Química del Petróleo: Propiedades y Clasificación

Propiedades Físicas del Petróleo Crudo

El petróleo crudo presenta una coloración que varía entre acerosa, rojo parduzco y verdoso. Este color se debe a la presencia de compuestos de azufre (S) y compuestos nitrogenados. Posee un olor característico a olefinas.

• Gravedad Específica (G.E.): Sus valores oscilan entre 0,615 hasta 0,994.
• Solubilidad: Es insoluble en agua y soluble en disolventes orgánicos como éter, benceno y cloroformo.
• Viscosidad: Varía según la cantidad de azufre (S) y nitrógeno (N₂) en su composición. La viscosidad es crucial, ya que determina el uso de sus derivados en lubricantes y fuel oil.
• Poder Calorífico: Depende de los subproductos. Corresponde al menor número de cadenas de carbono (C) y, por lo tanto, al menor peso específico (P.E.).

Tipos de Petróleo Crudo

Según la cantidad presente de uno de sus componentes principales, los petróleos se dividen en:

1. Hidrocarburos Parafínicos: Presentan una proporción elevada de hidrocarburos de cadena abierta.
2. Hidrocarburos Nafténicos: Presentan una gran cantidad de hidrocarburos cíclicos.
3. Hidrocarburos Aromáticos: Presentan estructuras bencénicas.
4. Hidrocarburos Sulfurosos: Contienen sulfuro de hidrógeno (H₂S) o mercaptanos, que son compuestos sulfurados. Estos últimos se utilizan como odorizantes para el gas natural (metano).

Procesos de Refinación del Petróleo

El petróleo bruto es inutilizable directamente. La refinación es esencial, y en primer lugar, se realiza una caracterización, ya que todos los petróleos son diferentes y no generarán los mismos subproductos.

H4. Separación por Destilación Fraccionada

La primera etapa del refinado consiste en separar el petróleo en fracciones según su masa molecular. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar por una columna de fraccionamiento (o torre de destilación).

En la columna, la temperatura disminuye con la altura. De esta manera, los compuestos que tienen mayor punto de ebullición (P.E.) se concentran en la parte inferior. Las fracciones más ligeras, es decir, las de menor P.E., suben y son exteriorizadas.

H5. Principio de la Destilación

Cuando se calienta una mezcla de líquidos de diferente P.E., se generan vapores mezclados ricos en los componentes más volátiles (aquellos que poseen P.E. más bajos). Este vapor se refrigera hasta que condensa y se vuelve a recolectar de manera sucesiva para conseguir una mezcla rica en compuestos menos volátiles.

Este proceso se denomina Destilación Fraccionada y se realiza en una torre de aproximadamente 8 metros de diámetro por 60 metros de alto. Los componentes del petróleo se depositan en bandejas de condensación que se encuentran en diferentes niveles de la torre, ordenados de arriba hacia abajo por volatilidad (menor P.E. implica mayor volatilidad).

H4. Cracking Catalítico

Los compuestos más pesados son sometidos a un procedimiento en el cual se rompen sus moléculas para generar compuestos más simples con cadenas carbonadas más cortas y volátiles. Estas reacciones se llevan a cabo a 500 ºC en presencia de un catalizador denominado Zeolita (un aluminosilicato de sodio).

Mediante el cracking se obtienen productos de alto valor como gasolina, butano, propano y eteno. Estos subproductos son de consumo cotidiano y se utilizan, por ejemplo, para la fabricación de plásticos.

H4. Fracciones Líquidas Importantes

Las tres fracciones líquidas más importantes obtenidas son:

1. Nafta: Son muy livianas (Densidad: 0,75) y de baja temperatura de destilación (menor a 175 ºC). Está compuesta por hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono.
2. Queroseno (Kerosene): Destila entre 175 ºC y 275 ºC. Posee una densidad mediana (D ≈ 0,89).
3. Gasoil: Es un líquido denso (D ≈ 0,4 —), aceitoso y destila entre 275 ºC y 325 ºC.

Nota sobre la Nafta: El proceso de Reformado Catalítico, utilizando un catalizador como el óxido de platino, se aplica para aumentar el octanaje de la nafta.

H4. Residuos y Combustibles Pesados

Queda un residuo en la parte inferior de la torre llamado Fuel Oil. Es un líquido negro viscoso con un poder calorífico de 10.000 cal/g y se utiliza como combustible.

H4. Desulfuración

Los productos de la destilación del petróleo contienen H₂S o azufre elemental, lo que provoca mal olor y corroe los metales. Es necesario eliminar el átomo de azufre. Esto se logra, por ejemplo, tratando el producto con una solución de NaOH (hidróxido de sodio) que, junto con la sal de Na₂PbO₂ (plumbito de sodio), forma un disulfuro de alquilo. Este compuesto es inodoro y no corrosivo. Generalmente, se agrega un exceso de azufre durante el proceso.

H4. Almacenamiento

En el almacenamiento se tiene en cuenta el producto, desde el crudo hasta cada uno de sus derivados. Generalmente, se utilizan depósitos subterráneos, lo cual es una solución económica y evita desfigurar el paisaje.

[Nota del Editor: El siguiente párrafo sobre Desulfuración y Almacenamiento es una repetición del contenido anterior, pero se mantiene según las instrucciones de no eliminar texto.]

H4. Desulfuración (Repetición)

La destilación de petróleo en los productos contiene H₂S o S que tiene mal olor y corroe los metales. Debemos eliminar el átomo de S con solución de NaOH que forma junto con la sal de Na₂PbO₂ un disulfuro de alquilo que es inodoro y no corrosivo. Generalmente se le agrega un exceso de S.

H4. Almacenamiento (Repetición)

En el almacenamiento se tiene en cuenta el producto crudo hasta cada uno de sus derivados. Generalmente se utilizan depósitos subterráneos, lo cual es una solución económica y evita desfigurar el paisaje.

Propiedades Físicas y Clasificación de los Alcoholes

H3. Puntos de Ebullición (P.E.)

Los alcoholes muestran un aumento del P.E. al aumentar el número de carbonos (C) y una disminución del mismo con la ramificación.

Sin embargo, el P.E. de los alcoholes de cadena corta es bastante elevado debido a la energía que se necesita para romper el enlace por puente de hidrógeno.

H4. Puntos de Ebullición de Alcoholes Comunes (ºC)

• Metanol: 64,5 ºC
• Etanol: 78,3 ºC
• Propanol: 97 ºC
• Isopropanol: 82 ºC
• Butanol: 118 ºC
• Pentanol: 138 ºC
• Hexanol: 156,5 ºC
• Isobutanol: 108 ºC
• Sec-Butanol: 99,5 ºC
• Ter-Butanol: 83 ºC

H3. Clasificación de Alcoholes

Los alcoholes se clasifican según la posición del grupo funcional hidroxilo (-OH):

• Alcoholes Primarios: Son aquellos en los que el grupo funcional (-OH) está unido a un carbono primario (unido a un solo otro carbono).
• Alcoholes Secundarios: Es aquel donde el grupo funcional (-OH) está unido a un carbono secundario (unido a dos otros carbonos).
• Alcoholes Terciarios: Es aquel donde el grupo funcional (-OH) está unido a un carbono terciario (unido a tres otros carbonos).

H3. Otras Propiedades Físicas

• Isómeros: El número de isómeros crece con el número de átomos de carbono.
• Densidad: Son menos densos que el agua.
• Estado Físico:
  • Los alcoholes de C1 al C4 son líquidos.
  • Del C5 al C11 son aceitosos.
  • Del C12 en adelante son sólidos.
• Solubilidad en Agua: Los tres primeros (Metanol, Etanol, Propanol) son solubles en agua, y los demás son insolubles o poco solubles en agua.

Etiquetas: cracking catalítico, destilación fraccionada, petróleo, refinación