Petróleo (página 2)

4. Extracción de petróleo

Ubicado un yacimiento, se perfora el terreno hasta llegar al mismo. Se monta una torre metálica de 40-50 metros de altura que sostendrá los equipos y el subsuelo se taladra con un trépano que cumple un doble movimiento: avance y rotación. Tanto el trépano como la barra que lo acciona tienen conductos internos para que circule una suspensión acuosa de bentonita, arcilla amarillenta de adhesividad apropiada. Esa suspensión enfría al trépano y arrastra el material desmenuzado hacia la superficie.

En su boca los pozos tiene 50 cm de diámetro pero éste es de menor a mayor profundidad. Antes se perforaba verticalmente pero ahora se trabaja en cualquier dirección usando barras articuladas. Estos dispositivos permiten "dirigir" el trépano, sorteando obstáculos. Así, en Comodoro Rivadavia, se extrae petróleo de yacimientos situados bajo la ciudad sin necesidad de erigir torres en el núcleo urbano.

En Mendoza hay pozos de 1 500 a 1 800 metros pero en Salta se ha necesitado 4 000 metros de profundidad. a medida que progresa la perforación se insertan caños de acero, adosados al terreno con cemento, para impedir desmoronamientos e infiltración de agua. En la proximidad del yacimiento escapan gases. Entonces se extreman las precauciones. En algunas oportunidades la gran presión de dichos gases origina la surgencia natural, espontánea y descontrolada, con riesgos de inflamación. Después el petróleo fluye lentamente siendo conducido a depósitos. Cuando la presión natural disminuye el petróleo se bombea mecánicamente.

El rendimiento promedio de los pozos argentinos no es alto, está comprendido entre 10 y 20 m3/día. En casos excepcionales se registran hasta 500 m3/día. Los países anglosajones valúan el volumen extraído en una unidad convencional: el barril. Un barril equivale a 36 galones, cada uno de ellos de 4,5 litros, de donde:

1 barril = 36 x 4,5 litros = 162 litros = 0,162 m3

Tratamiento y transporte del petróleo crudo

El petróleo extraído del pozo se denomina crudo. Como no se lo consume directamente, ya en el propio yacimiento sufre algunos tratamientos:

• Separación de gases: Cuatro gases, que están disueltos a presión en el crudo, se separan con facilidad.

El metano: CH4, y el etano: C2H6, componen el gas seco, así llamado porque no se licua por compresión. El gas seco se utiliza como combustible en el yacimiento o se inyecta en los gasoductos, mezclándolo con el gas natural.

Otros dos hidrocarburos, el propano: C3H8, y el butano: C4H10, constituyen el gas húmedo que se licua por compresión. El gas líquido se envasa en cilindros de acero de 42-45 kg., comercializados como "Supergás" y también en garrafas de 10-15 kg. La apertura de la válvula, que los recoloca a presión atmosférica, lo reconvierte en gas.

• Deshidratación: Decantado en grandes depósitos, el crudo elimina el agua emulsionada.

El crudo se envía de los yacimientos a las destilerías que, en nuestro país, están en los centros de consumo y no en la región productora. Se recurre a diversos medios:

• Por vía terrestre: vagones-tanque del ferrocarril o camiones con acoplado.
• Por vía marítima: buques petroleros, también llamados barcos cisterna o buques-tanque, con bodegas de gran capacidad. Japón ha botado petroleros gigantescos, "supertanques" con 400 metros de eslora, que acarrean hasta 500 000 m3.
• Mecánicamente el crudo se transporta por oleoductos de 30-60 cm de diámetro con estaciones en el trayecto para bombearlo, calentándolo para disminuir su viscosidad. Los poliductos se destinan al transporte alternativo de los diferentes subproductos.

Destilación primaria del petróleo crudo

En las destilerías se destila fraccionadamente al petróleo. Como está compuesto por más de 1 000 hidrocarburos, no se intenta la separación de cada uno de ellos. Es suficiente obtener fracciones, de composición y propiedades aproximadamente constantes, destilando entre dos temperaturas prefijadas. La operación requiere varias etapas; la primera de ellas es la destilación primaria, o topping.

El crudo se calienta a 350ºC y se envía a una torre de fraccionamiento, metálica y de 50 metros de altura, en cuyo interior hay numerosos "platos de burbujeo". Un plato de burbujeo es una chapa perforada, montada horizontalmente, habiendo en cada orificio un pequeño tubo con capuchón. De tal modo, los gases calientes que ascienden por dentro de la torre atraviesan al líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto dicho líquido desborda un plato cae al inmediato inferior.

La temperatura dentro de la torre de fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350ºC en su base, hasta menos de 100ºC en su cabeza. Como funciona continuamente, se prosigue la entrada de crudo caliente mientras que de platos ubicados a convenientes alturas se extraen diversas fracciones. Estas fracciones reciben nombres genéricos y responden a características bien definidas, pero su proporción relativa depende de la calidad del crudo destilado, de las dimensiones de la torre de fraccionamiento y de otros detalles técnicos.

De la cabeza de las torres emergen gases. Este "gas de destilería" recibe el mismo tratamiento que el de yacimiento y el gas seco se une al gas natural mientras que el licuado se expende como Supergás o en garrafas.

Las tres fracciones líquidas más importantes son, de arriba hacia abajo, es decir, de menor a mayor temperatura de destilación:

• Naftas: Estas fracciones son muy livianas (densidad = 0,75 g/ml) y de baja temperatura de destilación: menor de 175ºC. Están compuestas por hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono.
• Kerosenes: Los kerosenes destilan entre 175ºC y 275ºC, siendo de densidad mediana (densidad = 0,8 g/ml). Sus componentes son hidrocarburos de 12 18 átomos de carbono.

Gas oíl: El gas oíl es un líquido denso (0,9 g/ml) y aceitoso, que destila entre 275ºC y 325ºC. Queda un residuo que no destila: el fuel oíl, que se extrae de la base de la torre. Es un líquido negro y viscoso de excelente podercalorífico: 10 000 cal/g. Una alternativa es utilizarlo como combustible en usinas termoeléctricas, barcos, fábricas de cemento y de vidrio, etc. La otra, es someterlo a una segunda destilación fraccionada: la destilación conservativa, o destilación al vacío, que se practica a presión muy reducida, del orden de pocos milímetros de mercurio. Con torres de fraccionamiento similares a las descriptas se separan nuevas fracciones que, en este caso, resultan ser aceites lubricantes, livianos, medios y pesados, según su densidad y temperaturas de destilación. El residuo final es asfalto, imposible de fraccionar. En la Argentina se dispone de casi un millón de metros cúbicos anuales de asfalto, utilizado para pavimentación e impermeabilización de techos y cañerías.

Destilación secundaria, o cracking

Los petróleos argentinos, en general, producen poca cantidad de naftas. El porcentaje promedio respecto del crudo destilado es del 10%. Para aumentarlo se emplea un tercer procedimiento: la destilación secundaria, destilación destructiva o cracking. Las fracciones "pesadas" como el gas oil y el fuel oil se calientan a 500ºC, a presiones del orden de 500 atm, en presencia de sustancias auxiliares: catalizadores, que coadyuvan en el proceso. De allí que se mencione el "cracking catalítico". En esas condiciones la molécula de los hidrocarburos con muchos átomos de carbono se rompe formando hidrocarburos más "livianos", esto es, de menor número de átomos de carbono en su molécula. La siguiente ecuación ilustra el hecho acaecido:

C18H36 = C8H16 + C8H18 + CH4 + C

La ruptura de la molécula de 18 átomos de carbono origina nuevos hidrocarburos, dos de ellos de 8 átomos de carbono cada uno, iguales a los que componen las naftas. Otro hidrocarburo formado es el metano: CH4. Y queda un residuo carbonoso: el coque de petróleo.

Las fracciones obtenidas mediante el cracking se envían a torres de fraccionamiento para separar:

• gases,
• naftas y eventualmente kerosene,
• y residuos incorporables a nuevas porciones de gas oíl y de fuel oíl.

Gracias al cracking se eleva el rendimiento de las naftas hasta el 40-50%.

5. Naftas

Las fracciones obtenidas en las destilaciones son refinadas sufriendo tratamientos físicos y químicos que ajustan su composición, eliminan componentes perjudiciales y mejoran las características técnicas de cada subproducto. Así, por ejemplo, la refinación de naftas consiste en:

• Redestilaciones para separar variedades de distinta densidad y temperatura de destilación, relacionada con la volatilidad.
• Tratamiento con ácido sulfúrico y subsiguiente neutralización con soluciones alcalinas.
• Filtración a través de arcillas absorbentes.

Uno de los objetivos de la refinación es liberar a la nafta de compuestos de azufre, que comunican mal olor y producen gases corrosivos. Otro es evitar que se depositen "gomas" semisólidas originadas por la acción del aire y la luz sobre algunos hidrocarburos, que obturan filtros y carburadores.

En nuestro país se elaboran dos tipos de nafta para automotores: nafta común y nafta especial. La diferencia reside en la antidetonancia, propiedad vinculada con el funcionamiento de los motores a explosión.

Estos motores cumplen un ciclo de cuatro etapas sucesivas:

• Admisión: El carburador suministra una mezcla de vapores de nafta y de aire con las proporciones exactas para su combustión total. Esta mezcla penetra en los cilindros del motor.
• Compresión: El pistón comprime la mezcla combustible.
• Explosión: En el momento de máxima compresión la bujía, conectada a un sistema eléctrico sincronizado, hace estallar una chispa que inicia la combustión.
• Expulsión: Los gases de la combustión provocan el retroceso del pistón y salen por el escape. El cilindro queda en condiciones para reiniciar el ciclo.

Una nafta "detona" cuando su combustión es prematura y comienza durante el período de compresión, antes de que el pistón complete su recorrido. El conductor percibe un "golpeteo" porque, frenado el movimiento del pistón, el motor vibra innecesariamente. Este defecto se agudiza en motores de alta compresión alimentados con nafta común: se rebajan su potencia y su velocidad.

La detonación por sola compresión se vincula con la estructura molecular de los hidrocarburos presentes en las naftas. Dos de ellos interesan particularmente:

El heptano: C7H16, tiene 7 átomos de carbono alineados, uno a continuación de otro. Es muy detonante y explota fácilmente por compresión.

Y el isooctano: C8H18, sus 8 átomos de carbono forman una cadena corta, con ramificaciones laterales. No explota por compresión y, por consiguiente, es antidetonante.

Se mide la antidetonancia con una escala convencional: los grados octanos. Al heptano puro se le asigna antidetonancia nula: 0 grados octano. Mientras que el mayor valor de la escala: 100 grados octano, corresponde al isooctano, buen antidetonante. El porcentaje de isooctano en una mezcla de ambos hidrocarburos expresa los grados octano de la misma.

Las naftas comunes tienen 80-82 grados octano. Las naftas especiales elevan su antidetonancia a 90-92 grados octano. Las aeronaftas, de composición química ligeramente distinta de las comunes, alcanzan los 120-130 grados octano. El octanaje se mejora sensiblemente con el agregado de plomo-tetra-etilo. Una ínfima cantidad de este aditivo: 0,03%, transforma una nafta común en nafta especial. Ofrece, sin embargo, un inconveniente: se deposita plomo metálico dentro del cilindro. Para obviar este problema, se incorpora un segundo aditivo: dibromo-etileno, encargado de convertir al plomo en bromuro de plomo, sustancia volátil que sale del cilindro disuelta en los gases de combustión. Los automotores contribuyen notablemente a la contaminación ambiental:

• evaporan naftas de los depósitos y de los derrames, durante cargas y descargas;
• los gases expulsados, cuando la combustión es incompleta, contienen monóxido de carbono, gas tóxico,

Éter de petróleo, solvente nafta y "bencina" son variedades de naftas consumidas en la industria y en tintorerías, por su poder disolvente. En particular, disuelven bien aceites y grasas, tanto comestibles como lubricantes, y cacho.

Otros subproductos del petróleo

Con la refinación de kerosenes se logra que quemen sin humo y sin olor, siendo aptos para cocinas, estufas y faroles. Se reduce convenientemente su volatilidad para que inflamen después de ser calentados. La temperatura de inflamación ha sido reglamentada y siempre será mayor de 40ºC. Algunas variedades son consumidas por aviones a reacción y tractores agrícolas.

El gas oíl es utilizado en los motores DIESEL, o de combustión interna. El fuel oíl, por su parte, es el combustible "pesado" de la industria: usinas termoeléctricas y fábricas. Su poder calorífico es muy alto: 10 000-11 000 cal/g. Anualmente son despachados en el país 12 millones de m3 de fuel oíl y 6 millones de m3 de gas oíl.

Los aceites lubricantes interponen una delgadísima capa líquida entre dos superficies metálicas en movimiento atenuando el desgaste por frotamiento. Su refinación es complicada debido a la diversidad de calidades preparadas que se identifican mediante el número SAE (sigla tomada de Society of Automotive Engineers). Este número, que varía de 10 en 10, desde 10 a 250, se establece según la densidad, la viscosidad, las temperaturas de inflamación y de congelación y otras propiedades físicas y químicas. El motor de automóvil requiere aceite de 40 SAE. Para engranajes de maquinarias se usará de 80 SAE, más denso y más viscoso.

Las grasas lubricantes son semisólidas. Se preparan empastando aceites lubricantes con jabones, resina, glicerina, grafito, etcétera.

Todos los aceites lubricantes son desparafinados durante su refinación. Para ello se enfrían a -30ºC, filtrando después. Se separa la parafina, semisólida y de bajo punto de fusión. Es empleada en fósforos, velas, cartón impermeabilizado, aislante eléctrico y otros usos menores. La vaselina es semejante pero blanda y untuosa al tacto.

6. Producción mundial y argentina de petróleo

De acuerdo con las reservas conocidas y el ritmo de extracción, los expertos predicen que hacia el 2030 se agotaría el petróleo natural. Un primer síntoma de la crisis energética se manifestó en 1973 cuando la Organización de Países Exportadores de Petróleo -O.P.E.P.- decidió regularla producción y cuadriplicar el precio en el término de un año, conmoviendo la economía mundial. Numerosas son las propuestas para encarar la situación:

• Intensificar la búsqueda de yacimientos, no descartando ni la Antártida ni el lecho de los mares.
• Reactivar con mejores técnicas los pozos cerrados por bajo rendimiento.
• Racionalizar el consumo, retornando al carbón en instalaciones fijas y sustituyendo hidrocarburos gaseosos por hidrógeno y monóxido de carbono.
• Incrementar la explotación de la energía hidroeléctrica y acelerar los estudios referidos a energía solar, energía geotérmica y energía derivada de las mareas, por tratarse de fuentes renovables.
• Renovar la elaboración de nafta sintética, intentada durante la segunda Guerra mundial.

Entre tanto, la producción se ha estabilizado en los 3100 millones de metros cúbicos anuales. La ex-Unión Soviética, con el 20% de dicho total, y los EE.UU., con otro 15%, encabezan la nómina de productores. Pero este último país necesita de la importación para satisfacer sus necesidades. El tercer productor, Arabia Saudita, aunque sólo extrae un 10%, es el mayor exportador mundial, dado su pequeño consumo interno. Una situación semejante se observa en sus vecinos del Medio Oriente: Irán, Irak, Kuwait y los emiratos árabes.

La Argentina extrae anualmente alrededor de 30 millones de m3 de petróleo. No es gran producción puesto que no llega al 1% del total mundial pero ha bastado para el autoabastecimiento. Desde 1984 no se importan crudos y se registra una incipiente exportación de fuel oíl y otros derivados. El factor decisivo para este logro ha sido la suplantación de combustibles líquidos por gas natural.

Desde fines del siglo pasado se tenía conocimiento de la existencia de petróleo en el subsuelo argentino. Incipientes trabajos en Mendoza y Salta fracasaron. En 1907, mientras se buscaba agua potable para Comodoro Rivadavia (Chubut), surgió accidentalmente petróleo. Subsiguientemente se descubrieron otras cuencas obligando a la creación de una repartición estatal: Yacimientos Petrolíferos Fiscales (YPF).

En la Actualidad, con 60 000 técnicos, empleados y obreros, se ha convertido en la primera industria nacional de índole no agropecuaria. Entre las múltiples funciones que desempeña figuran:

• La exploración sistemática del territorio.
• La extracción, transporte y almacenamiento, construyendo oleoductos y poliductos y administrando una flota petrolera de 500 000 tn de capacidad.
• La obtención y distribución de subproductos.
• La investigación científica contando con un gran laboratorio en Florencio Varela (Buenos Aires).
• Las negociaciones y el control de empresas privadas, nacionales y extranjeras, que extraen y destilan petróleo para sí o para YPF. La participación privada abarca el 30% de la producción y ha sido regida por diferentes legislaciones.
• La promoción social, económica y cultural de las áreas bajo su dependencia. Un índice elocuente es la transformación de Comodoro Rivadavia (Chubut), un caserío insignificante en 1907, en una progresista ciudad de 100 000 habitantes el día de hoy.
• En su oportunidad inició la extracción de carbón en Río Turbio (Santa Cruz) y se encargó del gas natural.

Las cuencas petrolíferas actuales son cinco:

1. Cuenca patagónica: Se extiende alrededor de Comodoro Rivadavia (Chubut) y comprende Pico Truncado y Cañadón Seco, en el norte de Santa Cruz. Produce el 45% del total.
2. Cuenca mendocina: Principalmente en Barrancas y La Ventana pues el distrito inicial: Tupungato, esta casi agotado. Aporta el 25% del total pero con los yacimientos de Malargüe supera dicho porcentaje. Como provincia, Mendoza, es la primera productora del país.
3. Cuenca neuquina: El 20% se reparte entre Plaza Huincul (Neuquén) y en otra zona más al norte, que llega a Catriel (Río Negro) y Medanito (La Pampa).
4. Cuenca salteña: Promisorios hace treinta años, Tartagal, Madrejones y Campo Durán se han estancado y Caimancito (Jujuy) está en vías de extinción.
5. Cuenca austral: Situada a ambas márgenes del estrecho de Magallanes: El Cóndor y Cerro Redondo, en Santa Cruz, y la bahía de San Sebastián, en Tierra del Fuego y probablemente en las inmediaciones de las islas Malvinas.

Las reservas cubicadas se estiman en 500 millones de metros cúbicos, suficientes para los próximos 15 años. Pero el futuro no es desalentador puesto que:

• todavía no se ha revelado íntegramente el territorio continental,
• y la plataforma submarina del Atlántico Sur y, eventualmente, de la Antártida podrían contener 20 000 millones de m3.

7. Naftas sintéticas y carburantes

Resolver la escasez de combustibles líquidos no es novedad. Desde la década del '30 se estudió la posibilidad de fabricar naftas "artificialmente" por medio de la síntesis, combinando carbono e hidrógeno. Se perfeccionaron métodos que parten de carbón y lignito dispersados en alquitranes de hulla. Bajo el efecto de altas temperaturas, grandes presiones y en presencia de catalizadores, se obtienen productos que, destilados fraccionadamente, dan naftas, gas oíl y aceites lubricantes. Alemania aplicó masivamente estos procedimientos durante la segunda Guerra mundial, siendo después abandonados por razones económicas: el costo de la nafta sintética es varias veces mayor que el de la nafta natural. El progresivo encarecimiento de esta última ha hecho renacer las perspectivas de esta industria.

Otra experiencia, ya ensayada anteriormente, que ha sido propuesta en Tucumán. Para aumentar el volumen de nafta se le adiciona hasta un 10% de alcohol absoluto, libre de agua. El contenido de alcohol y el grado de humedad son esenciales en estas "mezclas carburantes" pues, sobrepasando cierto límite, el combustible líquido se segrega en dos capas distintas. Desde luego, para que este carburante sea redituable debe producirse alcohol abundante y barato, gracias a la fermentación de melazas azucareras.

Preguntas adicionales:

1) ¿Qué entiende por refinación de petróleo?

Se entiende por refinación de petróleo a los tratamientos físicos y químicos que ajustan su composición, eliminan componentes perjudiciales y mejoran las características de los subproductos. En la nafta, por ejemplo, se utiliza la refinación para liberarla de compuestos de azufre, que comunican mal olor y producen gases corrosivos; también se la utiliza para evitar que depositen "gomas" semisólidas originadas por la

acción del aire y la luz sobre algunos hidrocarburos, que obturan filtros y carburadores.

2) Confeccione una tabla en la que figure el nombre de las distintas fracciones, el intervalo de ebullición, el número de carbonos de los hidrocarburos que los constituye y sus aplicaciones.

3) Explique en que consiste el craqueo térmico y catalítico

Este es un proceso por el cual fracciones pesadas como el gas oíl y el fuel oíl se calientan a 500ºC, a presiones del orden de 500 atm, en presencia de sustancias auxiliares llamadas catalizadores. Esto se utiliza para romper los hidrocarburos del gas oíl y del fuel oíl y formar hidrocarburos más livianos para obtener naftas, gases y kerosenes.

4) ¿Qué significa que el índice de octano es de 85?

Esto significa que la antidetonancia de la nafta es de 85. Esto se da al haber un 85% de isooctano y un 15% de heptano en la mezcla de la nafta.

5) ¿Qué compuesto se agrega para aumentar el octanaje en una nafta?

Para aumentar el octanaje de una nafta se le puede agregar plomo-tetra-etilo, aunque con inconvenientes: se deposita plomo metálico dentro del cilindro. Para solucionar este problema se incorpora dibromo-etileno, el cual convierte al plomo en bromuro de plomo, sustancia que sale junto con los gases de combustión. Esta sustancia es tóxica.

6) ¿Qué es la industria petroquímica?

La industria petroquímica es la que se basa en la transformación química de productos del petróleo, dada la gran diversidad e importancia de las materias primas que de ellas se obtienen para otras industrias.

7) ¿En qué consiste el proceso "Fisher Tops"?

El proceso, conocido como TOPS ( basado en la Oxidación Térmica y Gasificación de Residuos) es un método puntero en la reducción de residuos médicos, industriales y municipales desde su forma original de depósito hasta conseguir un pequeño volumen (aproximadamente un 5%) de metales reciclables y aluminio, vidrio y cenizas finas e inertes. Ello representa una reducción de volumen del orden del 95%, y en la mayoría de aplicaciones, donde se produce el reciclado de vidrio, metales y cenizas, no necesitará enviar nada al vertedero. El sistema TOPS no necesita separación previa de los residuos entrantes. Los residuos municipales, neumáticos de coches y camiones, aceites, residuos médicos, papeles industriales y plásticos etc. pueden depositarse directamente en el sistema.

Las emisiones a la atmósfera producidas por el proceso, han sido repetidamente comprobadas en un amplio espectro de parámetros desde 1988. Los resultados han sido extraordinarios: Las Partículas en suspensión, Monóxido de Carbono, Óxidos nitrosos Azufre y otras emisiones químicas, han resultado mucho menores que los nuevos y restrictivos requerimientos de la Unión Europea referentes a la calidad del aire. Prácticamente no existen emisiones de metales pesados.

El sistema TOPS reduce cualquier tipo de residuos incluyendo:

• Residuos médicos/Residuos Patógenos
• Residuos sólidos municipales.
• Neumáticos · Restos de embalajes.
• Polipropileno contaminado por aceites y absorbentes naturales.
• Filtros diesel de embarcaciones, vehículos y locomotoras.
• Residuos Industriales.
• Papel y Pulpa.
• Polímeros de Caucho.
• Residuos de Pinturas.
• Traviesas de Ferrocarril
• Tuberías de PVC.

Al final del proceso solamente queda una ceniza fina e inerte, metales, vidrio, polvo y gravillas. Estos materiales serán separados y reciclados después del proceso.

Es importante tener en cuenta que no se trata de una "tecnología experimental". El sistema TOPS ha estado bajo investigaciones científicas y ha sido desarrollado por parte de sus descubridores durante más de diez años, y probado mediante evaluación de laboratorios científicos al igual que experimentado comercial e industrialmente desde 1992.

Autor:

Aciar Matías