E. La industria petroquímica está concentrada en unas pocas empresas a nivel mundial. esto se debe a las barreras de entrada del sector. EL MERCADO PETROQUÍMICO.B) más fácilmente. Cuando las moléculas de los sustratos se van acercando para reaccionar. la reacción es más eficiente.com.. Por el contrario. El catalizador (E) crea un microambiente en el que A y B pueden alcanzar el estado intermedio (A. a las moléculas "les gusta" mantener su espacio vital y las intromisiones no son bienvenidas). estas barreras se relacionan principalmente con la tecnología o conocimiento especializado y la necesidad de inversiones elevadas. de manera que el "pico" de energía necesario para pasar de los sustratos a los productos es menor. Como resultado.. Cuando los sustratos se convierten en productos. mejorando la velocidad de dicha reacción. 1. aunque la rentabilidad en el sector es también elevada [scribd. lo que produce una reacción endotérmica. y el exceso de energía se desprende en forma de calor. se produce una reacción exotérmica. Un catalizador puede catalizar (redundancia) tanto reacciones endotérmicas como exotérmicas.Si la energía total de los sustratos es mayor que la de los productos (por ejemplo como se muestra en el diagrama). reduciendo la cantidad de energía necesaria (E2). las moléculas se separan y se relajan de nuevo. 2010].. se vuelven inestables como) una analogía antropomórfica.8. 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 debido a su 14 . La inestabilidad se manifiesta como un aumento de la energía del sistema (es el pico de energía que se ve en el diagrama). ya que en los dos casos es necesario superar una barrera energética.. y el conjunto se estabiliza. si la energía total de los sustratos es menor que la de los productos. y la reacción transcurre en general más aprisa. la implementación de la industria petroquímica tiene todavía muchos retos que vencer. las patentes son el verdadero negocio para retener los mercados petroquímicos. Alemania con cuatro y Francia con dos. En la coyuntura actual.1 muestra los montos de ventas en 1994 en millones dólares. acumularon ventajas por el dominio de su tecnología y capacidad productiva en los diversos segmentos de mercado donde se aplican. Taiwán y Malasia ya tienen una presencia importante en el mercado. lo que posibilita apropiarse del invento o innovación y proteger su mercado. De esta forma. la falta de tecnología propia es la principal deficiencia.antigüedad. la alta rentabilidad de los productos 15 . En Bolivia. 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. La experiencia indica que las empresas con una competitividad real. de acuerdo con nuestra definición. Los grupos petroquímicos se han mantenido como líderes por medio de estrategias basadas en la innovación tecnológica con la protección de las patentes. De tal forma que un reducido número de empresas maneja la mayor parte de las ventas mundiales. En este tipo de competencia. La asociación con empresas petroquímicas es una alternativa y también la definición de una estrategia de mercado basada en los precios bajos puede ser otra alternativa interesante. En estas décadas. los países como Japón. Esta situación muestra la marcada competencia tecnológica en algunos productos petroquímicos. En América Latina se destacan Venezuela. Los países con mayor participación del mercado generalmente son aquellos de donde provienen las empresas líderes en el escenario internacional. México y Brasil. pero a nivel mundial entre los 20 principales grupos petroquímicos existe la presencia de sólo 11 países. La Tabla 1. esta realidad está cambiando por el ingreso de países con estrategias tecnológicas y el mercado agresivo. Destaca EUA con siete empresas. ya que entre las empresas más destacadas se encuentran las estatales. que son refinadoras de petróleo. y PDVSA (Venezuela) y algunos grupos privados no incluidos 16 . Principales países productores de petroquímicos País Estados Unidos Japón Holanda Francia Reino Unido Italia México Venezuela Corea del Sur España Brasil Bélgica Taiwán India Ventas acumuladas (Millones de Dólares) 458993 127531 107088 88846 83227 32566 28195 22157 18196 17717 17353 11399 8512 8336 Grupo Empresarial EXXON NIPPON OIL ROYAL / SHELL ELF BP ENI PEMEX PDVSA SUNK YOUNG REPSOL PETROBRAS PETROFINE CHINESE PETROL INDIAN OIL Fuente: Elaboración propia en base a Fortune En este escenario el papel de América Latina es preocupante. como Petrobras (Brasil). 2010].innovadores les brinda a las empresas líderes el sostenimiento de su posición competitiva y eventualmente monopólica [scribd. Tabla 1.1. Pemex (México).com. Brasil. Argentina. En conclusión. la ausencia de integrados sistemas nacionales de producción de innovaciones sigue desempeñando un papel limitante en la organización de la investigación y los conocimientos técnicos. varios países de América del sur cuentan con polos de industrialización del gas natural. Actualmente. En este contexto.donde los esquemas por competir en las líneas de productos con mayor contenido tecnológico han sido escasos y poco satisfactorios. generar dividendos cuidando el monopolio de la tecnología. se detalla en la Tabla 1. Trinidad y Tobago y Colombia. Bolivia tiene que hallar las estrategias necesarias para ingresar a un mercado agresivo. la industria petroquímica está experimentando profundos cambios. El detalle de los productos elaborados por cada país. pero su objetivo no es favorecer a un futuro competidor. pese a la creciente internacionalización. 2010].2. la geografía de las materia primas. que de hecho.com. sino más bien. Al parecer. Las empresas transnacionales pueden llegar a asociaciones accidentales con YPFB. los cambios políticos y sociales mueven el centro de gravedad hacia el este de Europa. 17 . no favorecerá el ingreso de competidores a sus mercados. donde provocaran una mayor demanda de productos [scribd. donde la brecha tecnológica se agranda. entre los que se destacan: Chile. que cuentan con centros de transformación de este energético. 9. prácticamente controlada por el Estado. A partir de la privatización de YPF. hasta principios de la década del 90. CASOS DE ESTUDIO 1.revistaespacios.2.com/ 1. CASO 1 El futuro de la industria petroquímica de la Argentina (Informe del Gobierno de la República Argentina – Subsecretaría de Industria) La industria petroquímica argentina estuvo. la venta del Polo Petroquímico de Bahía Blanca a Dow Chemical y la compra de Indupa por parte del 18 . Industria petroquímica a partir del gas en Sudamérica PAÍS Chile Productos elaborados Plásticos Metanol Metanol Argentina Amoniaco – Urea Plásticos Metanol Brasil Amoniaco – Urea Plásticos Trinidad y Tobago Metanol Amoniaco – Urea Metanol Colombia Amoniaco – Urea Plásticos Venezuela Plásticos Amoniaco – Urea Fuente: http://www.Tabla 1.9.1. abrió un nuevo panorama para este sector. es decir que esta industria está fuertemente eslabonada hacia atrás con el sector petrolero/gasífero. que sirven de insumos al denominado "downstream" o se exportan directamente. que en su mayor parte son provistas por YPF y Pérez Companc. Un 10% (urea) se destina a la producción de fertilizantes nitrogenados y abonos. La libertad de precios. que parten del etano como materia prima. Hacia atrás se conecta con las industrias del petróleo y el gas. incentivaron la inversión en un sector que estaba rezagado en esta materia. la desregulación de los mercados y la baja de costo producida como consecuencia de la privatización de los servicios públicos a partir del Plan de Convertibilidad. Río Tercero en Córdoba y Luján de Cuyo en Mendoza. adhesivos y selladores. Actualmente. El 60% de la producción final es utilizada por la industria plástica. con una gran diversidad de productos que se utilizan para consumo final de familias o de empresas como envase o en la elaboración de otros productos. 19 . Por otra parte. pero también existen otros localizados en la provincia de Buenos Aires. los productos elaborados por la industria petroquímica se hallan encadenados entre sí. se usan en la elaboración de productos intermedios y éstos a su vez son utilizados en los productos finales. ya que la mayor parte de los productos básicos. como Ensenada y Campana-San Nicolás. el gas licuado de petróleo y la nafta virgen. especialmente para producir pinturas. La producción petroquímica utiliza como materias primas básicas al gas natural. barnices. el centro principal de producción petroquímica es el Polo Petroquímico de Bahía Blanca. El sector petroquímico se relaciona así con una amplia gama de actividades productivas.Grupo Solvay. bolsas industriales. envases compuestos o extrusados. junto con la ampliación del mercado que implicó el Mercosur. perfiles y caños para la construcción y autopartes. La interdependencia que existe entre los eslabonamientos productivos hace que cobren relevancia en cada etapa los precios y la demanda de todo el conjunto. en el medio existen eslabonamientos dentro del sector y hacia adelante. en la elaboración de film. San Lorenzo-Puerto San Martín en la provincia de Santa Fe. A la industria química se destina 10%. Las exportaciones. el consumo creció 65. Del aumento absoluto de la producción. que alcanzaron para satisfacer un consumo aparente de 2. La evolución de la producción petroquímica Entre 1985 y 1995. el consumo se estanca y vuelve a tomar impulso recién a partir de 1991.37 millones.5%.44 millones de toneladas entre ambos años. fundamentalmente de neumáticos.58 millones a 0. creciendo al 10.97 millones. el consumo subió a 3. El desarrollo de la demanda en los últimos años fue tan rápido que la producción no tuvo tiempo de acomodarse a los nuevos niveles de consumo. la producción 16. por su parte.8% de 1990. El 10% restante se divide entre la industria del caucho. cayeron de 0. lo que generó claras oportunidades de inversión.Otro 10% es demandado por la producción de combustibles y solventes.55 millones de toneladas de productos petroquímicos. y la industria textil sintética. de 420 mil toneladas. las importaciones 254. En 1995. En el consumo aparente se aprecian cambios más profundos. especialmente en termoplásticos y fertilizantes.5% anual. ya que si bien los tres aumentaron en volumen. En definitiva.9%. 20 .6% por año entre 1990 y 1995. En 1990 se produjeron 2.3 puntos su participación por la elevada tasa de crecimiento registrada en el período considerado. el 58% estuvo originado en los productos finales.6% y las exportaciones se redujeron 19. el consumo aparente de productos petroquímicos en la Argentina aumentó 148. el 40% en los productos básicos y sólo el 2% en los intermedios.8% de la producción en 1995 frente al 22. o sea al 9.9 millones de toneladas. produciéndose un retroceso en los intermedios y en los básicos. pasando a representar el 15.4%. cuando alcanza a 3. El bache tuvo que cubrirse con importaciones.6% anual hasta 1987.4 millones a 1.47 millones. los productos de consumo final mejoraron 15.2%. En estos últimos cinco años las tasas de variación de los distintos grupos de productos fueron sensiblemente distintas. Tras haber registrado una tasa del 21. para la elaboración de fibras poliéster y poliamídicas. que pasaron de 0.93 millones y la producción fue de 2. que se produjo por el aumento de rentabilidad derivada de la eliminación de los impuestos a la exportación y de los buenos precios internacionales. mientras que los básicos lo hicieron con el 25% y los intermedios con el 4%.563 mil toneladas que aumentó el consumo aparente en el quinquenio. El consumo aparente de productos petroquímicos Dentro de los productos finales. En el cuadro 1 puede apreciarse que el mayor consumo registrado en productos finales y básicos impulsó la producción de éstos. También contribuyó al incremento del consumo de fertilizantes la reducción de los aranceles a la importación de estos productos.De las 1. los productos finales contribuyeron con el 71%. El consumo aparente de urea. materia prima de los 21 . lo que hizo bajar sus precios. debido al desarrollo de la actividad agrícola. mientras que los productos intermedios quedaron prácticamente sin cambios. el consumo de fertilizantes y agroquímicos tuvo un gran aumento en los últimos años. El de polietileno de alta densidad creció de 47.9 mil en 1996 y el de PVC.fertilizantes.770 kilos por hectárea en 1989 a 2.000 millones entre 1997 y el año 2000. de acuerdo al siguiente detalle: 22 . a su vez. en última instancia están íntimamente relacionados con la fase de crecimiento de la economía iniciada a principios de esta década.1 mil toneladas en 1990 a 533. y por consiguiente parte de esa inversión ya ha sido desembolsada.600 kilos en 1995.7 mil en 1995 y a 156.3 mil en 1996.1 mil en 1990 a 101. La mayor utilización de abonos generó. mejoras en los rendimientos promedio de los diez principales cultivos. que pasó de 48. como el de polipropileno. que pasaron de 1. Estos aumentos se deben a la mayor demanda de los autopartistas. Pero también subió el consumo de otros productos finales que no tienen que ver con la demanda agrícola.1 mil en 1995 y a 952.7 mil en 1995 y a 217. que implican inversiones por casi US$ 2. El de polietileno de baja densidad convencional (PEBDC) pasó de 87.7 mil toneladas en 1990 a 117.7 mil en 1995 y a 131. pasó de 133.0 mil en 1996. la construcción y los envases para la industria de alimentos y bebidas y. muchas de las cuales ya se iniciaron.7 mil en 1996.6 mil toneladas en 1990 a 158.8 mil toneladas en 1990 a 136.3 mil en 1995 y a 144.7 mil en 1996. Las inversiones petroquímicas Frente a estas elevadas tasas de variación del consumo. es lógico que las principales empresas del sector hayan decidido encarar nuevos proyectos tendientes a expandir la producción local. de 59. polietileno de baja densidad convencional (86 mil tn). Estos excedentes podrían incrementar las exportaciones en aproximadamente US$ 375 millones. a los precios actuales. estireno (27 mil tn). lo que representa un 90% de aumento sobre los US$ 417 23 . se puede estimar que quedarían saldos exportables en benceno (88 mil tn). En función de la evolución pasada del consumo aparente de los productos involucrados en los proyectos.La puesta en marcha de estos proyectos permitiría. cubrir la demanda interna sustituyendo importaciones y. destinar excedentes a la exportación. en algunos casos. PET uso envase (80 mil tn) y PET uso textil (35 mil tn). etileno (215 mil tn). para el año 2000. Asia o EE. los nuevos proyectos de inversión implican unidades productivas a escala internacional que cuando estén en funcionamiento le permitirán a la industria competir en igualdad de condiciones con empresas de Europa. donde se realizarán las mayores inversiones. si éste siguiera creciendo al ritmo de los últimos diez años.millones exportados por el sector en 1995. que es utilizada como insumo por los polos petroquímicos brasileños. La Argentina puede afirmar su participación en el Mercosur debido a que la ampliación de su producción se realizará en base al gas natural que. Si bien actualmente el tamaño de la escala de la mayor parte de las plantas argentinas está por debajo de los estándares mundiales. 24 .U. es más barato y más eficiente que la nafta. En etilbenceno quedarían equilibradas oferta y demanda. además de ser un recurso abundante. Pero en urea. la capacidad instalada en el año 2000 cubrirá el 50% del consumo.U. La envergadura de las inversiones que se están realizando y las que se anuncian.2. en un contexto de fuerte competencia internacional. tal como queda corroborado por su expansión reciente. Los países que se encuentran en la dinámica compiten por los mercados en bases a mayor calidad y menor precio en un mercado en desarrollo y crecimiento. ejecución de sociedades. implementación de proyectos y movimientos de capitales..¿Qué conclusiones sobre el mercado de los productos petroquímicos puede extraer del informe? 2. CASO 2.9. En las siguientes líneas extractamos algunos resúmenes de las novedades del sector: 25 .. la industria energética es un sector muy dinámico donde el día a día es un escenario de proyectos..Todo este escenario sitúa al sector petroquímico argentino ante la oportunidad de aumentar sus exportaciones y el desafío de satisfacer una demanda interna creciente dadas las características de sus establecimientos productivos.¿Cómo define la situación de la industria petroquímica en América Latina en la actualidad? ¿Cuáles son los retos para el futuro? 1.. Novedades del sector petroquímico Latinoamericano y el dinamismo del sector.¿Por qué motivo cayeron las exportaciones de petroquímicos en 1995 en la Argentina? 4.¿Argentina es un país que tiene potencial exportador de productos petroquímicos o en su caso la prioridad es el abastecimiento de su mercado interno? 3. en general. Cuestionario: 1. ponen de manifiesto la enorme potencialidad del sector petroquímico. Los mercados petroquímicos y. tanto de inversores locales como extranjeros. Ahí veremos cuál será nuestra participación conjunta con la inversión privada. Puno y Arequipa. Petroperú participará en el gasoducto andino y en petroquímica. Pero Petroperú y Repsol se anticiparán en el sur con los gasoductos virtuales. entonces le reembolsamos a la empresa en el porcentaje que corresponda y desarrollamos juntos el campo. entraremos en asociación con la empresa Kuntur y con las empresas privadas que se integren. P. Esta es una entrevista a su persona y su opinión sobre los temas de estudio.PERÚ Humberto Campodónico es un acérrimo defensor de la petrolera estatal y ahora está empeñado en potenciarla. con una inversión estimada de 4. Es economista e ingeniero industrial. ¿Es una puerta abierta para los inversores? R. Si se halla petróleo. El objetivo es concluirlo en 2016. Ese proyecto es muy importante porque incluso antes de fin de año se podría llevar el gas de Camisea —comprimido y en camiones cisternas— a Cuzco. podríamos participar. Habrá diez tipos de petroquímica.000 millones. Trabajó en la Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL). A 26 . Fue decano de la Facultad de Economía de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Una de nuestras prioridades es volver a la explotación de petróleo. R. en donde participarán empresas privadas y estatales. donde tiene una prolífica investigación sobre el sector hidrocarburos en la región. ¿Cuál es la prioridad en la potenciación de Petroperú? Respuesta. Vamos a participar en algunos lotes antiguos cuyos contratos expiran entre 2013 y el 2015. Así es. Pregunta. pero el riesgo lo asumiría la empresa con quien nos asociemos. Hasta hace poco fue columnista en la sección de Economía del diario La República. En el gasoducto para el sur de Perú. P. En exploración. Sí. Fuente: http://www. El pasado 7 de enero y a cien días cumplidos de gobierno.Venezuela y más allá en la Unión Suramericana (UNASUR) y la Comunidad de Estados de América Latina y el Caribe (CELAC).mediados de febrero deberíamos tener listo el estudio de factibilidad. El vuelco de Humala representa además la consolidación de la unidad latinoamericana que prioriza la estrategia de reordenamiento del mercado en la Comunidad de Estados Latinoamericanos (CELAC) y la UNASUR y la negociación de una agenda energética que incluye la cooperación y el desarrollo conjunto entre las empresas estatales PDVSA y Petroperú. La industria era señalada como uno de los grandes contribuyentes a la economía real. expresa una voluntad decidida de voltear la página de políticas promovidas por diversos gobiernos con el país bolivariano que socavaron las relaciones binacionales. Entre los acuerdos trascendentales destaca la cooperación venezolana para la concreción de un polo industrial petroquímico al sur del Perú y la incursión de Petroperú como socio de Petróleos de Venezuela (PDVSA) en la Franja del Orinoco. compartidos entre Petroperú y Repsol. pues.larepublica. culturales y energéticos y avanzar en la unión Perú . Fuente: http://www. Consolidan acuerdos estratégicos y avanzan en la unidad latinoamericana. sociales. La inversión estimada es entre 100 y 110 millones de dólares.pe/ PERÚ-VENEZUELA.elmercuriodigital. económicos. 27 . el Presidente Ollanta Humala arribó a las tierra bella de Bolívar para concretar un conjunto de acuerdos estratégicos. Sin lugar a dudas uno de los esfuerzos más importantes del gobierno de Humala.net/ ARGENTINA Hasta 2006. el sector de la energía se destacaba más por su faceta económica y comercial que por su importancia estratégica como primer eslabón de cualquier cadena productiva de valor. ex secretario de Energía y ex titular de YPF en época estatal. El déficit.sobre los supuestos planes de la Casa Rosada para renacionalizar YPF. La propia Cristina Kirchner admitió la semana pasada.000 millones. que explicó un 50 por ciento del superávit comercial total del país. según pronósticos de Daniel Montamat. precisamente. el escenario es diametralmente opuesto. la Argentina cerró en rojo su balanza comercial de energía. naftas vírgenes para uso petroquímico. quienes la semana próxima darán a conocer un duro documento en el que exigirán una mayor producción de crudo con el fin de aumentar sus ingresos por regalías y los puestos de trabajo. Este clima de escalada se da.Los números habilitaban esa lectura: la balanza comercial energética cerró ese año con un saldo a favor de $us 6000 millones. el superávit había superado los $us 1100 millones. la Argentina exportaba un 32% de su producción local de crudo. que rondó los $us 12. anterior al boom de las ventas de vehículos y del consumo de equipos de aire acondicionado que levantaron exponencialmente la demanda de combustibles y energía eléctrica. y sólo importaba desde Bolivia una pequeña porción de su consumo doméstico de gas natural. luego de que el año energético produjera novedades poco felices: por primera vez en más de 10 años.a varios países de la región. Eran tiempos de recuperación industrial y agropecuaria incipiente. vendía derivados -fundamentalmente. a la embestida K se sumó también la presión de los gobernadores de las provincias petroleras.000 millones. En 2006. en medio de su renovada ofensiva contra las petroleras. CFK también acusó a las petroleras de no invertir lo suficiente y cobrar sobreprecios a los combustibles. aun con una fuerte tendencia expansiva de las importaciones. En las últimas horas. En 2010. convierte al país en un importador neto de combustibles y electricidad. Para echar más nafta al fuego. 28 . síntoma de una escalada que siguió luego con la información publicada en Página 12 -un medio que suele anticipar las posiciones oficiales. Cinco años después. respectivamente. Y en 2012 podría llegar hasta los $us 12. que la importación de energía representó en 2011 el equivalente a dos puntos del PBI: alcanzó los $us 9000 millones. que orillará los $us 4000 millones. 65 millones de toneladas (Tn) de fueloil. que en los últimos tiempos cobraron cada vez más protagonismo por el estancamiento de la oferta del fluido. cualquier incremento de la demanda debe ser cubierto con importaciones. mayoritariamente. con las centrales inauguradas este año. Según números de Montamat & Asociados. 29 . La expansión del parque eléctrico -que crece a una media del 7% anual desde 2006. Es un problema estructural que sólo se corregirá a mediano plazo en la medida en que se reactive la inversión exploratoria de nuevas reservas de hidrocarburos". en lugar de recurrir a otras tecnologías como la hidroelectricidad y la energía nuclear. ex secretario de Energía. Son derivados alternativos al gas natural. con menores costos de combustible. Por ese ítem. advierte Jorge Lapeña. Esa baja obligó a cubrir la demanda creciente de las usinas eléctricas y del parque automotor (se vendieron 900.000 nuevos vehículos en 2011). "Frente a la caída de la producción local de energéticos. El parque consumió alrededor de 12. la generación térmica alcanzó a representar un 60% del total de la oferta eléctrica.Las razones de tal desbarajuste hay que buscarlas en una serie de factores que tienen como epicentro explicativo a la fuerte caída de la oferta local de petróleo y gas registrado en los últimos cinco años. según cálculos de Abeceb. 2 MMm3 de gasoil y 2. y la de gas -que hegemoniza la matriz energética nacional. mediante la instalación de centrales térmicas -que funcionan con derivados fósiles-. en 2011 salieron del país alrededor de $us 4100 millones.tiene una particularidad: la nueva demanda se cubre. Déficit en usinas La mayor parte del costo de importación de energía se destina a solventar la compra en el exterior del gasoil y fuel oil que consumen las centrales termoeléctricas. con un 51% del total. con importaciones de combustibles y electricidad.perdió un 8% desde 2006. construidas en gran medida por iniciativa pública. La producción de crudo perdió un 30% desde 1998 a la fecha.500 millones de metros cúbicos (MMm3) de gas natural. "Los precios de importación son mucho más caros que los que se manejan en la canasta local de energía."Un 16% del gas natural consumido en usinas es de origen importado. un capital estratégico para defender la soberanía económica. La situación de los combustibles líquidos es más preocupante: saturada su producción local.000 millones. Julio De Vido. viene del exterior un 98% del diesel y un 60% del fuel oil que usan las plantas eléctricas. ex secretario de Energía durante la presidencia de Eduardo Duhalde. la empresa estatal de energía. encargada de importar fuel oil para las usinas. Según Abeceb. Sucede que a raíz del atraso de las tarifas de la luz y el gas -que a pesar de la quita de subsidios anunciada por el Gobierno continúan muy por debajo de los precios regionales-. 30 . cuando se produce el pico de consumo por el uso residencial de equipos de refrigeración. esas operaciones demandaron en 2011 desembolsos del Estado por unos $us 300 millones. Cammesa. La creciente importación de energía no sólo complica por la salida de divisas. Se estima que la Argentina paga hasta $us 400 por MWh por la electricidad brasileña.000 millones. que en 2011 acumularon más de $ 68. con picos del 25% durante el invierno". gran parte de los productos que vienen del exterior incrementan las deudas de Cammesa y Enarsa con el Tesoro Nacional". Su importación corre por cuenta de Enarsa. que responde a los designios del ministro de Planificación. recibió más de $ 25. Costo creciente La necesidad de energía llevó al gobierno del ex presidente Néstor Kirchner a suscribir un convenio con su par brasileño para recibir hasta 1000 megawatt (Mw) de energía durante la temporada estival. la compañía mixta que administra el mercado eléctrico. los generadores locales. lo que pagan los usuarios no alcanza para pagar la producción y compra de energía en el exterior. También se compra energía en Paraguay y Uruguay. sino que también incrementa el gasto público. No es casual que entre los dos organismos concentren más de las dos terceras partes de los subsidios energéticos que paga el Estado. explica Alieto Guadagni. De ahí.000 millones. mientras que la empresa presidida por Exequiel Espinosa se anotó otros $ 17. 10 veces más de lo que reciben. y de Cammesa. precisa Montamat. en promedio. Las usinas movilizan enormes cantidades de gasoil y fuel oil. explican en un despacho oficial. Para muestra basta un botón: para cubrir los requerimientos de combustible de la central San Martín. En 2008 se inyectaron. construida al sur de Rosario. "Este año trajimos alrededor de 4 MMm3 de gasoil. el gobierno de Cristina Kirchner decidió cubrirse las espaldas e incluir en la ley de Presupuesto 2012 la habilitación para importar sin impuestos hasta 7 MMm3 de gasoil y 800. Lo más probable es que se compre no más de 5 MMm3". El gas licuado. inaugurada en 2008. es muy difícil que lleguemos a esa cantidad.Planificar en el plano logístico la cadena de abastecimiento de las centrales eléctricas no es una tarea sencilla. otro refuerzo El otro insumo energético que motoriza la importación es el LNG (sigla en inglés del Gas Natural Licuado) que llega por barco a las terminales de Bahía Blanca. si se combina el combustible importado para las centrales eléctricas y para el parque vehicular. en promedio. Si bien para el año que viene el Presupuesto prevé la posibilidad de importar hasta 7 MMm3. Hace tres años. ese combustible se concebía como una alternativa para garantizar el suministro gasífero en situaciones de pico de demanda durante el invierno. Sin embargo. la importación de LNG abandonó el traje de esporádico y se convirtió en un refuerzo permanente para el mercado gasífero argentino. luego de excusarse por la precariedad de las estadísticas oficiales. dado que ni Enarsa ni Cammesa ni la Secretaría de Energía publican el detalle sobre las importaciones de combustibles realizadas. En esa carrera. 31 . a la par de la continua erosión de la oferta local del fluido -que según Montamat.000 m3 de naftas. cayó un 5% en 2011. incorporada en mayo pasado. y la de Escobar. Son números que representan hasta un 61% del consumo doméstico de gasoil y casi el 13% de la demanda total de naftas. cerca de 5 MMm3/día de LNG en el sistema. se movilizan hasta 100 camiones cisterna por día.y de la creciente demanda (se expande al 3% anual). com/ más las cuentas públicas.5 que reciben las petroleras locales. Según números de Nilda Minutti. un 18% de la demanda del hidrocarburo. gerente de Comercialización de Enarsa. en promedio. advierte Lapeña. las dos terminales regasificadoras. comprometiendo aún http://www. Hasta ahora se traían. con lo cual la compra anual del recurso implicará un desembolso superior a los $us 1500 millones. Fuente: 32 . Por eso. que tienen capacidad para procesar en conjunto hasta 32 MMm3/día del fluido.para instalar una planta de LNG en Río Negro. La compra de gas desde Bolivia también va camino a aumentar.7 por millón de BTU.cronista.Hoy en día. la importación del producto demandará este año cerca de $us 1800 millones. "Frente a la declinación de los grandes yacimientos de Neuquén. advierte Montamat. El precio del fluido boliviano ronda hoy los $us 10. prevista por YPF para 2013 y la concreción de un acuerdo con Qatar Gas -la empresa estatal qatarí. Con todo. según cálculos de Montamat. 20 más que este año. los envíos del fluido desde el país del Altiplano deberían aumentar hasta 11 MMm3/día durante este mes. que se paga hasta nueve veces más caro que el gas producido en la Argentina". garantizan. el Gobierno tomó la decisión de abastecer la demanda mediante la importación de LNG. 7 MMm3/día. los analistas señalan que la importación podría costar más de $us 3800 millones. en 2012 se importarán hasta 80 cargas de LNG. Esa cifra crecerá en el futuro. El gas enviado a la terminal de Escobar es más oneroso debido a complejidades logísticas (el río no es tan profundo lo que obliga a utilizar buques más pequeños) que encarecen la operación. en promedio. "El gas que llega por barco podría cubrir hasta un 40% de la demanda interna en los próximos años". con picos de hasta el 25 por ciento. contra los $us 2. El valor del LNG oscila entre los $us 13 y los 18 por millón de BTU (unidad de medida). "Ya está comprado un 70% de los buques de Escobar y 30 cargas para Bahía Blanca". precisa la directiva. A eso hay que sumarle la construcción de una nueva terminal en Bahía Blanca. Según la adenda firmada por Cristina Kirchner y Evo Morales. desde la exploración.es/ CHILE Técnicas Reunidas es ya un referente mundial Técnicas Reunidas.796 millones de dólares. Pemex vendió en el mercado internacional 185. cuenta con más de 6. la petrolera registró exportaciones por valor de 55.000 millones de euros y está presente en más de cincuenta países.000 barriles diarios de combustóleo.800 millones. 33 . Su liderazgo en la construcción de refinerías llave en mano parece reafirmarse. gasolinas. Pemex mantiene en régimen de monopolio el control de las operaciones petrolíferas en México y es la mayor empresa de América Latina. factura unos 3. Fuente: http://www.212 millones de dólares. una de las empresas de ingeniería y construcción líder en el sector del gas y el petróleo. un 30 % más que en 2010. diesel y otros productos petrolíferos valorados en 6. lo que representó un incremento del 36 %. La comercialización de hidrocarburos mexicanos y sus derivados en el extranjero fue superior en casi 15.000 profesionales.MÉXICO Pemex Según datos preliminares. e importaciones por 30. En el área de productos petroquímicos. hasta la distribución y comercialización de productos finales.000 millones de dólares al monto de 2010. Además de tercer productor de crudo del mundo. Pemex es el mayor contribuyente fiscal de México y una de las pocas firmas del sector petrolero que desarrolla toda la cadena productiva de la industria.abc. mientras que importó materias primas petroquímicas valoradas en 125 millones de dólares. Pemex exportó productos por valor de 260 millones de dólares. Esta planta. y para Incitec Pivot 34 . En el sector del gas. Técnicas Reunidas lleva 40 años desarrollando tecnologías propias. lo que permitirá utilizar combustibles más pesados y. además de asegurar el aprovechamiento de importantes reservas de gas natural. La obra estaría lista en 2015 y la inversión estimada es de 628 millones de euros.En los últimos años ha ganado contratos para construir refinerías en Francia. Técnicas Reunidas acaba de conseguir dos proyectos para ácido nítrico y nitrato amónico en Australia para Yara. participada por el grupo peruano Brescia y el chileno Sigdo Koppers. La subida del precio de las materias primas ha favorecido que las grandes empresas mundiales de la minería estén aumentando sustancialmente su demanda de nitrato amónico. En el área de la petroquímica. Petroperú adjudicó hace año y medio la ingeniería para dicho proyecto. la primera empresa mundial en el sector. No en vano. En este terreno se ha producido una importante demanda de su tecnología para la fabricación de ácido nítrico y nitrato amónico (que se utiliza como explosivo civil para la minería). Recientemente. Los objetivos son ampliar la capacidad de la refinería en un 50%. ácido nítrico y nitrato amónico en Paracas. Al igual que en Arabia Saudí y. contribuirá al desarrollo de la provincia de Pisco. ha adjudicado a Técnicas Reunidas el inicio del desarrollo del proyecto de un complejo petroquímico de producción de amoníaco. por lo tanto. en especial en Turquía. Portugal. que se transformará en contrato llave en mano en los próximos meses. Grecia y Rusia. Estos desarrollos tecnológicos están compitiendo con las tradicionales tecnologías alemanas (Uhde) y norteamericanas (Weatherly). la firma está construyendo diversos proyectos en Chile y Bolivia. la empresa Nitratos de Perú. donde la compañía ha construido todas las unidades de refino que se han llevado a cabo en los últimos diez años. más baratos. producir combustibles desulfurados de acuerdo con los nuevos requerimientos medio ambientales y las más modernas tecnologías de craqueo. Los altos desarrollos tecnológicos en el campo del refino son la base de la cooperación entre Petroperú y Técnicas Reunidas para la modernización y ampliación de la refinería de Talara. Una serie de iniciativas que han convertido a la compañía en la empresa que está realizando más proyectos de ácido nítrico y nitrato amónico en el mundo. convirtiéndose en un referente en Europa y en los países del golfo Pérsico.larepublica. y en concreto en el área de centrales de ciclo combinado de gas. Fuente: http://www. Respecto al sector de la generación de energía.pe/ 35 . la compañía ha conseguido posicionarse sólidamente a nivel internacional. CAPÍTULO 2 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR GAS A LÍQUIDOS (GTL) 2.1. para obtener combustibles líquidos. Franz Fischer y Hans Tropsch en 1923 realizaron las primeras investigaciones trabajando en el Instituto de Kaiser Wilhelm. El proceso fue llevado a escala piloto por Ruhrchemie AG en 1934 e industrializado en 1936. usando el metano liberado al calentar el carbón. La segunda guerra mundial transformó a Alemania en un país con necesidades urgentes de combustibles para la maquinaria de guerra. HISTORIA DEL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE GAS A LÍQUIDOS Alemania luego de la primera guerra mundial tenía restricciones para la compra de petróleo y sanciones económicas que la obligaron a usar sus reservas de carbón. 36 . fruto de estas investigaciones patentaron el proceso en 1925. esta coyuntura favoreció el auge del proceso Fischer – Tropsch (FT). Aunque existen muchas variantes del proceso.000 barriles/día. que suponían más del 90% del keroseno de aviación y más del 50% del combustible total del país. Dado el éxito de esta planta. Amagasaki y Takikawa que no llegaron a alcanzar su producción nominal por problemas de diseño.El proceso FT tenía un importante competidor con el proceso de Licuefacción directa del carbón también conocido como proceso Pott-Broche. Para finales de 1944 Alemania producía a partir de carbón unos 124. La crisis del petróleo de los 70 motivó la aplicación de esta tecnología por la empresa SHELL que construyó una planta en Bitulu – Malasia con mejoras tecnológicas del proceso mediante el uso del gas natural en reemplazo del carbón. El proceso fue bautizado como 37 . que aportaban unos 14. Luego de los bombardeos aliados al final de la guerra. Japón también realizo un esfuerzo para la producción de carburantes a partir del carbón por medio del proceso FT y se construyeron tres plantas en Miike. la transformación del carbón se llevó a cabo por la empresa South African Synthetic Oil Ltd. Y ya para el 2003. otras dos plantas (SASOL 2 y SASOL 3) fueron inauguradas en Secunda. Esta producción provenía sobre todo de 18 plantas de licuefacción directa pero también de 9 plantas FT. El producto obtenido es un crudo sintético que a continuación hay que refinar. las plantas alemanas y japonesas fueron prácticamente inutilizadas. es un proceso químico que convierte el carbón directamente en una mezcla de hidrocarburos líquidos denominada "crudo sintético". a principios de los 80. pero produjeron 18000 toneladas de combustibles. Pero a mediados de 1950 la tecnología FT fue adoptada por el Apartheid en Sudáfrica por causa de un nuevo embargo petrolero. y se construyó un gran complejo FT en SASOLburg (SASOL 1) en 1955. consumiendo más hidrógeno. SASOL producía el 41% de los combustibles de automoción consumidos en Sudáfrica. todas coinciden en que primero se disuelve el carbón en un disolvente a alta presión y temperatura.000 barriles/día de combustibles. luego se añade hidrógeno para realizar un hidrocraqueo en presencia de un catalizador. EL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE GAS A LÍQUIDO La ruta del proceso de transformación de gas a líquidos o también conocida como GTL (Gas to liquid) comienza por la reacción del metano en un proceso llamado ―reformado‖ para la obtención de gas de síntesis. el cual constituye uno de los proyectos más importantes para nuestro país. Para los 90. para distinguirlo del ―Coal-to-Liquids‖ (CTL) practicado en Alemania y Sudáfrica. eso desalentó la utilización del proceso GTL. 2.2. el cual es una mezcla de monóxido de carbono e hidrogeno con extraordinaria facilidad para formar nuevos compuestos químicos. 2.―Gas-to-Liquids‖ (GTL). diesel y ceras sintéticas como se muestra en la Figura 2. pero la nueva alza paulatina para comienzos del siglo XX motivó nuevamente el uso del proceso GTL y esta vez. b asado en la tecnología de SASOL. el precio del barril disminuyó de nuevo. se asume de manera consolidada para el futuro.1. Uno de los proyectos es una planta de GTL ubicado en Bolivia.1 Proceso de transformación de gas a líquido 38 . Luego esta mezcla se somete al proceso FT donde se produce una mezcla de hidrocarburos parafínicos pesados que luego se someten a un hidrocraqueo que separa las gasolinas. En la actualidad el mayor exponente de desarrollo es el proyecto ―Oryx‖ de Qatar. Figura. Este proceso puede observarse en la torre de fraccionamiento de la Figura 2. nafta y ceras. donde la materia prima inicial es el metano. Ph.2. P = 1400 psig y mayores Segundo paso: Se utiliza un catalizador para recombinar el hidrógeno y monóxido de carbono mediante el proceso FT. la reacción es la siguiente: CH4 + ½ O2 -----------------.280 oC . los pasos del proceso GTL se constituyen en 3. 39 . dando lugar a los hidrocarburos líquidos.Fuente: Presentación de Petroquímica Básica de Saúl Escalera. PASOS DEL PROCESO GTL Organizando las etapas.CnH(2n+2) + n(H20) T = 240 . Primer paso: Insuflado de O2 en un reactor para extraer los átomos de Hidrogeno para la producción de gas de síntesis. P = 450 Lpca Catalizador de Hierro (Fe) o Cobalto (Co) Tercer paso: Los hidrocarburos de cadena larga son cargados en una unidad de craqueo. D. donde se fraccionan para producir diesel.CO + 2H2 T = 1000 ºC . 2.2. nCO + (2n+1) H2 ---------.1. Fuente: Elaboración propia T = 700 . P = 50 psig (3. en la Tabla 2-1 se muestra la comparación de las ventajas y desventajas de los mismos. 40 .1000 ºC . Níquel y Rutenio. PRINCIPALES CATALIZADORES PARA FT Los principales catalizadores utilizados son elaborados en base a Hierro. Cobalto.2. 2.2 Torre de fraccionamiento.Figura.5 kg/cm2) 2.2. . y desactivando catalizador disminuyendo el crecimiento de la cadena.Sin promotores.Tabla 2. lo Rutenio (Ru) .Altísimo precio (3.Baja tendencia a formar carburos. . .2. se produce metano.Menos tendencia a la producción de carbón.Posee una mayor actividad que el . 2. -Se adiciona promotores de Ru. 41 .Amplio rango de fracciones de H2/COHierro ( Fe) .Alto precio (230 veces más que el Fe).10 veces el Fe).1 Catalizadores FT (Ventajas y desventajas) Catalizador Ventajas . Re y Pt. por el control de la reacción. Tiende a el formar carbón.Rango de H2/CO reducido. .Limitado para estudios académicos . Los principales productos son parafinas y α-olefinas.Menor tolerancia al azufre y al amoniaco que el Hierro. . .3. .Mayor actividad.Mínima producción de HC ligeros. DISTRIBUCIÓN DE PRODUCTOS FT La distribución de los productos del proceso FT se halla en función a la naturaleza del catalizador y las condiciones operativas del proceso. Desventajas . Cobalto ( Co) -Menor costo operativo.Catalizadores FT más activos. D. En condiciones industriales 5 . . .Forma fácilmente metal-carbonilos Níquel (Ni) cobalto puro. .Se obtienen ceras de alto peso excluye de la aplicación industrial.Limitado para la producción de ceras pesadas. molecular. Fuente: Presentación de Petroquímica Básica de Saúl Escalera Ph. volátiles.Mayor tiempo de vida del catalizador. por ser soportado sobre óxidos. 85 . Existen cuatro tipos principales de reactores industriales para desarrollar las reacciones FT. los cuales describimos a continuación: Reactor tubular en lecho fijo.70 .0.80 Fe = 0.50 . Reactor de lecho fluidizado (SASOL Advanced Synthol). Produce sobre todo gasolina olefínica.La distribución de los hidrocarburos se puede describir con la ecuación de AndersonSchultz-Flory (ASF): mn= (1 – α) αn-1 Dónde: mn= Fracción molar de un HC con cadena n α = Factor de probabilidad de crecimiento Los valores de α: Ru = 0. operado a 350ºC y 25 bar. similar en operación al Synthol pero de menor tamaño para misma capacidad de producción.0. SASOL denomina Arge a su reactor de este tipo y lo opera a 220-260ºC y 20-30 bar. 42 .95 Co = 0.0.2.4. REACTORES DEL PROCESO GTL. Reactor de lecho circulante (llamado Synthol por SASOL).70 2. De esta forma con múltiples combinaciones de este mecanismo.scielo.3. Figura 2. MECANISMO DE CRECIMIENTO DE LA CADENA.2. Normalmente estos reactores trabajan a baja temperatura para producir un máximo de productos de alto peso molecular.5. 2. incorporar más hidrógeno o incorporar otro ión CH2 para aumentar la cadena carbonada.Reactor "slurry".cl/ 43 . se forman alcanos y alquenos con longitudes de cadena carbonada variable como se muestra en la Figura 2. El mecanismo de crecimiento de la cadena se basa en la reacción que combina el CO con el H2 para formar iones CH2 los cuales tienen dos opciones. en el que el catalizador se encuentra en suspensión en un líquido (a menudo ceras producidas por la propia reacción) en el cual se burbujea el gas de síntesis.3 Mecanismo de crecimiento de la cadena Fuente: http://www. TECNOLOGÍAS DEL PROCESO GTL La tecnología GTL convencional se puede analizar en base a la Figura 2.3. donde se describen los principales equipos usados.com/ 44 . Figura. Desde la patente de los investigadores Fischer y Tropsch en los años 20 a la actualidad se realizaron muchas reformas y mejoras al proceso.2. Tecnología convencional de GTL Fuente: http://naturalgas.4.wordpress.4. 2. El condensado en exceso es retirado.La descripción del proceso se resume en los siguientes puntos: El gas natural es pre-tratado para remover todo el sulfuro que presente usando tecnología convencional [1]. se añade vapor y se precalienta la mezcla. Antes de pasar al reformador compacto [3]. El calor requerido para esta reacción endotérmica es producido en parte por la quema del exceso de hidrógeno en adición con la quema de gas. El gas de síntesis que no se convirtió es reciclado para el proceso de reformado compacto. Usando un catalizador de níquel. el proceso de CRG convierte los hidrocarburos pesados en metano y reforma parcialmente la alimentación. Las parafinas y ceras se convierten en crudo sintético (Syncrude) mediante un proceso de hidrocraqueado común. Se le añade vapor y gases reciclados. El gas de síntesis seco es comprimido en un compresor centrífugo de una etapa [5] y pasa a un separador de membrana [6] donde se retira el hidrógeno en exceso que sirve como combustible para el proceso de reformado compacto. SASOL (South African Synthetic Oil Ltd.) en Sudáfrica utiliza gas y carbón para producir diesel y productos sintéticos. 45 . El producto no permeable de la separación es la alimentación del siguiente proceso de conversión [7] donde el gas de síntesis se convierte en una mezcla de parafinas y ceras mediante el uso de un catalizador de cobalto. El gas que abandona el reformador compacto es enfriado [4] produciendo suficiente vapor para alimentar todo el proceso. empobrecimiento) [2]. la mezcla es precalentada antes de ingresar al proceso de CRG (pre-reformado. El reformador compacto es un reactor tubular (múltiples tubos) en contracorriente que mediante un catalizador de níquel produce una mezcla de monóxido de carbono e hidrogeno. Ni). La Figura 2. La Planta de SASOL Synthetic Fuels. 2.5 Planta de GTL de SASOL en Sudáfrica Fuente: Sasol Co.6 muestra una fotografía de las instalaciones. SASOL opera dos de esas plantas en Secunda.5. La Shell Oil Company ha desarrollado el proceso "Síntesis de Destilación Media" (SMDS) que usa gas natural en dos etapas catalíticas consecutivas. V.Figura. aplicando tecnología de conversión de gas a líquidos (GTL). para convertir derivados del carbón en combustibles líquidos. N. En la primera se produce parafina de alto peso molecular por ruta FT y en la segunda etapa la parafina es hidroqueada en un rango de punto medio de ebullición. Existe una planta comercial de este tipo en Malasia que utiliza gas natural y produce diesel sintético de alto número de octano y sin estructuras aromáticas o hetero-atómicas (S. Sudáfrica se muestra en la Figura 2. 46 . Figura.Malasia Fuente: Shell Co.6 Planta de GTL en Bintulu .500 B/D] de diesel. El proceso se basa en dos etapas. el cual puede ser procesado para obtener diesel y fuel Oil. la primera es la conversión de gas natural en gas de síntesis. en operación desde 1993. El proceso patentado por Symtroleum de Estados Unidos. Planta de GTL de Shell en Bintulu. 47 . es un proceso para convertir gas natural en petróleo sintético. kerosene y naftas limpios. Utilizando un proceso patentado de Shell. Malasia. 2. la planta de Bintulu convierte gas natural enviado por gasoducto desde Sarawak en 1990 m3/d [12. en esta etapa la corriente de síntesis ingresa en un reactor conteniendo un apropiado catalizador desarrollado por Syntroleum. Oklahoma.600 m3 [4 MMpc] por día de gas natural en 64 m3/d [400 B/D] de diesel y nafta libres de azufre. EUA. hasta niveles tan bajos como 2000 barriles por día y puede ser competitivo con otros procesos GTL. convirtiendo el gas de síntesis en un hidrocarburo sintético comúnmente referido como ―petróleo crudo sintético‖.En esta etapa el gas natural reacciona con aire en un reactor apropiado para producir nitrógeno diluido y gas de síntesis consistente en monóxido de carbono e hidrógeno. El proceso Syntroleum en algunas circunstancias puede ser efectivo. Existen varias empresas actualmente activas en la investigación y desarrollo de procesos Fischer-Tropsch a continuación listamos algunas de ellas: Conoco-Phillips (Estados Unidos) Rentech (Estados Unidos) Axens (Francia) Davy (Reino Unido) Choren (Alemania) ICC (China) Statoil (Noruega) ExxonMobil (Estados Unidos) La Figura 2.7 muestra la planta de demostración de GTL de la compañía Conoco Phillips. la segunda etapa es la conversión del gas de síntesis en petróleo crudo sintético mediante la reacción química de Fisher –Tropsch. Esta planta fue terminada en marzo de 2003 y está diseñada para convertir 114. 48 . en Ponca City. Figura 2. En el proceso de GTL se obtienen gasolinas. ceras sintéticas y varios productos más con procesos complementarios. Su combustión produce poca o nula emisión de partículas. Posee un alto índice de cetano y es favorable para el motor.7 Planta de GTL de Conoco-Phillips Fuente: http://www. Las características más importantes son las siguientes: Diesel sintético: Extremadamente puro.4. CARACTERÍSTICAS DE LA PRODUCCIÓN GTL. Contenido de azufre y óxido de nitrógeno prácticamente nulo. 49 . diesel.es/ 2.google. casi colosales. Tampoco partículas. inodoros de baja toxicidad. Es una alternativa de recuperación del gas que se ventea y quema. La combustión de los productos sintéticos no producen CO. pueden ser usadas en la industria cosmética. etanol. Los productos de la combustión de los hidrocarburos líquidos son más limpios. esta desventaja requiere de procesos catalíticos adicionales para aumentar el octanaje de la gasolina. Son incoloros. 2. DESAFÍOS EN TÉRMINOS DE TAMAÑO Y COSTO Dimensiones: Son instalaciones muy grandes. Otros productos derivados: Luego de procesamientos adicionales se puede producir Metanol.4. esto aumenta el tamaño de las instalaciones. dietil éter. 50 . Ceras: Muy puras. Óxidos de S y de N.2.Nafta: Alto contenido de parafinas. Bajo octanaje. Porque el proceso en sí tiene una eficiencia termodinámica muy baja. lo que obliga a realizar recirculaciones para aumentar el tiempo de residencia de la materia prima. etc.1.4. óxido del propileno y de monómeros del vinilo. LA TECNOLOGÍA GTL BENEFICIA AL MEDIO AMBIENTE. dimetil éter (DME). 2. olefinas. Cubren grandes extensiones y requieren por lo menos una alimentación de 1,3 TPC a bajo costo durante 20 años para ser atractivas económicamente. Las unidades de reformado también son grandes. Se están probando tecnologías para implementar plantas más pequeñas. Eficiencias y costos: Se deben desarrollar nuevos procesos para mejorar la eficiencia del proceso. Las membranas cerámicas para el proceso de separación del Oxígeno, reducirían un 25 % del costo total operativo. Hay investigaciones en el Instituto de Tecnología de California, para crear un proceso de un solo paso. El proceso sería más viable y económico. En la actualidad también se realizan investigaciones para mejorar las eficiencias con reactores de membrana catalítica que requerirán menor cantidad de energía para su funcionamiento. 2.5. PROYECTOS DE GTL EN AMÉRICA LATINA Y EL MUNDO Hasta Septiembre de 2006, eran 5 plantas operando con grandes volúmenes de producción en el mundo y dos de ellas en construcción. Se espera que en los siguientes años el número de instalaciones aumente. La Tabla 2.2 nos presenta algunos datos importantes: 51 Tabla 2.2. Plantas de GTL al 2006 Fecha de arranque Origen del gas de síntesis Hasta 2004: carbón Desde 2004: gas natural Carbón Ubicación Empresa SASOLburg (Sudáfrica) Secunda (Sudáfrica) Bintulu (Malaysia) Mossel Bay (Sudáfrica) "Oryx" (Qatar) Escravos (Nigeria) "Pearl" (Qatar) SASOL Chemicals 1955 SASOL Synfuels 1979 Shell 1993 Gas natural Petrosa SASOL Chevron y Qatar Petroleum Chevron y Nigeria NPC Shell y Qatar Petroleum 1993 construcción finalizada en construcción Gas natural Gas natural Gas natural en construcción Gas natural Fuente: Presentación de Petroquímica Básica de Saúl Escalera, Hace unos 3 años, las predicciones acerca de las plantas de GTL en el mundo eran las mostradas en la Tabla 2.3. La situación de este dinámico sector puede haber cambiado un poco, pero sin duda el mercado de los combustibles sintéticos aumentará en el futuro. 52 Tabla 2.3 Plantas de GTL, comerciales, existentes y potenciales para el 2010 según las predicciones en el año 2004. Capacidad, (Bpd) 50.000 75.000 10.000 103.500 75.000 16.000 75.000 75.000 110.000 34.000 12.500 40.000 75.000 100.000 34.000 30.000 50.000 15.000 980.000 Fuente: Elaboración propia País Australia Australia Bolivia Bolivia Egipto Indonesia Indonesia Irán Irán Nigeria Malasia Perú Qatar Qatar Qatar Sudáfrica Estados Unidos Venezuela Total Compañía SASOL, Cherron Texaco Shell GTL Bolivia Repsol YPF, Sytroleum Shell, EGPC Pertamina, Rentech Shell Shell SASOL Chevron Texaco, SASOL, NNPC Shell Syntroleum Shell, QPC ExxonMobil, QPC SASOL, QPC Petrosa ANGTL PDVSA 53 500 durante la construcción 54 .000 BPD : 225 MM $us anuales : 3 MM Cd : 79 MM $es : Creación de 500 empleos directos y 2.Los siguientes datos muestran los estudios para implementar una planta típica de GTL en América Latina. Inversión Producción Ventas Consumo Ingresos Fiscales Empleos : 365 MM $es : 10. CAPÍTULO 3 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR METANO A METANOL Y PLÁSTICOS 3. esta materia prima condujo al nombre de alcohol de madera. porque el grupo metilo es mucho mayor que un átomo de hidrógeno. El metanol es considerado como un producto petroquímico básico.5°).com]. 55 . con la diferencia de que el ángulo del enlace C-O-H en el metanol (108. INTRODUCCIÓN En principio se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera.1. miscible en agua y con la mayoría de los solventes orgánicos. su fórmula química es: C H3 O H La estructura química del metanol es muy similar a la del agua.9°) es un poco mayor que en el agua (104. . llamado también alcohol metílico. muy tóxico e inflamable. de escasa viscosidad y de olor y sabor frutal penetrante. carbinol o alcohol de quemar. El olor es detectable a partir de los 2 ppm. El metanol en condiciones normales es un líquido incoloro. a partir del cual se obtienen varios productos secundarios [Textos científicos. Metanol Agua El metanol y el agua tienen propiedades semejantes debido a que ambos tienen grupos hidroxilo que pueden formar un puente de hidrógeno. pudiéndose disolver sustancias iónicas como el cloruro de sodio en cantidades apreciables [Textos científicos. en condiciones normales de presión y temperatura son: Peso Molecular Densidad Punto de Fusión Punto de Ebullición : : : : 32 g/mol 0. Igualmente el metanol es muy solvente de sustancias polares.97 ºC 65 ºC 56 . De igual manera que el protón del hidroxilo del agua. Una reacción característica del alcohol metílico es la formación de metóxido de sodio cuando se lo combina con este. Las propiedades físicas más relevantes del metanol. Se puede afirmar que la acidez del metanol es equivalente a la del agua. El metanol forma el puente de hidrógeno con el agua y por lo tanto es miscible (soluble en todas las proporciones) en este solvente.79 Kg/l .com]. el protón del hidroxilo del metanol es débilmente ácido. 3. que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación es de 12. es que las moléculas de los primeros. mientras que por su reducción obtenemos metano.com].De los puntos de ebullición y de fusión se deduce que el metanol es un líquido volátil a temperatura y presión atmosféricas. las principales tecnologías comerciales se detallan en la Tabla 3. podemos decir que el metanol es un compuesto orgánico muy importante ya que el grupo hidroxilo se convierte con facilidad en cualquier otro grupo funcional. por lo tanto esta diferencia es más remarcada. hidrocarburos líquidos y de carbón. y éste es un gas en condiciones normales. 57 . Esto es destacable ya que tiene un peso molecular similar al de etano (30 g/mol). El metanol es un combustible con un gran poder calorífico. ya que puede emitir vapores que mezclados en proporciones adecuadas con el aire. El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de gas natural.1. Para finalizar con las propiedades y características. originan mezclas combustibles. OBTENCIÓN DEL GAS DE SÍNTESIS. Igualmente importantes son las reacciones de éter y esterificación[Textos científicos.2. En el caso del metanol estas fuerzas son del puente de hidrógeno. El metanol es considerado como un producto o material inflamable de primera categoría. se atraen entre sí con mayor fuerza.2 ºC. La causa de la diferencia entre los puntos de ebullición de los alcoholes y los hidrocarburos de similares pesos moleculares. Así el metanol se oxida para obtener formaldehído (formol) y ácido fórmico. 000 .9 Mpa 58 .144 K P = 2 Mpa No se ha aplicado a escala comercial. Costos elevados a gran escala 7.590 m3 por día de 1.900. Oxidación Excelente relación Parcial H2/CO. Catalizador de Ni para Al..7 .5 T = 1.000 consumo de agua Reacción endotérmica. 2005) Ventajas Desventajas Tamaño Módulos (m3 por hora) H2 / CO Condiciones Operación No requiere planta de separación de oxígeno Tecnología madura y muy usada para obtención de hidrógeno.6.000 . (Pox) Tecnología madura (Apanel. Solo existen 1.Tabla 3.100. No requiere planta de Reformado oxígeno. Libera gran cantidad de 2005) energía.000 .1 Principales tecnologías comerciales para la obtención del Syngas Tecnología Reformado de Vapor (SMR) (Apanel.9 . 2.5 .4 T = 1. (Freide et. 2 T = 1.000 estudios de factibilidad 2. Costo más bajo de todos.727 K P = 2.116 K P = 2 Mpa Planta de separación de aire de gran tamaño.000 Bajos costos del gas para su aplicación. Limitación en tamaño Trenes de 1.100. 2003) aumentar la eficiencia. Compacto De menor peso que el (CR) SMR.477 1. que el POx.4 Mpa 59 . Principales tecnologías comerciales para la obtención del Syngas (Continuación) Tamaño Módulos H2 / CO (m3 por hora) Condiciones Operación Tecnología Oxidación Parcial Catalítica (COPOx) (Culligan.5 se usa aire directamente. Fuente: http://naturalgas. 2003) Ventajas Desventajas Menor dimensionamiento de No se ha aplicado a escala reactores en comparación comercial.wordpress. Requiere menor cantidad de oxígeno que el POx Trenes de gran capacidad El más utilizado a escala comercial.100.com/ 2 T = 1.3. T = 1.227 1.2.Tabla 3. Menor cantidad de oxígeno Costo muy alto.1.000. Solo existen con el POx. 2005) Reformado autotérmico (ATR) (Holmes.000 2 .000 .255 K P = 2 Mpa Reactores más grandes si 10.000 estudios de factibilidad.000 . 7.7 .310 K P = 2.1. 2. 60 . Mezcla de Hidrocarburos Líquidos + Agua Carbón + Agua CO + CO2 + H2 CO + CO2 + H2 Los procesos industriales. MÉTODO DOS: A partir de la combustión parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón. MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE SYNGAS – GAS DE SÍNTESIS MÉTODO UNO: Obtención del gas de síntesis a partir de la combustión parcial en presencia de vapor de agua. Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 780 ºC y a 40 atm. en presencia de agua. usando cualquiera de los dos métodos (gas natural. (ICI).1. mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los desarrollados por las firmas: Lurgi Corp Imperial Chemical Industries Ltd.3. Etapa 2: Proceso de reformado durante el cual se producen las reacciones de transformación.es/ 3.Figura 3.3. OBTENCIÓN DE METANOL A PARTIR DEL GAS DE SÍNTESIS. Planta de Metanol Fuente: http://www.CO + 3H2 ------CO2 + H2 61 . indicadas a continuación: CH4 + H2O CO + H2O ------. gas natural (desulfuración) y vapor de agua (eliminación de impurezas).google. Existen cuatro etapas de la producción en el proceso GTL que son las siguientes: Etapa 1: Purificación de la alimentación.1. 1 muestra la fotografía de una planta de metanol 3. (Ver Figura 3. 3.3.Etapa 3: Síntesis del metanol: Tras eliminar el exceso de calor generado en la reacción anterior.1.2). PROCESO LURGI Se denomina proceso de baja presión para obtener metanol a partir de hidrocarburos gaseosos. PROCESOS PARA OBTENER METANOL A PARTIR DEL GAS DE SÍNTESIS La Figura 3.1. Las reacciones que tiene lugar son: CO + 2H2 CO + H2O CO2 + 3H2 ------------------- CH3OH CO2 + H2 CH3OH + H2O Etapa 4: Purificación del metanol: Esta etapa es de enriquecimiento por la cual el metanol es tratado en una columna de destilación hasta obtener una pureza del 99%. líquidos o carbón. el gas obtenido es comprimido e introducido en un reactor de síntesis donde tiene lugar su transformación en metanol (68% de riqueza). 62 . El proceso consta de tres etapas bien diferenciadas: REFORMING Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en función del tipo de alimentación.3.1. En caso de que la alimentación sea líquida o carbón. CH4. Esta mezcla de gases entra en el segundo reactor. eliminándose el carbón libre. ésta es parcialmente oxidada por O2 y vapor de agua entre 1400 y 1500 °C y entre 55 y 60 atm. El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la otra mitad de la alimentación (previamente desulfurizada). Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 780 °C y a 40 atm. Esta mezcla pasa luego a otro reactor donde se acondiciona el gas de síntesis. este se desulfuriza antes de alimentar el reactor. quedando el gas listo para alimentar el reactor de metanol. el H2S y parte del CO2. CO con algunas impurezas formadas por pequeñas cantidades de CO2. 63 .En el caso de que la alimentación sea de gas natural. el cual está alimentado por O2. CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 950 °C. CO. el cual está alimentado con vapor de agua a media presión. Este proviene de una planta de obtención de oxígeno a partir de aire. CO2 y un 20% de CH4 residual. H2S y carbón libre. Dentro del reactor se produce la oxidación parcial del gas natural. El gas así formado consiste en H2. De esta manera se obtiene H2. Aproximadamente la mitad de la alimentación entra al primer reactor. de metanol. de vapor por Kg. Luego alimenta al reactor de síntesis de metanol junto con el gas de recirculación. El metanol en estado líquido que sale del separador alimenta una columna de destilación alimentada con vapor de agua a baja presión. del cual salen gases que se condicionan (temperatura y presión adecuadas) y se recirculan. 64 . A continuación. Además se protege a los catalizadores. De la torre de destilación sale el metanol en condiciones normalizadas. Para ello primeramente pasa por un intercambiador de calor que reduce su temperatura. condensándose el metanol. DESTILACIÓN El metanol en estado gaseoso que abandona el reactor debe ser purificado.SÍNTESIS El gas de síntesis se comprime entre 70 y100 atm. se puede observar el diagrama de flujo del Proceso Lurgi para obtener metanol líquido a partir de gas natural. y se precalienta. El reactor Lurgi es un reactor tubular. cuyos tubos están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por agua en ebullición. La temperatura de reacción se mantiene así entre 240 y 270 °C.4 Kg. Este se separa luego por medio de un separador. CO + H2 CO2 + H2 CH3OH ΔH < 0 CH3OH ΔH < 0 Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición obteniéndose de 1 a 1. com/ 3.3. La destilación se realiza en dos etapas en lugar de realzarse en una sola. La Figura 3.a. el cual es enfriado por agua en estado de ebullición.2 muestra el proceso ICI. obteniéndose vapor que se utiliza en otros sectores del proceso. PROCESO ICI. Diagrama de flujo del proceso de Lurgi Fuente: http://www. En este caso la síntesis catalítica se produce en un reactor de lecho fluidizado. ya que los procesos de obtención de gas de síntesis y purificación de metanol son similares para todos los demás.Figura 3. en el cual al gas de síntesis ingresa por la base y el metanol sale por el tope. 65 .textoscientificos.2.1. Todas las demás características son similares al proceso precedente. La diferencia entre los distintos procesos se basa en el reactor de metanol. El catalizador se mantiene así fluidizado dentro del reactor.2. El intercambio de calor es externo 66 . Topsoe Se caracteriza por desarrollar un flujo radial a través de tres catalizadores de lecho fluidizado en distintos compartimentos. La producción en este tipo de reactores puede llegar a 5. Diagrama de flujo Proceso ICI Fuente: http://www.b.textoscientificos.000 t/día.com/ Ammonia-Casale El reactor posee múltiples catalizadores de lecho fluidizado.Figura 3. flujos axiales y radiales y bajas caídas de presión. con gas refrigerante.2. ICI y LURGI) han desarrollado distintos métodos de producción. Problemas de contaminación medioambiental tanto en la extracción como en la elaboración y transporte. Tendencias futuras Se requerirán mayores cantidades de metanol para diversos usos.Rendimientos Tres grandes empresas (BASF. 67 . Desventajas del proceso La producción de metanol utilizando métodos convencionales es energéticamente intensa y materialmente limitada. Los precios que han logrado mantener los productores son tan buenos que no mencionan el factor del costo de la materia prima. en sustitución de otros compuestos derivados del petróleo. pero aún no afectan la situación del producto (El metanol). los productores no desean trasladar la baja a los precios del metanol. La producción de metanol mediante estos métodos puede alcanzar producciones de aproximadamente 63 metros cúbicos de metanol por hora. Si el precio del gas retrocede. mediante la variación de presiones y catalizadores utilizados. Analizando parte de un informe del Instituto del Petróleo en Argentina ―Los precios del gas natural han aumentado en EEUU. aunque diciembre es siempre un mes de aumentos. con pérdidas netas de energía que varía entre un 32 a un 44 por ciento. con un consumo de 46.000 metros cúbicos normales de gas natural. y no parece probable que haya una escalada como la que llevó al gas a 10 $/MMBTU a comienzos del 2001. La ausencia de nuevas capacidades en el corto plazo, favorece las perspectivas de la industria. Methanex y BP continúan construyendo su planta en Trinidad, mientras Methanex está encarando la construcción de un cuarto en Chile y una planta en Trinidad‖ Tendencias sobre la conversión de gas de síntesis a metanol Los procesos comerciales de producción de metanol emplean catalizadores heterogéneos, los cuales operan a temperaturas altas (> 150 ºC) y, presentan un límite termodinámico máximo de conversión de gas de síntesis a metanol del 30 %. Este límite exige reciclar la materia prima para aumentar el rendimiento del proceso. No es sorprendente, por lo tanto, que se dediquen esfuerzos para mejorar la eficiencia del proceso, controlando la exotermicidad y/o disminuyendo la temperatura de reacción y reducir de esta manera, los costos de inversión y operación. Aunque por vía de catálisis homogénea no se ha encontrado un sistema que ofrezca grandes ventajas sobre los procesos comerciales, los resultados de la literatura obtenida hasta el presente muestran a esta ruta como de gran potencial para mejorar la tecnología de producción de metanol. En resumen, la transformación de gas de síntesis en metanol por vía homogénea es una alternativa que podría tener gran impacto comercial. De igual manera, la conversión directa de metano a metanol, aunque es un objetivo difícil y ambicioso, es otra opción por considerar. Los últimos trabajos muestran progresos considerables que apoyan y justifican la investigación en esta área. Teniendo presente que el metanol constituye un insumo de gran valor, no hay duda de la importancia de realizar esfuerzos de investigación orientados hacia su producción. El dominio de esta tecnología no solo nos haría más competitivos a nivel internacional, sino también nos permitiría valorizar el gas natural y hacer un uso apropiado de nuestras reservas. 68 Precios en el mercado internacional La Tabla 3.2, muestra la evolución en el tiempo, del precio del metanol en el mercado internacional. Tabla 3.2. Precio de la tonelada métrica del metanol Año 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Precio en $us E.U. 130,7 155,0 121,6 139,8 340,5 188,5 145,9 197,6 120,0 105,5 160,5 172,0 174,8 249,7 Fuente: Elaboración propia a bases de datos del BDP Primer productor de metano en el mundo Chile es el primer productor mundial de metanol en base a GN o metano, mediante un exclusivo proceso petroquímico catalítico de Methanex produce 3.840.000 de toneladas anuales de metanol en cuatro plantas ubicadas en Punta Arenas. 69 Para mantener este ritmo de producción por unos 10 años, Chile puede requerir 1,75 TCF; por otro lado, en el mismo periodo va a necesitar 3,95 TCF para otros usos (termoeléctricas, industrias, uso doméstico, etc.), con una demanda total de 5,7 TCF; sin embargo solo cuenta con 4,41 TCF., por lo tanto es un país que se verá en serios problemas, dentro de poco, si no encuentra un suministro seguro de GN a bajo costo. El metanol y la seguridad química Al ser considerado como inflamable de primera categoría, las condiciones de almacenamiento y transporte deberán ser extremas. Está prohibido el transporte de alcohol metílico sin contar con los recipientes especialmente diseñados para ello. La cantidad máxima de almacenamiento de metanol en el lugar de trabajo es de 200 litros. Las áreas donde se produce manipulación y almacenamiento de metanol deberán estar correctamente ventiladas para evitar la acumulación de vapores. Además los pisos serán impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deberá ser antiexplosiva, prefiriéndose la iluminación natural. Así mismo, los materiales que componen las estanterías y artefactos similares deberán ser antichispa. Las distancias entre el almacén y la vía pública serán de tres metros para 1000 litros de metanol, aumentando un metro por cada 1000 litros más de metanol. La distancia entre dos almacenes similares deberá ser el doble de la anterior. El metanol, como todos los alcoholes es tóxico y venenoso. Cuando se produce la ingesta de etanol, el organismo debe eliminarlo para evitar que se acumule en la sangre y envenene al cerebro. Para lograr la eliminación, el hígado produce una enzima llamada alcohol deshidrogenasa (ADH). Esta cataliza una oxidación por la cual el etanol se transforma en ácido acético que es inocuo. De igual manera que se produce con el etanol, el alcohol metílico ingerido es catalizado por la enzima ADH. Desafortunadamente, la oxidación del metanol produce formaldehído y ácido fórmico, los cuales son más tóxicos que el metanol. Una ingesta inapropiada de metanol puede originar ceguera y hasta la muerte (ocasionadas por el ácido fórmico). 70 Es una cadena larga formada por una estructura sencilla repetida una y otra vez. segmento En la Figura 3. El metanol es venenoso en los niveles altos de exposición: puede originar ceguera si se ingieren 33 gramos e incluso la muerte. la cual afecta a la retina. si la dosis ingerida es mayor.El tratamiento para el envenenamiento con metanol consiste en administrarle al paciente infusiones intravenosas de etanol diluido. Con el tiempo origina taquicardia e hipertensión.3. La intoxicación más común de metanol se produce a partir del consumo de productos alcohólicos ilegales. OBTENCIÓN DE PLÁSTICOS A PARTIR DEL GAS NATURAL Definición de polímero Un polímero es una sustancia cuyas moléculas son. Sin embargo. por lo menos aproximadamente. un irritante de ojos y piel. Polímero del griego: Poly . Es. náusea y vómitos. si la toxicidad es aún mayor. El primer síntoma es parecido al ocasionado por el etanol: depresión. Luego la formación de metabolitos tóxicos provoca acidez. además. El grupo que se repite una y otra vez se lo conoce como monómero si ha sido la sustancia a partir de la cual se ha formado la cadena larga.Muchos. múltiplos de unidades de peso molecular bajo. parte. meros. da lugar a hipotensión.4. La gran cantidad de etanol suministrado obstruye la enzima ADH y la mayor parte del metanol es excretado por los riñones antes de que pueda oxidarse a ácido fórmico. Si la dosis es más elevada puede ocasionar dolores abdominales y pancreatitis. 3. 71 . se observa la molécula de un polímero. se ha descubierto que en ciertos casos hubo variaciones en copolímeros y ciertos polímeros cristalinos. ramas ocasionales. La pequeña variabilidad en la composición química y en la estructura molecular es el resultado de la presencia de grupos finales. Hay polímeros naturales.Figura. Estas variedades en general no suelen afectar a las propiedades del producto final.google. sin embargo.es/ Un polímero no tiene la necesidad de constar de moléculas individuales todas del mismo peso molecular y no es necesario que tengan la misma composición química ni la misma estructura molecular. variaciones en la orientación de unidades monómeras y la irregularidad en el orden en el que se suceden los diferentes tipos de esas unidades en los copolímeros. 3. es así que la gran mayoría de los polímeros sintéticos y naturales importantes son mezclas de componentes poliméricos homólogos. cuyas moléculas individuales tienen todos los mismos pesos moleculares y la misma estructura molecular.3 Cadena larga de un polímero Fuente: http://www. 72 . constituyen una parte muy importante de nuestra vida. Las más comunes. el acero y el cemento. Estos petroquímicos han sustituido parcial y a veces totalmente a muchos materiales naturales como la madera. Polimerización El nombre de muchos plásticos (polietileno. fábricas y vehículos. En general. los polímeros tienen una muy buena resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se atraen. la piel. debido a que los encontramos.Lo que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. en nuestros alimentos. la lana. denominadas Fuerzas de Van der Waals. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química del polímero y pueden ser de varias clases. casas. el papel. el algodón. El consumo de polímeros o plásticos ha aumentado en los últimos años. vestidos. edificios. calzados. y el hecho de que el petróleo y gas natural. Los factores que han favorecido el mercado de los plásticos son los precios competitivos y a veces inferiores a los de los productos naturales. que consisten en la unión repetida de grandes moléculas para dar lugar al polímero. oficinas. polipropileno. campos. ello es debido a que se obtienen mediante un proceso químico denominado Polimerización. medicinas. 73 . ofrece una mayor disponibilidad de materiales sintéticos que otras fuentes naturales. Los polímeros derivados del petróleo y gas natural. policloruro de vinilo) comienza con el prefijo poli-. La transformación industrial de algunas materias primas y compuestos en plásticos se lleva a cabo mediante procesos de síntesis denominados polimerización. escuelas. Obtención de plásticos Los plásticos son materiales formados por polímeros constituidos por largas cadenas de átomos que contienen carbono. 4. alcohol). Rutas de proceso. Los detalles de las rutas de proceso se detallan en la Figura 3. Además del polímero se forma un subproducto (agua. amoniaco. 74 .Procesos de polimerización Polimerización por adición: Se produce por la unión de moléculas con dobles enlaces internos que se rompen y para unirse a otras. Polimerización por condensación: La unión se produce debido a que la formación de pequeñas moléculas – condensado – que se forman a partir de los monómeros deja a estos uniones libres para la formación del polímero. Solamente se forma una sustancia – el polímero –. 1996]. Rutas de producción 1. En un reactor de lecho fijo se coalimenta O2 y CH4. 75 . Acoplamiento Oxidativo: Proceso desarrollado por ARCO y comercializada por Lyondell Petrochemical.5% y 65%. L a conversión tiene una eficiencia de 25% y la selectividad total del carbono a etileno y propileno es de 44. y catalizador MnO2 más compuestos de Li. respectivamente [Nirula.Figura 3. Mg y B (promotores).4 Ruta de Proceso Fuente: Presentación de Petroquímica Básica de Saúl Escalera. una familia de catalizadores basados en tamices moleculares de aluminio-fosfatos. Potenciales aplicaciones para el futuro Acoplamiento oxidativo del metano para producir Etano y Etileno. Conversión vía Metanol: Union Carbide de USA desarrolló en la década de los 80. donde se han logrado conversiones equivalentes al proceso tradicional (T= 900°C) con tan solo 600 . obteniéndose productos un 40-85% más concentrados. 1996]. Reformado con vapor. esto permite no solo 76 .2.700°C. estos ofrecen mayor selectividad para producir olefinas de bajo carbono (cerca de 95% para C2C4). Producción de Anhídrido Maleico. además produce conversión casi completa del metanol [Nirula. etc. betunes. 3. ppoliésteres. poliésteres. ceras. halogenuros de vinilo (como el policloruro de vinilo). las poliolefinas están compuestas de monómeros de olefinas.) Sintéticos: (celuloide. acetatos y las resinas fenólicas o de aminas. que son hidrocarburos de cadena abierta con al menos un doble enlace. baquelita. Su monómero es el etileno. poliestirenos. Depende del monómero que compone la cadena del polímero. 2. Otros tipos de polímeros son los acrílicos (como el polimetacrilato). Concepto Importante Temperatura de transición vítrea: Temperatura a la que se produce la movilidad de los segmentos de la cadena a causa de la rotación libre de los enlaces covalentes. poliuretanos. Por ejemplo. etc. Clasificación Por su naturaleza: Naturales: (arcilla.ahorros importantes de energía sino también el uso de materiales de construcción más económicos. Como ejemplo el polietileno es una poliolefina. poliamidas (nailon). 77 .) Por su estructura interna Termoplásticos Termoestables Elastómeros Naturaleza Química de los Polímeros 1. bases y agentes atmosféricos y buenas propiedades mecánicas. los Termoplásticos deben usarse por debajo de su temperatura de transición vítrea. Síntesis del polímero básico 3. Moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva. su facilidad de conformación y su precio económico Limitaciones de los plásticos Constituye limitaciones las bajas temperaturas de utilización (normalmente entre 60 y 150 ºC.Por sobre esta temperatura se comportan ccomo materiales viscosos y por debajo de ella son quebradizos y cristalinos. el ser aislantes del calor y de la electricidad. como su baja densidad. con excepción del PTFE (Politetrafluoreno de etileno) y la poca resistencia y rigidez (de 10 a 50 veces inferior a la de los metales). 78 . Fabricación de Polímeros Su fabricación implica cuatro pasos básicos: 1. Obtención de las materias primas 2. Los plásticos encuentran múltiples aplicaciones gracias a sus interesantes propiedades. Para ser de utilidad. Ventajas de los plásticos Poseen gran resistencia al ataque de los ácidos. como resistencia a la rotura y desgaste. Obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente 4. Moldeo por transferencia: Un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde Usos de los Polímeros Construcción: El polietileno de alta densidad se usa en tuberías. 2. Extrusión: Una máquina bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. Marcos para puertas. Moldeo por compresión (exclusivo para termoestables): La presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta 3. El poliestireno aplicado en forma de espuma sirve para aislar paredes y techos. La máquina de extrusión también moldea por soplado o por inyección. El PVC se emplea también en forma de láminas como material de construcción. ventanas y techos. del mismo modo que el PVC. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos.Técnicas de conformación 1. molduras y otros artículos. 79 . Empaquetado: Polietileno de baja densidad en rollos de plástico transparente para envoltorios. Otras aplicaciones: Fabricación de motores y piezas de motores. dispositivos electrónicos. Termoplásticos Son calentados a una temperatura superior o cercana a la de fusión. de tal forma que se haga plástico o líquido. Es vaciado o inyectado en un molde para producir la forma deseada. 80 . poliestireno. El material de desecho no puede ser reciclado. Fabricación de carcasas para equipos de oficina. Otros polímeros utilizados también en el empaquetado son: polipropileno. El polietileno de alta densidad se usa para películas plásticas más gruesas. El material de desecho puede reciclarse minimizando el desperdicio. accesorios pequeños y herramientas. Juguetes. Carrocerías de automóviles hechas con plástico reforzado con fibra de vidrio. maletas y artículos deportivos. policloruro de vinilo (PVC) y el policloruro de vinilideno. Termoestables Se utilizan pocas técnicas de transformación ya que una vez ocurrida la formación de entrecruzamiento no pueden volver a ser transformados. como la que se emplea en las bolsas de basura. Un mecanismo de tornillo empuja el termoplástico caliente a través de una boquilla. Técnica mediante la cual se puede producir películas de polímero La película se extruye en forma de bolsa. con termoplásticos o termoestables. películas. tubos.5 muestra el proceso de extrusión que se detalla a continuación. Puede utilizarse para recubrir conductores y cables.Extrusión La Figura 3. FIGURA 3.es/ 81 . mientras el polímero se enfría. la cual es separada con aire a presión.google. que puede formar sólidos.5 Extrusión Fuente: http://www. 6 Moldeado por soplado Fuente: http://www.6 muestra el proceso de modelado por soplado que se detalla a continuación. peines. Es similar al moldeado por fundición a presión de los metales. 82 . Un émbolo obliga al polímero caliente a entrar en el molde Produce vasos.google. Los termoplásticos que se calientan por encima del punto de fusión pueden ser forzados a entrar en un molde cerrado para producir una pieza.es/ Moldeo por inyección La Figura 3. engranajes.Moldeo por soplado La Figura 3. Forma hueca de termoplásticos conocida como preforma Es introducida en un molde y mediante calor y la presión de un gas se expande hacia las paredes del molde. Figura 3.7 muestra el proceso de moldeo por inyección que se detalla a continuación. Es utilizado para producir botellas de plástico recipientes tanques para combustible. Las láminas de polímero termoplástico son calentadas hasta llegar a la región plástica.es/ 83 .7 Moldeado por inyección Fuente: http://www.8 muestra el proceso de termoformado que se detalla a continuación. útil para producir cartones para huevos y paneles decorativos. Figura. vacío y aire a presión.FIGURA 3. 3. Se puede efectuar utilizando dados.8 Termoformado Fuente: http://www.es/ Termoformado La Figura 3.google.google. google. Esto se explica debido a que las macromoléculas están unidas por fuerzas débiles que se rompen con el calor. pudiéndose moldear a nuevas formas que se conservan al enfriarse.9.es/ Termoplásticos Los termoplásticos presentan propiedades que se detallan en la Tabla 3.9 Moldeado por inyección Fuente: http://www. 84 .Calandrado En una calandra se vierte plástico fundido en un juego de rodillos con una pequeña separación como muestra la Figura3. Se reblandecen con el calor. Productos típicos de este método incluyen losetas de vinilo para suelo y cortinas para ducha. Los rodillos pueden estar grabados con algún dibujo presionan el material y forman una hoja delgada de polímero. Figura 3.2. grasas y alcoholes. Polipropilenoo (PP) CH3 | — CH2 — CH — Poliestireno (PS) C6H5 | — CH2 — CH — Transparente. parachoques.Tabla 3. envases. Resistente a rayos X. Propiedades de los termoplásticos NOMBRE Polietileno (PE) FÓRMULA — CH2 — CH2 — PROPIEDADES Traslúcido en lámina. APLICACIONES Láminas. permeable a hidrocarburos. Resiste temperaturas elevadas (<135 °C) y golpes. No tóxico al ingerir Buenas propiedades ópticas y eléctricas. revestimientos aislantes. bases. Rigidez elevada. Artículos domésticos. Artículos domésticos. Utensilios de cocina Difusores ópticos Aislamiento térmico. tuberías de agua. aceites. juguetes. Policloruro de vinilo (PVC) Cl | — CH2 — CH — 85 . prótesis. Opaco o transparente. Flexible. etc. Resistente a rayos X y agentes químicos. revestimientos de suelos. baterías. tapas.2. bolsas. tapones. Fácil de teñir Resistente a rayos X Resistente a aceites. jeringuillas. Artículos de oficina. frascos. envases. Muy poco permeable al agua. tuberías. carrocerías moldeadas. muebles de jardín. aislamiento de cables eléctricos. industria química. Envases. Baja densidad. maletas. piel sintética. Juguetes. ácidos. alcoholes y gases. Reintente a rayos X. Flexible o Rígido. envases. vitrinas. prótesis. odontología.2. Masillas. Revestimientos antiadherentes. tejido sintético. tratamiento de quemaduras. Antiadherente. Transparente. ventanillas. Excelente resistencia al calor y la corrosión. Excelentes propiedades ópticas. APLICACIONES Prótesis. revestimiento de sartenes. barnices. lubricantes. ceras. débilmente tóxicas. Polimetacrilato de metilo (PMMA) o plexiglás Siliconas CH3 | — CH2 — C — | OCOCH3 R | — O — Si — | R Ejemplos : R = CH3 o C6H5 Fluidas. cristaleras. Fibras ópticas. Impermeable al agua y a las grasas.Tabla 3. aislamiento eléctrico. moldeados complejos. Fuente: Elaboración propia 86 . Material sustitutivo del vidrio en letreros luminosos. juntas. Resistencia al envejecimiento y a la intemperie. lentes de contacto. Propiedades de los termoplásticos (Continuación) NOMBRE Politetrafluoroetileno (PTFE) o teflón FÓRMULA — CF2 — CF2 — PROPIEDADES Inerte. Fluidos para transformadores eléctricos. piezas mecánicas en medios corrosivos. antiadherentes. Extrusión 87 . Son frágiles y rígidos. Esto se explica debido a que las macromoléculas están muy entrelazadas. No se les puede moldear.Termoestables Se descomponen con el calor antes de llegar a fundir. Ejemplos: Caucho natural Caucho sintético Neopreno Poliuretano Resinas fenólicas Melamina Procesado de polímeros termoplásticos Moldeo por inyección: un material plástico ablandado por calentamiento es forzado a entrar en un molde relativamente frío. Moldeo por soplado: un tubo hueco es forzado a adoptar la forma de un molde por presión interna de aire. adherencia y baja dureza. Ejemplos: Elastómeros Polímeros que se caracterizan por su gran elasticidad. Estructuralmente son intermedios entre los termoplásticos y los termoestables. o la baja fricción y la resistencia a la temperatura (hasta 260ºc) del PTFE. tenacidad) y térmicas (temperatura de uso) elevadas entre los plásticos. rigidez. de excelente rigidez (usados para resortes de plástico). pero que se inflama fácilmente en contacto con el fuego. como la extraordinaria transferencia y resistencia a la intemperie del polimetacrilato de metilo (PMMA).Procesado de polímeros termoestables Moldeo por compresión: proceso térmico en el que el componente a moldear se introduce en un molde. Reciclaje de plásticos Los plásticos pueden ser sometidos a un reciclado químico para recuperar los materiales constituyentes originales y obtener materiales nuevos. de buenas propiedades mecánicas. más conocido con el nombre de teflón cuyo costo es sin embargo. Plásticos especiales Los plásticos especiales poseen alguna propiedad destacada. Moldeo por fundición. de los más altos entre los plásticos. Algunos plásticos adquieren mayor dureza y se tornan más quebradizos cuando se reciclan. Moldeo por transferencia: proceso térmico en el cual se ablanda el compuesto en una cámara de transferencia calentándolo. las poliacetales (POM). Entre ellos se destacan: el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). 88 . tienen propiedades mecánicas (resistencia. Moldeo por inyección. y el policarbono (PC) de gran tenacidad y buen comportamiento al fuego. Los plásticos técnicos de costo elevado. Tipos de Polietileno En la Figura 3.10 Polietileno Fuente: http://www.es/ 89 .3 mostramos los más comunes: Tabla 3. en la Tabla 3.10 se muestran diferentes tipos de polietileno. Todo tipo de combinaciones en las propiedades físicas y mecánicas.google. Figura 3.Características de algunos materiales A continuación.3 Características de materiales Material Resistencia a alta Temperatura Media/baja Muy alta Muy baja Manejabilidad Moldeado Alta Muy baja Muy alta Resistencia a la corrosión Baja Muy alta Muy alta Dureza / Fragilidad Alta Muy baja Diversa Costo Metales Cerámicos Polímeros Eléctricos Compuestos Medio Bajo Varios Propiedades eléctricas y ópticas únicas (electrónica y comunicaciones). Diagrama del Proceso Fuente: http://www.4. 3. Propiedades de los polietilenos Peso Molecular PM 10000 a 75000 75000 a 100000 Polietileno Cristalinidad P Fusión Resistencia mecánica 100 Kg/cm2 De baja densidad 50% 115 ºC De alta densidad 80-90% 135 ºC 280 Kg/cm2 Fabricación del polietileno de baja densidad Figura.Propiedades del polietileno Las propiedades que presenta el polietileno se detallan en la Tabla 3.11.google.es/ 90 . Tabla 3.4. La planta debe estar localizada en Oruro.0 por millar de pies cúbicos. 30 atm) (50 ºC. Costos de operación disminuyen mucho si precio del gas se mantiene por debajo de $us 1. costaría $US 200 millones. Diagrama del Proceso Fuente: http://www. respectivamente. 10 atm) R(H2C-CHCl)n-H2C-CHClR 91 . 3.google. ClH2C – CH2Cl H2C=CHCl + HCl 1ra Fase (Cat Cl3Fe) 2da Fase (500 ºC. cerca del gasoducto a Arica.000 TM/año.12. Inversión: Una planta con producción de 100.Fabricación del polietileno de alta densidad Figura.es/ Obtención del policloruro de vinilo (PVC) a partir del etileno C2H4 + Cl2 ClH2C – CH2Cl n(H2C=CHCl) + R Evaluación Económica Mejor Alternativa: La ruta de acoplamiento oxidativo es la mejor alternativa si es que se logra aumentar la selectividad del etileno y propileno hasta 50% y 80%. cloruro amónico. PRODUCCIÓN DE AMONÍACO 4. Cuando se llevó a Europa mantuvo ese nombre en recuerdo de la sal de Amón.1. INTRODUCCIÓN El amoníaco es un compuesto químico cuya molécula está compuesta por un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) y cuya fórmula química es NH3.1.CAPÍTULO 4 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR METANO A UREA Y FERTILIZANTES 4.1. El nombre de amoníaco deriva del nombre dado a una divinidad egipcia: Amón. 92 . a partir de la orina de los animales en un templo dedicado a este Dios. Los egipcios preparaban un compuesto. Propiedades físico químicas del amoníaco: 1. Por último se utilizan esferas semirefrigeradas a presiones intermedias (4atm) y 0ºC estas esferas también tienen capacidades intermedias entre los almacenamientos a temperatura ambiente y los refrigerados.7714 g/l Efectos tóxicos: Es tóxico por inhalación (edema pulmonar) y los vapores producen irritación de ojos. Almacenamiento: El amoníaco se puede almacenar en almacenamientos refrigerados a presión atmosférica y aproximadamente –33ºC con capacidades de 10000 a 30000 Tn (hasta 50000) También puede almacenarse en esferas o tanques a presión a temperatura ambiente y su presión de vapor con capacidades de hasta 1700 Tn. Presión crítica 113atm.1 atm. Gas incoloro en condiciones normales 2.4 ºC 4. Densidad del gas (0 ºC y 1 atm. Temperatura normal de ebullición –33. Temperatura crítica 132.) 0. Presión de vapor a 0 ºC 4. Las salpicaduras de amoníaco líquido producen quemaduras y un daño irreparable en los ojos. 93 .4 ºC 7. Temperatura de solidificación –77. Calor latente de vaporización a 0ºC 302 kcal/kg 5.7 ºC 3. 8. 6. En el reactor de síntesis se utiliza α-Fe como catalizador (Fe2O3 sobre AlO3 catálisis heterogénea).600 atm. 94 . los cuales pueden ser nuevamente utilizados. se activa más fácilmente. puesto que tiene una elevada energía de activación. la velocidad a la que se forma NH3 a temperatura ambiente es casi nula. Convertir el método de Haber en un proceso de fabricación fue trabajo realizado por Carl Bosh. Los gases de salida del reactor pasan por un condensador donde se puede licuar el NH3 separando así de los reactivos. ya que esto favorece la formación del producto.2. SÍNTESIS INDUSTRIAL. Es una reacción muy lenta. A pesar de todo. H2. El otro reactivo. El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ΔHº = -46. la formación de NH3 es baja con un rendimiento alrededor del 15%. consecuencia de la estabilidad del N2. El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado Haber-Bosh (Fritz Haber y Carl Bosh recibieron el Premio Nobel de química en los años 1918 y 1931). y a una temperatura de 400 . quien de este modo consiguió su nobel.2 kj/mol ΔSº < 0 Es una reacción exotérmica por lo que un excesivo aumento de temperatura no favorece la formación de amoníaco Sin embargo. En la práctica las plantas operan a una presión de 100-1000 atm.1. La solución de Haber al problema fue utilizar un catalizador (óxido de hierro que se reduce a hierro en la atmósfera de H2) y aumentar la presión. ingeniero químico de la BASF. Se producen una serie de reacciones de inserción entre las especies adsorbidas para producir el NH3.4. Los estudios sobre el mecanismo de la reacción indican que la etapa determinante de la velocidad de la reacción es la ruptura de la molécula de N2 y la coordinación a la superficie del catalizador. El catalizador funciona adsorbiendo las moléculas de N2 en la superficie del catalizador debilitando el enlace interatómico N-N; de esta forma se origina N atómico el cual reacciona con átomos de hidrogeno que provienen de la disociación de H2 que también tiene lugar en la superficie metálica. Horno de síntesis El comportamiento del acero frente al hidrógeno a altas presión y temperatura es un factor determinante para la construcción de un horno de síntesis. El hierro a elevada temperatura y presión es permeable al hidrógeno, en estas condiciones es capaz de eliminar al carbono con formación de hidrocarburos. Con esto el acero pierde resistencia y después de un cierto tiempo de funcionamiento el horno puede rajarse y explotar. Para impedirlo se construye el horno con hierro dulce pobre en carbono. Este apenas tiene resistencia a la presión y tampoco puede evitar que el H2 se difunda a través, pero estas dificultades pueden salvarse si se reviste este tubo con un segundo de acero al cromoníquel, resistente a la presión y se procura simultáneamente que el hidrógeno que se difunda a través del primero se pueda eliminar del espacio entre ambos con facilidad y a baja presión. Existen numerosos métodos en la síntesis actual del amoniaco, pero todos ellos derivan del proceso Haber - Bosch original. Las modificaciones más importantes están relacionadas con la fuente del gas de síntesis, la diferencia en los procesos de preparación del gas de síntesis y las condiciones de obtención del amoniaco. La producción de una planta de NH3 ronda las 1500 Tn/día. La fabricación de amoníaco constituye uno de los ejemplos de la industria química pesada. La Figura 4.1 muestra el diagrama de las materias primas a partir de los hidrocarburos. 95 El 77% de la producción mundial de amoniaco emplea Gas natural como materia prima. El 85% de la producción mundial de amoniaco emplea procesos de reformado con vapor. Las previsiones son que el gas natural siga siendo la materia prima principal durante por lo menos los próximos 50 años. Figura. 4.1. Materias primas Fuente: http://www.google.es/ 96 4.1.3. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AMONIACO. Método de reformado con vapor A continuación se explica el proceso de obtención de amoníaco teniendo como referencia el diagrama de flujo de bloques del método de reformado con vapor (Figura. 4.2). Este método es el más empleado a nivel mundial para la producción de amoniaco. Se parte del gas natural constituido por una mezcla de hidrocarburos siendo el 90 % metano (CH4) para obtener el H2 necesario para la síntesis de NH3. Figura. 4.2 Proceso de Producción de Amoniaco Fuente: http://www.google.es/ 97 R-SH + H2 H2S + ZnO Reformado RH + H2S hidrogenación H2O + ZnS adsorción Una vez adecuado el gas natural se le somete a un reformado catalítico con vapor de agua (craqueo. el cual se lleva a cabo en dos etapas.3)-(gas : vapor) y se conduce al proceso de reformado.rupturas de las moléculas de CH4). Reformador primario El gas junto con el vapor se hace pasar por el interior de los tubos del equipo donde tiene lugar las reacciones siguientes: CH4 + H2O CH4 + 2H2O CO + 3H2 ΔH = 206 kj/mol CO2 + 4H2 ΔH = 166 kj/mol Reacciones fuertemente endotérmicas Estas reacciones se llevan a cabo a 800ºC y están catalizadas por óxido de níquel (NiO). dado que la empresa distribuidora le añade compuestos orgánicos de S para olorizarlo.Desulfuración Antes del reformado tenemos que eliminar el S que contiene el gas natural. 98 . así se favorece la formación de H2. El gas natural se mezcla con vapor en la proporción (1 : 3. H2O (40. La reacción se lleva a cabo en dos pasos: CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH = -41 kJ/mol a) Aproximadamente a 400 ºC con Fe3O4. después de estas etapas la composición del gas resultante es aprox.5%). → conversión 99% de hidrocarburo. N2 (12.5%). CO2 (8. esta reacción requiere de un catalizador que no se desactive con el CO. Purificación El proceso de obtención de NH3 requiere un gas de síntesis de gran pureza. CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ΔH<< 0 En resumen. H2 (31.1%). CO (6. Etapa de conversión Tras enfriar la mezcla se conduce a un convertidor donde el CO se transforma en CO2 por reacción con vapor de agua.Reformador secundario El gas de salida del reformador anterior se mezcla con una corriente de aire en este 2º equipo. Además.Cr2O3 como catalizador → 75% de la conversión. 225ºC con un catalizador más activo y más resistente al envenenamiento: Cu-ZnO → prácticamente la conversión completa. Ar (0. b) Aproximadamente a.7%). tiene lugar la combustión del metano alcanzándose temperaturas superiores a 1000ºC. de esta manera aportamos el N2 necesario para el gas de síntesis estequiométrico N2 + 3H2. CH4 (0. por ello se debe eliminar los gases CO y CO2.2%). 99 .5%).5%). 2%) y CO2 (0. formándose KHCO3 según K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 Este se hace pasar por dos torres a baja presión para desorber el CO2. que son peligrosas para el catalizador del reactor de síntesis. (subproducto. se convierten en CH4: CO + 3H2 CO2 + H2 CH4 + H2O CH4 + 2H2O Proceso sobre lecho catalítico de Ni (300ºC).para fabricación de bebidas refrescantes). A continuación el gas se comprime a la presión de 200 atm.09%). Etapa de metanación Las trazas de CO (0. Aproximadamente (compresor centrífugo con turbina de vapor) y se lleva al reactor donde tiene lugar la producción del amoníaco. N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 100 . el bicarbonato pasa a carbón liberando CO2. sobre un lecho catalítico de Fe.Etapa de eliminación del CO2 Seguidamente el CO2 se elimina en una torre con varios lechos mediante absorción con K2CO3 a contracorriente. Síntesis de amoníaco Así se obtiene un gas de síntesis con restos de CH4 y Ar que actúan como inertes. 101 . Por tanto.3). b) Eliminación de inertes mediante una purga.En un solo paso por el reactor la reacción es muy incompleta con un rendimiento del 1415%. El gas de purga se conduce a la unidad de recuperación Figura 4. el gas de síntesis que no ha reaccionado se recircula al reactor pasando antes por dos operaciones: a) Extracción del amoníaco mediante una condensación.3 Compresión y Síntesis del Amoníaco Fuente: http://www.es/ El amoníaco se almacena en un tanque criogénico a -33ºC. el amoníaco que se evapora (necesario para mantener la temperatura) se vuelve a introducir en el tanque. la acumulación de inertes es mala para el proceso.google. (Ver Figura 4. Explosivos y otros usos Caprolactama. (NH4)3PO4 Úrea: (NH2)2C=O Otros usos del amoníaco incluyen: Fabricación de HNO3. 102 . los reactivos mencionados forman un producto intermedio llamado carbamato de amonio y.4). La síntesis de urea a nivel industrial se realiza a partir de amoníaco (NH3) líquido y anhídrido carbónico (CO2) gaseoso. nylon Poliuretanos Gas criogénico por su elevado poder de vaporización Productos de limpieza domésticos tales como limpia cristales Aspectos ambientales de la producción de amoniaco La fabricación de amoníaco de amoníaco es un proceso muy limpio no existen vertidos líquidos.1. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE ÚREA [Textos científicos. como: nitrato amónico: NH4NO3 sales amónicas: (NH4)2SO4 . Es un proceso que consume mucha energía.2. USOS DEL AMONÍACO. el carbamato se deshidrata para formar urea (Ver Figura 4. La reacción se verifica en 2 pasos. En el primer paso. es necesario máxima recuperación y el eficiente empleo del calor liberado 4. por lo que.4.com].4. La mayor parte del amoniaco (80%) se destina a la fabricación de fertilizantes. en la segunda etapa. concentración y granulación. Un problema del proceso es que en el segundo paso de la reacción.Surge un problema dado que las velocidades de las reacciones son diferentes. 103 . En adición a esto. La primera etapa es mucho más rápida que la segunda. Según lo expuesto. la primera reacción no se verifica por completo. que resulta de la unión de dos moléculas de urea con pérdida de una molécula de amoníaco. Síntesis de urea Deshidratación. y luego volver a formarlo. Este producto es indeseable por ser un tóxico. y la segunda es endotérmica. Además. por lo cual lo que se hace es degradar la parte de carbamato no convertida a urea en sus reactivos de origen. por lo que también quedan amoníaco y dióxido libres. Por esta razón es necesaria su eliminación. debe mencionarse que el carbamato es un producto altamente corrosivo. Vemos que la primera reacción es exotérmica. el proceso completo de producción de la urea puede separarse en las siguientes etapas: Obtención de CO2 Obtención de amoníaco Formación de carbamato Degradación del carbamato y reciclado. se forma un producto llamado biuret. con lo cual el carbamato intermedio se acumula. Figura 4. partículas de polvo. mediante la reacción conocida como reforming. ya que el azufre interfiere con la acción de los catalizadores (Ver Figura 4.es/ El CO2 se obtiene a partir de gas natural. deben separarse las impurezas del gas.4 Diagrama del Proceso Completo de Producción de la Úrea Fuente: http://www. 104 . tales como gotas de aceite. y sobre todo desulfurar el gas. Antes del reforming.google.5). 5 Diagrama del Proceso de Obtención de CO2 Fuente: http://www.Figura 4. 8% CO2.google. El calor necesario para la reacción. 12% CO. La reacción es la siguiente: 2 CH4 + 3 H2O CO + CO2 + 7 H2 Las dos etapas de reforming se verifican según la reacción expuesta.es/ Luego de purificar el gas. 23% N2 y menos de 0. y a la salida de la segunda etapa. se obtiene un gas con las siguientes proporciones: 56% H2. se procede a la obtención de CO2 mediante dos etapas de reforming catalítico con vapor de agua. 105 .5% CH4. Se deja entrar aire al reactor para obtener la relación necesaria de H 2/N2 para la posterior obtención del amoníaco. proviene de la combustión del gas natural y de los gases parcialmente reformados. la cual es endotérmica. dado que éstos interferirían en la acción del catalizador en la etapa final de síntesis del amoníaco: CO + 3 H2 CO2 + 4 H2 CH4 + H2O CH4 + 2 H2O Luego de la metanación. el gas circulante se compone de aire. Obtención de amoníaco El otro reactivo necesario para la producción de urea es el amoníaco. los cuales reaccionan con catalizador de hierro para formar amoníaco en estado gaseoso según: 7 CH4 + 10 H2O + 8 N2 + 2 O2 16 NH3 + 7 CO2 106 . se realiza la conversión de CO haciendo que reaccione catalíticamente con vapor de agua para formar CO2 y H2 usando hierro y cobre como catalizadores. Se produce primeramente una etapa de metanación para convertir a metano las bajas proporciones que quedan de CO y CO2 en circulación. Del gas resultante se separa el CO2 mediante una solución de mono etanol amina (MEA).Para eliminar el CO y convertirlo en CO2. mediante la siguiente reacción: MEA (CO2) Compresión del anhídrido carbónico MEA + CO2 El dióxido resultante es enviado a dos etapas sucesivas de compresión en las cuáles se eleva la presión a 160 atmósferas absolutas. Éste se obtiene a partir del gas reformado separado del CO2. metano y vapor de agua. Al dióxido se le agregan pequeñas cantidades de aire pasivante para inhibir la acción corrosiva. La reacción se produce entre el amoníaco. el CO2 y la solución reciclada de carbamato.es/ Formación del carbamato La reacción de síntesis de Urea se lleva a cabo a altas presiones (200 bar) y el nivel térmico óptimo (190 ºC) en un reactor construido en acero inoxidable especial.google.6). 107 .El amoníaco gaseoso se condensa por enfriamiento y se separa del gas para almacenarlo a presión de unas 13 atmósferas.6 Diagrama del proceso de obtención de NH3 Fuente: http://www. proveniente de la etapa de absorción. 4. El amoníaco gaseoso remanente es recirculado al loop de síntesis (Ver Figura 4. Figura. el CO2 es comprimido hasta 200 atm. El NH3 y el CO2 reaccionan rápida y exotérmicamente. Descomposición del carbamato No todo el Carbamato de Amonio se descompone en Urea y Agua. Por ésta razón. el carbamato se forma mucho más rápido que la urea. La fracción que se descompone para formar Urea en relación a la cantidad total que ingresa al reactor se denomina conversión. La reacción de descomposición: NH2 – COONH4 (l) 2NH3 (g) + CO2 (g) 108 . Como habíamos visto.El carbamato de amonio se forma a partir de CO2 y NH3 según la siguiente reacción (esta reacción genera calor): 2NH3 (g) + CO2 (g) NH2 – COONH4(l) ∆H= -117 kJ/mol Amoniaco + Gas Carbónico Carbamato de Amonio Antes de ingresar al reactor. su manejo es muy difícil. Es decir que de cada 100 Kg de carbamato que se forman. Esta reacción logra cerca del 100% en condiciones normales. El resto debe reciclarse permanentemente y en forma continua al reactor para lograr una conversión total. en una primera etapa. Al ser altamente corrosivo. La conversión de Carbamato en Urea en el reactor está en el orden de 70%. que luego se deshidrata a urea + agua. lo que se hace es degradarlo nuevamente a NH3 y CO2 para luego volver a formarlo. mediante un compresor eléctrico y el amoníaco hasta 145 atm. para formar el carbamato. sólo 70 Kg pasan a Urea. 8. desplazando la reacción hacia productos. Síntesis de urea El carbamato se deshidrata a urea mediante la reacción: NH2 – COONH4 (l) NH2 – CO – NH2 (l) + H2O (l) ∆H= +15. una relación N/C de 3. Bajando la presión y temperatura. lo que reduce el costo de recompresión. La producción de la Urea se realiza en un reactor vertical. esta se realiza en dos etapas. Al bajar la presión parcial del reactivo. Esta forma tiene la ventaja de poder hacerse a la presión de síntesis. 109 . se desplaza el equilibrio hacia los reactivos. este se separa en forma gaseosa de la solución de carbamato. el sistema evoluciona hacia su equilibrio degradando el carbamato. La otra forma es mediante el stripping del amoníaco. Esta operación combina la formación de carbamato (exotérmica rápida) en su parte inferior. Luego la mezcla gaseosa se vuelve a comprimir causando su recombinación. la reacción es endotérmica. y habíamos dicho que es mucho más lenta que la de producción de carbamato. que opera a 188 – 190 ºC y 160 Kgf/cm2 absoluta. La cinética de la reacción aumenta con la temperatura.5 kJ/mol Como se ve. 2.Se logra de dos formas: 1.6 – 3. Para disminuir los costos totales de la recompresión. con una mayor relación NH3/CO2 y disminuye con una mayor presencia de agua. un tiempo de residencia de alrededor de 45 minutos y un grado de conversión (en un paso) del 65 – 70 %. Si hay amoníaco en exceso. por la alimentación de CO2 y NH3 en exceso y la descomposición del carbamato en urea (mucho más lenta y endotérmica). menor al 0.google. Figura.7).4%. por lo cual su concentración en la urea debe ser muy baja.es/ 110 . 4.7 Diagrama explicativo Fuente: http://www. Para lograr bajas concentraciones se usa un exceso de amoníaco en la síntesis de urea (Ver Figura 4.Formación de biuret El biuret se forma cuando dos moléculas de úrea se unen liberando una molécula de amoníaco según: 2 NH2 – CO – NH2 NH2 – CO – NH – CO – NH2 + NH3 Se trata de una sustancia altamente tóxica para las plantas. 3 Kg/cm2 absolutos y la segunda (se concentra hasta 99. Se obtiene de este modo una corriente de Urea fundida a 132 °C con muy bajo contenido de agua. a unos 40 – 50 °C de temperatura. y es bombeada hacia la unidad de Evaporación. de diámetro.Concentración La corriente de Urea y agua obtenida en las etapas de Descomposición. 111 . cuyas gotas se van solidificando primero y enfriando luego durante su caída libre.8 %) a muy alto vacío. a la vez que se hace circular aire en sentido contrario mediante grandes ventiladores ubicados en la parte superior de la torre. el cual es transportado mediante elevadores y cintas a los silos de almacenaje. es concentrada al 80% en un concentrador de vacío mediante la aplicación de calor externo utilizando vapor de agua. Mediante un canasto giratorio con unas 6000 pequeñas perforaciones se logra obtener una lluvia de Urea fundida. Un equipo clave de esta etapa es un eyector de importantes dimensiones que permite lograr los niveles de vacío requeridos. del orden de 0. Evaporación La corriente proveniente del Concentrador se sigue concentrado en dos etapas de Evaporación. La Urea fundida es bombeada a la parte superior de la torre de 80 mts de altura y 16 mts. para lograr la evaporación del agua sin descomponer térmicamente la Urea. Granulación Luego se pasa al perlado de Urea (formación de pequeñas perlas del orden de 2 – 4 mm de diámetro) se realiza en la Torre de Perlado (Torre de Prilling). Esta corriente es enviada a la Torre de Prilling para la formación de perlas de Urea. Se obtiene de este modo el producto final. la cual contiene aproximadamente 70% de Urea.5%. la primera de ellas (se concentra hasta 95 %) operando a 0. Esta corriente se denomina Urea de Síntesis. 3 FERTILIZANTES NATURAL.4. nitrato de amonio. 112 . Reformado Se usa un catalizador de Ni: CH4 + H2O 3 H2 + CO Rendimiento mayor a 90% Conversión El CO pasa por el proceso de conversión y luego se hace la purificación del gas. Una fábrica de 560 Ton /año cuesta unos 320 MM$us y puede vender 70 MM$us /año (Fuente: YPFB) Proceso Descarbonización Se retira el CO del gas natural. NITROGENADOS EN BASE A GAS Usos del amoniaco y urea A partir del NH3 se obtiene la urea y a partir de esta se producen fertilizantes agrícolas. sulfato de amonio y ácido nítrico. Se importa la totalidad en Bolivia El amoniaco es usado como refrigerante y como químico de uso general. En lecho catalizador de óxido de Fe: CO + ½ O2 CO2 El CO2 es retirado dejando el hidrógeno libre de impurezas y se purifica el H2. en un lecho adsorbente de aminas. Metanación Trazas de CO y CO2 se convierten en CH4 en un lecho de catalizador de níquel. Compresión y síntesis del amoniaco. con un tiempo de residencia de 45 min. 2 NH3 + Síntesis de Urea CO2 NH2COONH4 A 160 bares y 190 ºC se realiza la deshidratación del carbamato. con conversión del 65 al 70 %. para dar: N2+3 H2 11 CH4 +10 H2O +8 N2+10 O2 2 NH3 16 NH3 + 8 H2O +11 CO2 El amoniaco formado tiene rendimiento del 90% Formación de Carbamato. NH2COONH4 Degradación del carbamato NH2CONH2 + H2O Se degrada el carbamato restante para volver a formarlo por sus características corrosivas. NH2COONH4 2 NH3 + CO2 113 . Se inyecta oxígeno y la mezcla de gases se comprime a presión de 320 kg/cm2 y sometida a temperatura de 400ºC en lecho catalizador de óxido de hierro. A 200 bares y 190 oC se realiza la primera etapa de la síntesis de la urea. la cual contiene aproximadamente 70% de Urea.8 %) a muy alto vacío.3 Kg/cm2 absolutos y la segunda (se concentra hasta 99. Un equipo clave de esta etapa es un eyector de importantes dimensiones que permite lograr los niveles de vacío requeridos. de diámetro. Mediante un canasto giratorio con unas 6000 pequeñas perforaciones se logra obtener una lluvia de Urea fundida. a la vez que se hace circular aire en sentido 114 . para lograr la evaporación del agua sin descomponer térmicamente la Urea. y es bombeada hacia la unidad de Evaporación. cuyas gotas se van solidificando primero y enfriando luego durante su caída libre. Esta corriente se denomina Urea de Síntesis. del orden de 0.Concentración La corriente de Urea y agua obtenida en las etapas de Descomposición. Granulación Luego se pasa al perlado de Urea (formación de pequeñas perlas del orden de 2 – 4 mm de diámetro) se realiza en la Torre de Perlado (Torre de Prilling). Esta corriente es enviada a la Torre de Prilling para la formación de perlas de Urea. la primera de ellas (se concentra hasta 95 %) operando a 0. Evaporación La corriente proveniente del Concentrador se sigue concentrado en dos etapas de Evaporación. La Urea fundida es bombeada a la parte superior de la torre de 80 mts de altura y 16 mts. es concentrada al 80% en un concentrador de vacío mediante la aplicación de calor externo utilizando vapor de agua.5%. Se obtiene de este modo una corriente de Urea fundida a 132 °C con muy bajo contenido de agua. Se obtiene de este modo el producto final. 115 . Escalera. como las aminas primarias (colectores para la flotación de minerales). Esquema de una planta de producción de NH3 (Amoniaco) Fuente: S. a unos 40 – 50 °C de temperatura.8. Figura. ambos fertilizantes son muy utilizados en la industria agrícola mundial. el cual es transportado mediante elevadores y cintas a los silos de almacenaje. También importante mencionar que el amoniaco es utilizado para producir derivados.contrario mediante grandes ventiladores ubicados en la parte superior de la torre. 4. Utilidades El amoniaco así producido NH3 es totalmente comerciable como fertilizante. pero puede ser utilizado como materia prima para producir urea y nitrato de amonio. 4. Figura.10 Derivados fertilizantes Fuente: S. 2009 116 . Escalera.9 La obtención de fertilizantes Fuente: http://www. uranio y otros) y cuaternarias (usadas en la formulación de enjuagues de cabello y emulsificadores catiónicos para el asfalto que pavimenta calles).google.secundarias y terciarias (extractores solventes para refinar cobre.es/ Figura 4. 600. donde la demanda para la próxima década será de alrededor de 3 millones de TM/año [Salgado. arroz. sino que satisfaría la demanda del MERCOSUR y del CAN Esto se debe a que los fertilizantes nitrogenados son muy importantes en la agricultura continental (soya.000 TM anuales . Costo de la planta Producción Subproducto : : : 81 MM $us. tabaco y pastos). Argentina. Existen otros tipos de fertilizantes Mercados En cuanto al mercado para fertilizantes bolivianos. Paraguay y Chile). café. banano. especialmente el Comunidad Andina de Naciones (Perú. Nitrato amónico y Sulfato amónico. una planta de Bolivia deberá producir 1. caña de azúcar.Tipos de fertilizantes: producto en el mercado Fertilizantes Nitrogenados: urea.150 $us/TM Amoniaco y Gas Licuado de Petróleo (GLP) 117 . Colombia y Venezuela) y el Mercosur (Brasil. Uruguay. 1997]. algodón. se observa que este se encuentra muy abierto en Sudamérica. Por lo tanto. Ecuador. PLANTA DE UREA – Prefactibilidad de la implementación de una planta en Cochabamba – Bolivia.000 TM/día de NPK que no solo cubriría la demanda nacional que es muy baja (unos 50 mil TM/año). mediante el craking: C2H6 C2H4 + H2 118 . Las plantas de extracción profunda son las de mayor rendimiento de etano. El mayor uso del etano es conversión a etileno. Matar – L.1.1. QUÍMICA DEL ETANO La mayor fuente de etano son los LGN.CAPÍTULO 5 QUÍMICA DE LOS COMPONENTES DEL GAS NATURAL 5. Hatch. QUÍMICOS A PARTIR DEL ETANO Y PARAFINAS MAYORES [S.1. 2000] A continuación se detalla una adaptación traducida y resumida sobre la química de los componentes según los autores de referencia: 5. 1.es/ El tetracloruro es reciclado para producir más perclhor: 2 CCl4 CCl2 = CCl2 + 2 Cl2 119 . que todavía no es comercial es la obtención de acetonitrilo: CH3 . Otro proceso nuevo. produce percloroetileno y tetracloruro de carbono CH3 CH2 CH3 + 8 Cl2 CCl2 = CCl2 + CCl4 + 8 HCl Figura. insecticidas.CH3 + NH3 + 3/2 O2 5.Otro es la cloración para formar cloruro de etilo: CH3 CH3 + Cl2 CH3 CH2 Cl + HCl El HCl puede utilizarse para obtener más Cloruro de Etilo: CH2 = CH2 + HCl CH3 CH2 Cl El cloruro de etilo se usa en solventes.google. medicina y otros usos variados.2 QUÍMICA DEL PROPANO Cloración del propano CH3 CN + 3H2O La cloración del propano a 480 – 640 C.1. 5. Tetracloruro de carbono Fuente: http://www. El perclhor es usado como desengrasante, fumigante o para limpieza de equipos electrónicos. Deshidrogenación del propano La deshidrogenación catalítica del propano se realiza de 580 a 680 C, a una presión de 5 a 20 atms: CH3 CH2 CH3 CH2 = CH – CH3 + H2 Este reactor también procesa los isobutanos, normal butanos y mezclas de parafinas superiores. Figura 5.2. Efecto de la temperatura en la deshidrogenación de hidrocarburos Fuente: http://www.google.es/ Nitración del propano (Nitro parafinas) 120 La nitración del propano produce una mezcla de nitro componentes, se realiza a una temperatura de 390 a 440 ºC y una presión de 100 a 125 Psig. El nitropropano es un buen solvente para vinylos y resinas epóxicas. El nitropropano reacciona con formaldehido produciendo nitro alcoholes: CH3 CH2 CH2 NO2 + HCHO CH3 CH2 CH (NO2) CH2 OH Este compuesto es un excelente solvente, pero su obtención es cara. 5.1.3. QUÍMICA DEL N-BUTANO El n-butano es obtenido mayormente de los LGN (Líquidos del Gas Natural). Se usa para controlar la presión de vapor de gasolina y para la oxidación de anhídrido maleico. La oxidación de butano da lugar a ácidos orgánicos, alcoholes, aldehídos, cetonas, olefinas, etc. Oxidación de n-Butano La oxidación no catalítica del n-butano, no es selectiva y produce una variedad de productos (7 atm y 360 ºC). 121 Los productos son: 1. Formaldehido 33% 2. Acetaldehido 31% 3. Metanol 20% 4. Acetona 4% 5. Solventes mezclados 12%. Oxidación catalítica de n-butano Si se utiliza un catalizador de Acetato de Cobalto o Manganeso produce Ácido Acético con 75 a 80 % de pureza a 150 ºC y 55 atms de presión. CH3 CH2 CH2 CH3 + O2 CH3COOH + productos + H2O La oxidación catalítica con un catalizador de Óxido de Cobalto o Molibdeno se produce el anhídrido maleico: 2 CH3 CH2 CH2 CH3 + 7 O2 2 + 8 H2O El anhídrido maleico se utiliza como un químico muy importante, se aplica en la obtención de resinas de poliéster no saturadas, esta resina se usa para fabricar fibra de vidrio. Otros usos en la producción de ácido fumárico, plasticidas, ácido maleico y aditivos para lubricantes. 122 1. hizo que el iso butano también aumente su demanda.1. 7 y 8 carbones: 2 CH3 CH2 CH3 N . QUÍMICA DEL ISOBUTANO El iso-butano mayormente es usado como agente de alquilación. 123 .Isomerización de n-Butano La creciente demanda de Iso butileno para la fabricación de aditivos de gasolina. para aumentar el octanaje de la gasolina.4. También es usado como precursor para la fabricación del Metil y Etil Terciario Butil Eter (MTBE y ETBE) Producción de aromáticos Los compuestos de GLP (Gas licuado de petróleo) una mezcla de Propano y Butanos es catalíticamente reactiva para producir aromáticos.Hexano CH3 CH2 CH2 CH2 CH = CH2 + 2 H2 El segundo paso es la deshidrociclación: CH3 CH2 CH2 CH2 CH = CH2 Los productos típicos se muestran en la Tabla 5. El primer paso es la formación de olefinas de 6. La reacción se desarrolla a baja temperatura: CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 CH (CH3)2 5. Nafta Liviana + O2 CH3COOH + productos + H2O El rendimiento es de cerca del 40%. La Nafta pesada es usada para el reformado catalítico.1.9 Fuente: Elaboración propia 5.parafinas.Tabla 5. En Europa se usa mucho en la producción de gas de síntesis utilizado en la producción de metanol y amoniaco.1 65. QUÍMICA DE N-PARAFINAS DE ALTO PESO MOLECULAR Las parafinas de C8 a C14 son recomendadas para la fabricación de kerosén.1.6. 5. 124 . Oxidación de n. Se utilizan para la producción de ácido acético por oxidación a 180 C y 50 atms en presencia de un catalizador de acetato de manganeso. que produce aromáticos para la fabricación de gasolina.5. Las parafinas de C9 a C17 son usadas para producir olefinas o mono cloro parafinas para la producción de detergentes.2 31.0 28.9 5.1 Productos del Proceso Porcentaje en peso de la carga Alimentación Propano (100 %) Butanos (100 %) Aromáticos Hidrógeno Fuel gas 63.9 5. Luego se realiza una destilación para separar los compuestos. QUÍMICA DE LA GASOLINA NATURAL O NAFTA LIGERA (C5-C7). La SCP se usa en la industria de lípidos. presión 5. Algunos componentes de la SCP se pueden usar como aditivos para la alimentación humana. La demanda en 1997 fue de 79 millones de Toneladas. Las principales características son: Estructura simple con alta reactividad.1. 125 . Fácilmente producido a través de otros hidrocarburos por cracking. fue conocido como el ―rey de la petroquímica‖. mediante la siguiente reacción: RCH2 (CH2)n CH2CH2R + 5/2O2 R(CH2)n COOH + RCH2COOH + H2O Típicamente las reacciones se realizan a una temperatura de 120 °C y a la atmosférica = 1 atm.7. QUÍMICA DEL ETILENO Generalidades El eteno o también denominado etileno. Fermentación usando n-parafinas La utilización de la n-parafina como sustrato fermentado con un grupo de microbios produce la Proteína Unicelular (Single Cell Protein SCP). por la gran cantidad de productos que se derivan de este compuesto.La oxidación catalítica de parafinas largas de C18 a C30 produce una mezcla de ácidos orgánicos. carbohidratos. esto está en estudio. Compuesto relativamente barato. para el año 2005 fue de 110 millones de Toneladas. vitaminas y minerales. 147 KJ/mol Una reacción paralela es la oxidación total: CH2 = CH2 + 3O2 + 2H2O ΔH = .es/ 126 . La principal ruta para la oxidación del etileno se realiza usando aire u oxigeno con un catalizador de plata. acetaldehído y acetato de vinilo son los compuestos más importantes.4 Óxido de Etileno. La reacción es exotérmica y el control de la temperatura es importante: CH2 = CH2 + ½ O2 ΔH = .En la siguiente gráfica se muestra un resumen de varios de los compuestos químicos que provienen del etileno.google. Fuente: http://www.1421 KJ/mol Figura. 5. Oxidación del Etileno Dependiendo del catalizador y las condiciones el etileno se puede oxidar a varios compuestos: El óxido de etileno. etc. Derivados del óxido de etileno Etilen Glicol Etanol aminas 1. 5. La temperatura está entre 200 y 300 grados centígrados con un tiempo de residencia de 1 seg. 127 . el aumento de la temperatura produce l baja del rendimiento y ocasiona el deterioro del catalizador.3 Compuestos a partir del Etileno Esta oxidación es altamente exotérmica.Figura.3 Propano diol Acetaldehido Ácido acético Acetato de vinilo. produce el ácido acrílico. el rendimiento de la reacción está en el orden del 85%. La reacción se da con el ácido hipocloroso: CH2 = CH2 + HOCl Cl CH2 CH2 OH El cloruro de vinilo: Es el más importante precursor de vinilo de la industria. con catalizador de cloruro férrico: CH2 = CH2 + Cl2 ClCH2 CH2 Cl 128 . Cloración del etileno La adición del cloro al etileno produce dicloro etileno (1. CH2 = CH2 + CO + ½ O2 Otra fuente de ácido acrílico es la oxidación de propeno. La temperatura de 145 °C y 75 atmósferas. Es producido por la reacción de HCL con acetileno en presencia de un catalizador de HgCl. el cuál es el monómero del cloruro de polivinilo. el primero es la cloración a 4 atms y 50 °C.2 dicloro etano) que es el más importante precursor del cloruro de vinilo.Producción de ácido acrílico La reacción en fase líquida con catalizador de Pd/Cu. mediante el proceso de tres pasos. HC ≡ CH + HCl CH2 = CH Cl Por otra parte se puede fabricar el cloruro de vinilo a partir del etileno. la reacción da lugar a una conversión del 96% del acetileno. agua. 3 CH2 =CH2 + 2H2SO4 CH3CH2OSO3 H + (CH3CH2O)2 SO2 CH3CH2OSO3 H + (CH3 CH2 O)2SO2 + 3H2O 3CH3 CH2 OH + 2H2SO4 La hidratación directa del etileno se realiza en un reactor a 300 °C y 70 atmósferas con diatomeas como catalizador: CH2 = CH2 + H2O CH3 CH2 OH 5. luego son hidrolizados. EL PROPILENO El propileno se considera el segundo elemento en importancia después del etileno. Se forman mono y dietil sulfatos. cloro.2. Esta olefina puede reaccionar con muchos compuestos como el oxígeno. QUÍMICOS A PARTIR DEL PROPILENO ΔH = .2. etc.40 KJ/mol 5.1. en presencia de ácido sulfúrico concentrado. 129 .El segundo paso es la declorinación del cloruro de etileno a 500 °C y 25 atms: ClCH2 CH2 Cl CH2 = CHCl + HCl Y finalmente el tercer paso que produce más etileno es la oxicloración de óxido de etileno: CH2 = CH2 + 2HCl + ½ O2 Hidratación del etileno Cl CH2 – CH2 Cl + H2O Mediante la producción de etileno se puede producir etanol. regenerándose el ácido sulfúrico. La reacción se da a 180 ºC y 4 atmósferas con un catalizador de Pd.2.2 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO ACRÍLICO. presenta la siguiente reacción: CH3 CH = CH2 + O2 CH2 = CH CHO + H2O ΔH = . como la obtención de resinas poliacrílicas a otros esteres. y reaccionando con oxígeno tenemos: El ácido acrílico tiene variados usos.2. el cual es el monómero de la resina poliacrílica.La oxidación del propileno La oxidación del propileno con oxígeno. Con un catalizador de óxido de Mo y Va. La reacción química es la siguiente: 130 .5 KJ/mol Se forma la acroleína (2 propenal). que interviene en la producción del ácido acrílico. 5.3 OBTENCIÓN DEL ACETATO DE PROPILENO.340. 5. 5. VARIADOS PRODUCTOS ADICIONALES En el área de la petroquímica se pueden producir muchísimos productos adicionales y combinados. que se usa para fumigantes.4. la mayor parte se quema como fuente de combustible.La cloración del propileno La reacción procede a 500 ºC y 1 atmósfera. se estima que solo el 5 a 10 % de los hidrocarburos se usa como materia prima. es un área muy rica para explotar. Por lo tanto el gas y petróleo son fuentes de materias primas muy importantes en la actualidad. 131 .2. CH2 = CH CH3 + Cl2 CH2 = CH CH2Cl + HCl El producto es el cloro propeno. CAPÍTULO 6 PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS COMO REDUCTOR DEL MINERAL DE HIERRO 6. GAS REFORMADO COMO REDUCTOR DEL HIERRO EN LA INDUSTRIA DEL ACERO 6. 132 .1. A continuación detallamos las principales características de la producción tradicional del hierro y la variante nueva a partir de la reducción con gas de síntesis. HIERRO Y ACERO Correlación Entre Acero y Desarrollo Tradicionalmente la cantidad de acero que consume un país es un indicador de su crecimiento económico.1.1. 6. 5. 3. remueve el Si como silicato de Calcio de menor punto de fusión La reacción es: Fe2O3+3CO --.1. 4.04 – 2 % de P Partículas de S 133 . 92 % de Fe 3 a 4 % de C 0.3 % de Si 0.04 – 2.2.3CO2+2Fe Composición típica del arrabio: 1. Si o Cr 6.Contenido de Carbono en los aceros Hierro forjado Aceros Hierro colado o arrabio Ferroaleaciones : : : : Centésimas en % 10.5 % de Mn 0. ETAPAS DE REDUCCIÓN DEL MINERAL PRIMERA ETAPA Mineral de hierro + Coque + Caliza El coque es una fuente de CO La caliza es un fundente.25 % 2-4 % 20 – 80 % de Mn. 2.5 – 0.25 – 2. 134 . Cal como fundente.google. Las impurezas de Si. El C se oxida y se puede obtener el % deseado. Mn y S reaccionan con la cal y forman las escorias. Fluorita para que la escoria sea más fluida. Mineral de hierro como fuente de oxígeno adicional.1.Figura 6. Diagrama del proceso-Reducción del mineral Fuente: http://www.es/ SEGUNDA ETAPA Arrabio + chatarra + mineral de hierro + cal + fluorita. produciendo mayor cantidad de acero. P. Inyección de Oxigeno a velocidad supersónica mejora el proceso. 6. Diagrama del proceso-Fabricación del acero Fuente: http://www.es/ 135 .google.Figura.2. es/ 136 .google. 6.3.Figura. Diagrama del proceso-Laminación del acero I Fuente: http://www. Diagrama del proceso-Laminación del acero II Fuente: http://www.google.4. 6.Figura.es/ 137 . Diagrama del proceso-Laminación del acero III Fuente: http://www.5.Figura.es/ 138 .google. 6. google.es/ 6. 139 . pesaje y almacenamiento de las materias primas necesarias para la fabricación del acero. clasificación.6. carbones metalúrgicos y caliza.Figura.3. Diagrama del proceso-Laminación del acero IV Fuente: http://www. Materias primas Esta etapa incluye la descarga.1. 6. PREPARACIÓN DE MATERIAS PRIMAS a. que básicamente son: mineral de hierro. Materia prima Fuente: http:/webhispana.Figura.net/ Planta de Coque y subproductos La mezcla de carbones metalúrgicos se somete a un proceso de destilación seca que lo transformamos en coque metalúrgico.8 Planta de Coque Fuente: http:/webhispana. 6. 6. como subproducto. que es utilizado como combustible en los diversos procesos de la industria.7. gas de alto poder calorífico.net/ 140 . La coquificación del carbón mineral deja. Figura. que consiste en extraer estos elementos acumulados en el crisol (parte inferior de los altos hornos).net/ 141 . La inyección de aire precalentado a 1000 °C. transformándolos en arrabio (hierro líquido) y en escoria. respectivamente. separada del arrabio por su menor densidad. Por el tragante (parte superior del horno) se carga por capas los minerales de hierro. la escoria. La colada.9. facilita la combustión del coque. se efectúa aproximadamente cada dos horas. generando elevadas temperaturas y gases reductores que actúan sobre el mineral y caliza. aproximadamente. se hace fluir hacia el foso donde es ―apagada‖ y granulada por un chorro de agua. la caliza y el coque.Reducción del mineral para obtener arrabio a. se realiza en los Altos Hornos. Alto horno La reducción del mineral para obtener arrabio. El arrabio es recibido en carros torpedo para ser transportados a la Acería de Convertidores de Oxígeno. Figura 6. Carro Torpedo Fuente: http:/webhispana. net/ Figura 6.net/ 142 .10.Figura 6.11. Alto Horno Fuente: http:/webhispana. Alto Horno Fuente: http:/webhispana. FABRICACIÓN DEL ACERO a. donde se oxidan el carbono. Figura 6. Una vez finalizada la inyección de oxígeno se analiza su composición y se mide su temperatura agregando finalmente las ferroaleaciones que imparten las características principales a los diversos tipos de aceros.6. por adición de cal.net/ 143 . Estas reacciones son exotérmicas y causan la fusión de la carga metálica fría sin necesidad de agregar ningún combustible y. se forma escoria en que se fijan otras impurezas como azufre y parte de fósforo.11. Acería Fuente: http:/webhispana.4. se carga junto con chatarra de acero Por la acción del oxígeno puro que se le inyecta al convertidor. silicio y fósforo del arrabio. Acería de convertidores al oxígeno El arrabio proveniente de los Altos Hornos.1. El acero líquido así producido se recibe en cucharas y se envía a un proceso de metalurgia secundaria y luego al vaciado de colada continua de planchones o palanquillas según su composición química. 12.b.13.050 mm. Colada continua de planchones: El acero líquido de la cuchara es vaciado a una artesa que se comunica por el fondo con un molde en constante movimiento que es enfriado por agua. Colada de planchones de acero Fuente: http:/webhispana.. Figura 6. y que a la salida se va cortando a los largos requeridos. Laminador de barras Las palanquillas son productos semiterminados que se procesan en un laminador de barras como se muestra en la Figura 6. en el cual después de ser recalentadas en 144 . en él se inicia el proceso de solidificación del acero que se completa a lo largo del trayecto por el interior de la máquina. un ancho que varía entre 800 y 1.net/ Productos terminados finales a. El planchón que se produce es una cinta con un espesor de 156 mm. 145 .13. pernos. tornillos. todos ellos. bolas para molinos. con lo cual se reduce el espesor y aumenta su longitud. Laminador de planos en caliente Los planchones que produce la Colada Continua son sometidos a laminación en caliente. etc. clavos. Figura 6. Laminador de barras Fuente: http:/webhispana.net/ b. productos terminados ampliamente utilizados como materiales de construcción y en la manufactura de alambres.un horno se laminan en pases sucesivos y se transforman en barras redondas lisas o con resaltes para hormigón. Laminador de planos en caliente Fuente: http:/webhispana. continúa su proceso en el Laminador de Planos en Frío. de espesor. se someten al proceso de decapado para eliminar los óxidos y laminación en frío para disminuir el espesor. cuyas dimensiones finales van de 725 a 1050 mm de ancho por 1. el que mediante pases sucesivos entrega un semilaminado (plancha gruesa). para pasar posteriormente al laminador continuo de seis marcos y obtener rollos. va directamente al mercado.net/ c. tanto en forma de rollos o planchas.El proceso comienza calentando el material en un horno. los planchones son reducidos en su espesor.0 mm.14. Figura 6. donde encuentra una gran aplicación en la industria y la otra parte de rollo. que se destinan a la fabricación de productos planos laminados en frío.8 a 12. En esta etapa. donde una vez alcanzada la temperatura requerida. Una parte de los productos obtenidos en este laminador. Laminador de planos en frío Los rollos laminados en caliente. primero en un Laminador Trio. una parte de los 146 . necesarios en la construcción. El resto de los rollos son sometidos a limpieza electrolítica para eliminar el aceite empleado en la laminación en frío.15. para obtener productos recubiertos con una aleación de Zinc y Aluminio. corregir la forma y dar la terminación superficial requerida. Figura 6. Laminador de planos en frío Fuente: http:/webhispana.rollos son procesados en la línea Zinc – Alum. recocido en atmósfera protectora. y laminador de temple para eliminar las líneas de fluencia. que puede ser en Hornos o en línea de recocido continuo para eliminar la acritud dada por el trabajo mecánico realizado en frío.net/ 147 . TECNOLOGÍA DEL HIERRO (DIRECT REDUCTION OF IRON (DRI).2. Escalera 148 .6.1. Esquema de una planta de concentración de Hierro Fuente: S. EL GAS DE SÍNTESIS COMO REDUCTOR DE HIERRO 6.2.16. El hierro esponja es de mayor pureza que el arrabio. Figura 6. Desarrollado por HYLSA de México en la década de los 60 y luego adquirida por MIDREX en la década 1980 para comercializar en el mundo. El 3H2 + CO producidos por reforma de gas natural y concentrado de Fe son puestos en horno de retorta a 1600ºC para dar: Fe2O3 + 3 H2 Fe2O3 + CO 2Feº + 3H2O 2Feº ( 4-5%C) + 2CO2 Este proceso produce ―hierro esponja‖ con 4 a 5 %C. 5% C) + O2 Fe — C (2% C) + CO2 Acero producido con rendimiento mayor al 90%. 2009 6. TECNOLOGÍA DEL ACERO. 149 .17. Producción de Acero El fierro esponja va a un horno eléctrico de arco con donde se insufla aire comprimido para bajar el contenido de carbono en el hierro.2. Esquema de una planta de reducción de Hierro Fuente: S.2.Figura 6. que es utilizado como materia prima para producción de otros derivados del acero (v. Esta mezcla es a una temperatura de 800ºC produce acero: Fe (4 . totalmente comerciable como palanquilla. Escalera. acero inoxidable).g. 2009 150 .Figura 6. Producción de acero Fuente: S.18. Escalera.