Petróleo, sus procesos y destilación, naftas sintéticas y para aviación

Este mineral líquido, de influencia tan decisiva en la economía actual de las naciones, está formado fundamentalmente por una solución compleja de hidrocarburos. Al decir compleja queremos significar que en el petróleo hay muchos hidrocarburos diferentes, algunos de los cuales son de fórmulas complicadas. Al efectuar las perforaciones, cuando se llega al petróleo, éste suele surgir en forma de un gran chorro. Esto se debe a la presión ejercida por gases contenidos en el yacimiento y en el petróleo mismo.

Este hecho nos dice que en el petróleo hay hidrocarburos gaseosos. Si pensamos que la nafta y el keroseno son productos de la destilación del petróleo, y que están formados exclusivamente por hidrocarburos, nos damos cuenta de que en el petróleo hay hidrocarburos líquidos y también los hay sólidos, locual queda evidenciado por el hecho de ser la vaselina y la parafina productos del petróleo. Los petróleos de distinto origen, son diferentes entre sí. En algunos predominan los hidrocarburos de la serie parafínica; en otros, los hidrocarburos no saturados; y suelen existir petróleos con abundantes hidrocarburos cíclicos. Aun dentro de los petróleos de composición cualitativa igual, existen diferencias entre las pro-porciones de sus componentes, lo cual se traduce en un "rendimiento" distinto en nafta, keroseno, etc. En el cuadro de la página siguiente damos la composición de un petróleo parafínico típico.

Luego se tienen hidrocarburos de cadenas más largas y cuyas soluciones o mezclas constituyen el combustible llamado "gas oil", los aceites lubricantes, la vaselina y la parafina. El residuo negro, alquitranoso, usado' como asfalto artificial, es de composición aun más complicada. Se suele destinar tambien a la preparación de coque de petróleo, que es un carbón artificial. De acuerdo con lo que dijimos, no pueden darse cifras que representen los "rendimientos" de los diversos petróleos.

Los gases del petróleo se utilizan como combustible y para producir "negro de humo" por combustión incompleta. El éter de petróleo se emplea como solvente de grasas y otras sustancias. La nafta y el keroseno tienen aplicación como com-bustibles en automóviles y calefacción, respectivamente. El "gas oil" se utiliza como combustible en motores tipo Diesel y se destina también al "cracking" (ver más adelante). Los aceites lubricantes tienen el uso que su nombre indica. La parafina sirve para hacer velas y para impermeabilizar tejidos, papeles y cartones. Esta enunciación está lejos de ser completa; sólo pretende ser ilustrativa de los usos principales del petróleo. En cuanto al "fuel oil", es el residuo del petróleo después de habérselo privado de los gases, el éter de petróleo, el keroseno y gran parte del "gas oil". Es un líquido negro, espeso, que se usa como combustible en los llamados "quemadores de petróleo" utilizados en calderas de calefacción de edificios, de grandes barcos y en fábricas que tienen turbinas de vapor. También se usa el "fuel oil" en algunos tipos de motores Diesel.

 

DESTILACION DEL PETROLEO

 

¿Cómo se obtienen todos estos derivados del petróleo? El único proceso primitivo fué la destilación fraccionada. Las distintas fracciones tienen distintos puntos de ebullición extremos, yesos puntos sirven de definición del derivado correspondiente. Así decimos: es keroseno la fracción del petróleo cuyos puntos de ebullición están comprendidos entre 200°C y 375°C. Estos distintos puntos de ebullición sirven también para separar prácticamente las diversas fracciones.Ilustraremos esto mediante un ejemplo: Supongamos tener un petróleo cuyo rendimiento en nafta y en keroseno queremos saber. Armamos el aparato representado en la figura adjunta. Colocamos dentro del balón unos 200 cms de petróleo, hacemos circular agua por el refrigerante, y empezamos a calentar el balón. Al marcar el termómetro alrededor de 40°C (esta tem-peratura variará de un petróleo a otro) comenzamos a recoger líquido condensado en el refrigerante.

Como lo que nos interesa es la nafta (70°-80°), despreciamos todo lo que destila hasta 70°C. Cuando el termómetro indica 70°C, colocamos al final del refrigerante una probeta. graduada (1) y recogemos en ella todo lo que destila hasta los 200°C. Una vez alcanzada esa temperatura sacamos la probeta (1) y colocamos la (II), en la que recogeremos todo lo que destile hasta que el termómetro indique 375°C, temperatura a la cual suspenderemos la destilación. En la probeta (1) tendremos la nafta contenida en 200 cm3 del petróleo en estudio, y en la (II) el keroseno contenido en la misma porción de petróleo. Midiendo sus volúmenes y dividiéndolos por 2 (pues hemos empleado 200 cm3 de petróleo) tendremos los porcentajes de nafta y keroseno del petróleo analizado.

La fracción recogida en el primer vaso, y que hemos descartado, es el éter de petróleo. En el balón nos queda, como residuo, el "gas oil" más el "fuel oil". En dicho residuo están los aceites lubricantes, que pueden obtenerse por una destilación especial (al vacío y con vapor de agua), la parafina, la vaselina, etc.
El procedimiento de destilación que hemos ejemplificado se utiliza en la industria, aunque con modificaciones importantes que lo hacen automático y continuo, para obtener los derivados del petróleo.

 

EL "CRACKING" DEL PETROLEO

 

La destilación en la forma descrita se llama en la práctica "topping", y así se habla de "naftas de topping". Pero la gran demanda de combustibles de bajo punto de ebullición o, como se dice, "livianos", debida al gran desarrollo de] transporte automotor terrestre y aéreo, ha conducido a la necesidad de obtener combustibles livianos a partir de los más "pesados" (de punto de ebullición superior), cuya demanda es menor. Esto se consigue mediante el "cracking", especialmente del "gas oil". El "cracking" consiste en someter los hidrocarburos de cadenas largas contenidos en el "gas oil" a temperaturas y presiones elevadas.

Con  esto las cadenas largas "se rompen", y se tienen así hidrocarburos de puntos de ebullición más bajos. Pero estas naftas de "cracking" contienen hidrocarburos no saturados que con el tiempo suelen dar lo que se llama la "goma" de la nafta, que perjudica los motores. Estas "gomas" provienen de la unión de moléculas de hidrocarburos no saturados entre sí, proceso que recibe el nombre genérico de polimerización. Para que no se produzca la polimerización, el mejor método es el de evitar durante el "cracking" la formación de hidrocarburos no saturados. Para ello se hace simultáneamente con el "cracking" una hidrogenación catalítica.

LAS NAFTAS DE AVIACióN y EL "NúMERO DE OCTANO"

La segunda guerra mundial ha eXIgIdo la producción de cantidades enormes de nafta de aviación. El porvenir con sus perspectivas de gran desarrollo del transporte aéreo, a gran velocidad y con muchos pasajeros, exigirá sin duda cantidades aún mayores de esa nafta. ¿Qué es la nafta de aviación? Es una nafta liviana y refinada, que se adapta a las exigencias de los motores de aviación. Por este motivo, ha sido necesario un estudio cuidadoso del "cracking", que ha conducido a resultados sorprendentes. En un solo año de guerra, los Estados Unidos de Norteamérica produjeron 320 millones de "barrels" (1 "barrel" es aproximadamente igual a 120 litros) de nafta de "cracking" simple y 36 millones de "barreIs", de nafta de "cracking" catalítico.

¿Cuál es la exigencia especial más importante de una nafta de aviación? N o debe ser detonante. Expliquemos esto: cuando en el cilindro de un motor de explosión salta la chispa en la bujía, se enciende la mezcla de aire y combustible gasificado (formada en el carburador), previamente comprimida. Ahora bien: si la combustión se propaga de un modo no instantáneo desde la región en que se produce la chispa a toda la masa
gaseosa, el motor funciona bien; pero si la propagación es instantánea se tiene un efecto de detonación, perjudicial para el motor, y que va en detrimento de la velocidad del vehículo por él impulsado. La detonación se produce con más intensidad en los motores de "alta compresión". Como los motores de aviones son de alta compresión, es necesario que en ellos se usen naftas no detonantes. Como es natural, en los automóviles resulta también muy conveniente el uso de naftas no detonantes.

Para medir la detonancia de una nafta se usa el siguiente recurso: el heptano normal es el hidrocarburo más detonante entre los habituales. Se le asigna el número cero. En cambio el isoctano (isómero del octano normal), que se llama corrientemente "octano", es uno de los hidrocarburos de mejores propiedades antidetonantes. Se le asigna el número 100. El número de octano de una nafta es el que indica el porcentaje de octano en una mezcla de éste y heptano que posee las mismas características detonantes que la nafta en cuestión. Así que cuando decimos: una nafta con un número de octano 80, queremos decir que esa nafta tiene las mismas• características de detonancia que una mezcla de 80 % de octano y 20 % de heptano. Como se comprenderá fácilmente, el número de octano de una nafta depende de la com-posición de la misma. Se ha conseguido dirigir el "cracking" de modo tal que se obtienen hoy naftas con calidades antidetonantes superiores al octano mismo. Esto influirá decisivamente en el porvenir de la aviación.

Para corregir las detonancias de ciertas naftas, se les suele agregar en pequeñísima proporción unas sustancias llamadas antidetonantes, que actúan como catalizadores negativos del proceso de detonación. En efecto, en lugar de acelerar el proceso, como lo hacen los catalizadores que hasta aquí hemos considerado y que pueden llamarse positivos, lo retardan, motivo por el cual se llaman negativos.

 

NAFTAS SINTÉTICAS

En los comunicados del frente de la segunda guerra mundial eran frecuentes expresiones como éstas: "Un grupo de bombarderos atacó e incendió una refinería de nafta sintética". ¿Qué es la "nafta sintética"? Como sabemos, la nafta es una mezcla de hidrocarburos, esto es, de sustancias que tienen sólo C e H. Pues bien, si iogramos hidrogenar el carbono, podemos pensar en obtener nafta. En algunos países privados de fuentes naturales de petróleo, como Alemania, por ejemplo, se hizo durante la guerra la hidrogenación catalítica de la hulla y del lignito (forma menos pura de carbón fósil) con el objeto de obtener "naftas sintéticas". La hidrogenación se llama catalitica, pues se realiza haciendo pasar H2 gaseoso sobre el carbón fósil mezclado con un catalizador. No se puede decir aún lo que deparará el futuro de esta industria. Parla pronto es conveniente para los países que, careciendo de combustibles líquidos, poseen hulla.

 

LA JERGA DE LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO

Toda industria importante tiene su terminología propia, a veces poco precisa, no uniforme y de origen espurio, hasta el punto de constituir una jerga. Como ejemplos de la falta de precisión y uniformidad tenemos:
El petróleo suele llamarse "crudo" a secas. A veces recibe el nombre de "nafta". El keroseno suele llamarse "petróleo" a secas, "petróleo de iluminación" o kerosene. Lo que hemos designado con la palabra nafta, se llama también "gasolina" y hasta "bencina", siendo la bencina un producto de la destilación de la hulla. Las distintas fracciones suelen llamarse "aceites" livianos, medianos y pesados.
La palabra inglesa "oil" (aceite) se emplea en expresiones como "gas oil" y "fuel oil". La primera deriva del hecho de que ese producto se usó inicialmente para "carburar" el gas de agua usado para la iluminación ("gas oil" = aceite de gas). La expresión "fuel oil" significa aceite combustible.

Como podrá observarse, la terminología se presta a confusiones. En algunos casos, además de las citadas ("fuel oil" y "gas oil") se usan las expresiones inglesas "cracking" (traducida a veces por el término espurio "craqueado"); "topping", etc.
A esto debe agregarse la circunstancia de que en algunas destilaciones no se obtienen los "cortes" mencionados, sino fracciones de distintos límites de destilación. Aparecen así las "ligroínas", los "solventes", el "aguarrás mineral", etc.

ORIGEN DEL PETRÓLEO

Antes se discutía mucho acerca del origen del petróleo y había tres teorías rivales: la llamada del origen mineral, la del origen vegetal y la del origen animal. Hoy parece definitivamente establecido que el petróleo proviene de la descomposición de seres vivos muy pequeños que vivieron en lagunas en épocas geológicas remotas.

OTROS COMBUSTIBLES líQUIDOS

La posibilidad de un agotamiento a plazo más o menos corto de las reservas mundiales de petróleo, ha planteado el problema de encontrar otros combustibles líquidos. El que más posibilidades ofrece es el alcohol etílico o alcohol común. Presenta algunos inconvenientes para ser usado como combustible en motores de combustión interna. En primer lugar, la caloría producida por el alcohol resulta algo más cara que la de la nafta, debido a que su calor de combustión es menor que el de aquélla, y que es necesario tenerlo perfectamente anhidro (sin agua), lo cual supone una destilación especial que aumenta el predo de costo del alcohol.

Además, los motores que usan este combustible deben ser modificados. Se ha recurrido al expediente de usar como combustibles, con buenos resultados, mezclas de alcohol absoluto (anhidro) y nafta. Pero parece ser que la sustitución total está aún lejos de ser de una realización práctica.