Petróleo y carbón
consultar apunte Ing. Serrano
El petróleo en nuestro país está formado por
hidrocarburos alifáticos saturados,
y por pequeñas cantidades de hidrocarburos aromáticos.
Todos los hidrocarburos contienen C e H,
unidos entre sí por enlace covalente.
En el caso de los alifáticos saturados, entre C y C hay simples enlaces, de tal forma que
pueden experimentar reacciones de sustitución pero no de adición.
Los hidrocarburos aromáticos tienen como base al anillo bencénico, de 6 C y
alternando simples y dobles enlaces. Sin embargo, como los e- estan deslocalizados en
el anillo, su reactividad es baja.
Nomenclatura, isómeros de posición, de cadena
procesamiento
El petróleo se originó a partir de restos vegetales y animales que vivieron hace
centenares de millones de años. Al quedar sepultados (sin O2), por acción de T, P y
microorganismos anaerobios, se descompusieron y formaron petróleo.
La destilación consiste en separar distintas fracciones en función de la temperatura de
ebullición.
La destilación fraccionada separa esencias,kerosene, gas oil y fuel oil.
La primera destilación o topping (a Patmosférica) separa:
En cada plato,
La fase gaseosa
y la líquida
entran en
contacto. Si el
vapor
condensa,
desciende al
plato inferior, y
si continúa en
estado
gaseoso,
asciende a uno
superior.
El cracking consiste en la transformación de moléculas más pesadas en otras más livianas, por
acción de la presión y del calor, con ayuda de catalizadores: alúmina clorada (soporte), platino
(para hidrogenación y deshidrogenación), y cloro (para isomerización).
El craqueo produce una reconstrucción molecular con segregación de carbono, que se deposita
como COQUE.
Se craquea el gas oil a 45 atm y 450 ºC, obteniéndose naftas livianas.
El .coque producido se usa para la fabricación de electrodos (para uso en metalurgia, p.ej.)
Si los residuos de la destilación están formados por hidrocarburos de más de 20 C, y se necesita nafta
( de 5 a 9 C), se pueden romper (cracking) esas moléculas grandes para transformarlas en nafta.
En el cracking se calienta el fuel oil hasta 450º a 500ºC, entre 2 y 3 atm, en presencia de catalizadores
(sólidos refractarios finamente divididos) que aumentan la velocidad de reacción. Después del
cracking, la nueva mezcla se vuelve a destilar y se obtiene:
vapor de nafta de alta calidad e hidrocarburos gaseosos, por la parte superior
gasoil catalítico liviano, por el medio
gasoil catalíltico pesado, por la parte inferior
coque como residuo, que cubre la superficie de los catalizadores.
Propiedades físicas del petróleo ¿porqué no se apaga con agua?
PUNTO DE INFLAMACIÓN: temperatura a la cual el petróleo emite vapores capaces de explotar al acercar una llama.
La temperatura de inflamabilidad indica el peligro en su manipulación.
PUNTO DE COMBUSTIÓN: temperatura a la cual el petróleo se enciende y se quema en toda su superficie.
Generalmente es entre 20º y 60ºC mayor que la temperatura de inflamación.
PODER CALORÍFICO: Cantidad de calor, expresada en kilocalorías, que desprende al combustionar 1 kg de petróleo.
Se determina experimentalmente usando una bomba calorimétrica, su valor oscila alrededor de 11.000 kcal/kg.
nafta
De C5 a C11
Combustión en los motores a partir de una chispa eléctrica. Si se produce a destiempo,
produce detonaciones (pistoneo).
Los hidrocarburos isoparafínicos y aromáticos tienen mayor poder antidetonante que sus
homólogos parafínicos. A mayor ramificación, mayor poder antidetonante
Capacidad antidetonante= nº de octano. Cero corresponde al heptano lineal y 100 al
isooctano (2,2,4 trimetil pentano, isómero de cadena del octano)
Ej: nafta de octanaje 90 se comporta dentro de un motor igual que la mezcla de 90% de
isooctano y 10% de n-heptano.
.
Combustibles gaseosos
Pueden clasificarse en naturales ( gas natural, gas licuado) y artificiales ( gas de hulla, gas de agua, acetileno,
hidrógeno)
El gas natural proviene de los yacimientos de petróleo, se encuentra por encima del petróleo por su menor
densidad. También se encuentra sólo en cuencas gasíferas. Está formado en más del 95% por metano, el resto es
etano , CO2, N2.
Su poder calorífico es aproximadamente 10.000 kcal/m3. Se transporta por gasoductos, luego red de distribución
domiciliaria. También se utiliza como GNC , combustible que tiene entre 120-130 octanos.
Donde no llegan los gasoductos, la distribución se hace como gas licuado, gas de garrafa o GLP (gas licuado a
presión). Está formado por propano y butano en distintas proporciones, de poder calorífico entre 20.000 y 25.000
kcal/m3.
El gas de hulla se obtiene por destilación del carbón de hulla en ausencia de aire, está formado por H2, metano, y
trazas de CO2, N2, CO y O2. De poder calorífico 4.600 kcal/m3.
El gas de agua se obtiene por reacción entre vapor de agua y carbón incandescente, a 1000 ºC
C + H2O  CO + H2, su composición es 50% de H2, 36% de CO y el resto N2, CO2, metano.
Su poder calorífico es 2.500 kcal/m3.
carbón
El carbón aporta casi el 40% de la energía consumida mundialmente.
En la actualidad se explotan 4 clases de carbón natural (los carbones más antiguos tienenmayor contenido de carbono)
:
carbón
% de C
Poder calorífico kcal/kg
antracita
95%
7300-8000
Hulla
80-95%
6500-7300
Lignito
60-80%
3400-6400
turba
60%
3400-3100
Artificialmente puede obtenerse
Coque: es el residuo sólido que se obtiene cuando se destila en seco, y en ausencia de aire, la hulla.
Carbón de leña: por destilación seca, y sin aire, de la leña. Contiene entre 95 y 98% de C y se lo utiliza como
agente reductor en metalurgia.
Carbón animal: se obtiene por destilación seca, y sin aire, de huesos. Se lo usa como decolorante en varias
industrias químicas por su poder de adsorción.
Negro de humo: por combustión del gas natural con defecto de oxígeno, constituye el hollín depositado.
Tiene 98% de C, se usa para tintas de impresión, pinturas, esmaltes, y en la industria del caucho.
polímeros
Reacciones de polimerización: a
Partir de uno o más tipos de
monómeros, se obtiene un
Polímero.
Adición (a partir de alquenos)
C= C 
-C- C-
Condensación
Reacción que generalmente
Libera agua
R1-OH + R2-H R1-R2 + H2O
Caucho:
El caucho natural proviene del árbol del caucho (Hevea brasiliensis). Sin tratamiento, es
rígido y frágil a bajas temperaturas y pegajoso a altas temperaturas.
Goodyear descubrió que al calentar caucho con azufre (vulcanización) las cadenas de
polímeros se estabilizan, siendo menos sensibles a los cambios de temperatura.
A partir de 1927, se desarrollaron los cauchos sintéticos:
En 1931, Dupont produce el neopreno.
A partir de la 2da Guerra, aparecieron las poliamidas como fuente de fibras textiles, los
poliésteres, y varios tipos de caucho sintéticos.
De los elastómeros sintéticos, el que compite con el caucho para la fabricación de
neumáticos es SBR, un copolímero de butadieno (75%) y estireno (25%).
Plásticos:
Hoy en día, la materia prima de los plásticos son los hidrocarburos obtenidos del petróleo,
del gas y del carbón.
El primer plástico sintetizado fue el celuloide, a partir de celulosa, alcanfor y etanol.
También, a partir de la celulosa, se obtuvo rayón.
La baquelita, a partir del fenol y metanal.
En orden histórico, se sintetizaron polietileno, poliestireno, nailon, orlón, PVC, teflón,
polipropileno, PET.
¿Destino final del plástico?
Los plásticos son livianos y baratos. Con 42 g de plástico se envasa
1 lt de líquido. Pero como son bastante inertes, no se degradan cuando
los desechamos.
OPCIONES
reciclado mecánico
Reciclado químico
Consiste en transformar los polímeros en monómeros, para ser reutilizados
Los poliuretanos son muy usados en pinturas sintéticas, adhesivos, y sobre todo espumas
(almohadas, colchones, aislantes acústicos). Pero su combustión genera compuestos
cianhídricos, letales para los seres humanos.
Sin embargo, muchos plásticos sí pueden quemarse para obtener energía:
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