La palabra petróleo (del latín petro: piedra,
oleum: aceite) significa ACEITE DE PIEDRA. El petróleo es un líquido oleoso
bituminoso (los materiales bituminosos
son sustancias de color negro, sólidas o viscosas, dúctiles que se ablandan por
el calor) de origen
natural, inflamable, cuyo color varía de incoloro a negro, y consiste en una
mezcla completa de hidrocarburos con pequeñas cantidades de otros compuestos.
También recibe los nombres de petróleo crudo, crudo petrolífero o simplemente
“crudo”. En la industria petrolera, la palabra "crudo" se refiere al
petróleo en su forma natural no refinado, tal como sale de la tierra. Este
petróleo crudo es una mezcla de gran variedad de aceites minerales, llamados
"hidrocarburos", pues sus moléculas están formadas por hidrógeno y
carbono, excepto cuando hay contaminación de azufre y otras impurezas
indeseables. Esta variedad de hidrocarburos forma una serie que va desde el
asfalto grueso y pesado, o cera sólida a temperaturas ordinarias, hasta los
aceites muy volátiles, tales como los que se encuentran en la gasolina, y técnicamente
incluye también hidrocarburos gaseosos; bajo presiones suficientemente altas
(como en el caso del gas propano encerrado en balones de gas doméstico). Estos
gases son también líquidos, y bajo las presiones extremadamente altas que son
creadas por la naturaleza en el subsuelo, todos estos hidrocarburos se
encuentran generalmente presentes al principio en forma de petróleo crudo
líquido.
La proporción de los diferentes hidrocarburos que
integran el petróleo crudo varía en cada yacimiento, de lo que resulta la
existencia de petróleos crudos que varían desde un líquido opaco, negro y
grueso, tan pesado como el agua y que contiene muy poco, o nada de los
hidrocarburos que se usan como gasolina, hasta aquellos crudos que pueden
contener 40% o más de esos componentes de la gasolina, de color claro y
transparente y con tres cuartos del peso del agua; en casos extremos, un
yacimiento puede producir solamente hidrocarburos que se convierten en gases al
salir a la presión de la superficie.
Aunque el crudo es solamente una simple mezcla de
tal variedad de hidrocarburos, estos componentes no se separan por si solos,
sino que hay que separarlos por medio de calor gradual, que hace evaporar
primero los hidrocarburos livianos y luego, los más pesados; asimismo se puede
calentar el crudo hasta convertirlo en gas y luego enfriarlo progresivamente,
en cuyo caso los hidrocarburos pesados serán los primeros en convertirse en
líquidos, luego los menos pesados, y así sucesivamente. Este último principio
es la base principal en la refinación.
El petróleo se encuentra en grandes cantidades bajo
la superficie terrestre y se emplea como combustible y materia prima para la
industria química. El petróleo y sus derivados se emplean para fabricar
medicinas, fertilizantes, productos alimenticios, objetos de plástico,
materiales de construcción, pinturas o textiles y para generar electricidad. Es
el más útil y abundante de los combustibles descubiertos por el hombre en la
corteza terrestre. El petróleo puede estar en estado líquido o en estado
gaseoso. En el primer caso es un aceite y en el segundo es conocido como gas
natural. Según la teoría más aceptada, el origen del petróleo y del gas natural
es de tipo orgánico y sedimentario.
El petróleo se forma bajo la superficie terrestre
por la descomposición de organismos marinos. Los restos de animales minúsculos
que viven en el mar se mezclan con las arenas y limos que caen al fondo en las
cuencas marinas tranquilas. Estos depósitos, ricos en materiales orgánicos, se
convierten en rocas generadoras de crudo. El proceso comenzó hace muchos
millones de años, cuando surgieron los organismos vivos en grandes cantidades,
y continúa hasta el presente. Los sedimentos se van haciendo más espesos y se
hunden en el suelo marino bajo su propio peso. A medida que van acumulándose
depósitos adicionales, la presión sobre los situados más abajo se multiplica
por varios miles, y la temperatura aumenta en varios cientos de grados. El
cieno y la arena se endurecen y se convierten en esquistos y arenisca; los
carbonatos precipitados y los restos de caparazones se convierten en caliza, y
los tejidos blandos de los organismos muertos se transforman en petróleo y gas
natural.
Una vez formado el petróleo, éste fluye hacia
arriba a través de la corteza terrestre porque su densidad es menor que la de
las salmueras que saturan los intersticios de los esquistos, arenas y rocas de
carbonato que constituyen dicha corteza. El petróleo y el gas natural ascienden
a través de los poros microscópicos de los sedimentos situados por encima. Con
frecuencia acaban encontrando un esquisto impermeable o una capa de roca densa:
el petróleo queda atrapado, formando un depósito. Sin embargo, una parte significativa
del petróleo no se topa con rocas impermeables sino que brota en la superficie
terrestre o en el fondo del océano. Entre los depósitos superficiales también
figuran los lagos bituminosos y las filtraciones de gas natural.
ORIGEN DEL PETRÓLEO
El origen del petróleo es todavía tema de debate
entre los científicos. Si bien la hipótesis más aceptada es la que le atribuye
un origen orgánico, hay otras opciones para explicar su origen.
Hipótesis inorgánica (de Mendelejeff)
Esta hipótesis sostiene que el petróleo se originó
por la acción del agua sobre acetiluros metálicos con producción de metano y
acetileno. La presión y la temperatura originaron luego otras reacciones y
polimerizaciones formando los otros componentes del petróleo. Diversas
informaciones de origen geológico (en los yacimientos de petróleo se han
hallado siempre restos fósiles de animales y vegetales) han hecho que esta
teoría fuera casi abandonada.
Hipótesis orgánica-vegetal (de Kramer) y orgánica
animal (de Engler)
Según estas teorías, el petróleo se formó por
descomposición lenta a presión elevada y al abrigo de grandes depósitos de
algas marinas (hipótesis vegetal) o de restos de pequeños animales (hipótesis
animal) ayudados por el calor que esa gran presión originó. La teoría se basa
en que durante la era terciaria, en el fondo de los mares se acumularon restos
de peces, invertebrados y de algas, quedando sepultados por la arena y las
arcillas sedimentadas. Las descomposiciones, provocadas por microorganismos,
acentuadas por altas presiones y elevadas temperaturas posteriores, dieron
origen a hidrocarburos. Al comenzar la era cuaternaria los movimientos orgánicos
convulsionaron la corteza terrestre y configuraron nuevas montañas, la
cordillera de los andes entre ellas. Los estratos sedimentarios se plegaron y
el petróleo migró a través de las rocas porosas, como las areniscas, hasta ser
detenido por anticlinales (pliegues con forma de A) y por fallas que
interrumpieron la continuidad de los estratos. El petróleo ocupa los
intersticios de rocas sedimentarias muy porosas, acompañado habitualmente de
gas natural y de agua salada.
LOCALIZACIÓN DE YACIMIENTOS
Los
lugares donde hay petróleo están generalmente situados a distancia de las zonas
de consumo. Las tres zonas con mayor producción mundial son Oriente Medio, la
antigua URSS y EEUU, que producen el 70% del crudo en el mundo.
+
Oriente Medio: Es el primer productor mundial de petróleo, con más del 30% de
la producción. En la zona se dan condiciones óptimas para la explotación, por
la abundancia de anticlinales, fallas y domos salinos que crean grandes
bolsadas de petróleo, además su situación costera y en pleno desierto, facilita
la construcción de pipe-lines (oleoductos que pueden ir perfectamente en línea
recta durante miles de kilómetros), y puertos para desalojar el crudo. Arabia
Saudita es el país de mayor producción en esta zona, con el 26% de la producción
total.
+
EEUU: Aunque tiene una producción muy alta, no es suficiente para satisfacer su
consumo interno, por lo que se ve obligado a importar. La zona de los Apalaches
fue la primera en ser explotada y actualmente ya casi no queda petróleo, por lo
que ahora las explotaciones se centran en las zonas de California, Kansas,
Oklahoma, costa del Golfo de México, Texas, Luisiana y la zona central de las
Rocosas.
+
Antigua URSS: Comenzó a producir petróleo en 1870. Actualmente los países que
la formaban extraen suficiente crudo como para cubrir sus necesidades, e
incluso para exportar. Los yacimientos más importantes se encuentran en el
Cáucaso, Asia central, entre el Volga y los Urales, Siberia y Sajalin.
+ China:
A pesar de que empezó a extraer su petróleo hace muy poco tiempo (en 1952),
consiguió desde 1970 el suficiente como para autoabastecerse y exportar en
pequeñas cantidades. Los yacimientos están muy alejados de los centros de
consumo y de los puertos.
+
Venezuela: Comenzó su explotación de crudo en 1914 a manos de la compañía
Shell. Fue uno de los países más importantes hasta 1960 cuando fue superado por
la antigua URSS y Oriente Medio. Sus yacimientos más importantes se emplazan en
la zona del Orinoco.
PERFORACIÓN
El petróleo se halla a gran profundidad,
generalmente a 3000 o 4000 metros, aunque existen pozos de 5000 o 6000 metros
de profundidad. De acuerdo con la profundidad proyectada del pozo, las formaciones
que se van a atravesar y las condiciones propias del subsuelo, se selecciona el
equipo de perforación más indicado.
La mayoría de los pozos petroleros se perforan con
el método rotatorio. En este tipo de perforación rotatoria, una torre sostiene
la cadena de perforación, formada por una serie de tubos acoplados. La cadena
se hace girar uniéndola al banco giratorio situado en el suelo de la torre. La
broca de perforación situada al final de la cadena suele estar formada por tres
ruedas cónicas con dientes de acero endurecido. La broca se lleva a la
superficie por un sistema continuo de fluido circulante impulsado por una
bomba.
El crudo atrapado en un yacimiento se encuentra
bajo presión; si no estuviera atrapado por rocas impermeables habría seguido
ascendiendo debido a su flotabilidad, hasta brotar en la superficie terrestre.
Por ello, cuando se perfora un pozo que llega hasta una acumulación de petróleo
a presión, el petróleo se expande hacia la zona de baja presión creada por el
pozo en comunicación con la superficie terrestre. Sin embargo, a medida que el
pozo se llena de líquido aparece una presión contraria sobre el depósito, y
pronto se detendría el flujo de líquido adicional hacia el pozo si no se dieran
otras circunstancias. La mayoría de los petróleos contienen una cantidad
significativa de gas natural en solución, que se mantiene disuelto debido a las
altas presiones del depósito. Cuando el petróleo pasa a la zona de baja presión
del pozo, el gas deja de estar disuelto y empieza a expandirse. Esta expansión,
junto con la dilución de la columna de petróleo por el gas, menos denso, hace
que el petróleo aflore a la superficie.
A medida que se continúa retirando líquido del
yacimiento, la presión del mismo va disminuyendo poco a poco, así como la
cantidad de gas disuelto. Esto hace que la velocidad de flujo de líquido hacia
el pozo se haga menor y se libere menos gas. Cuando el petróleo ya no llega a
la superficie se hace necesario instalar una bomba en el pozo para continuar
extrayendo el crudo. Finalmente, la velocidad de flujo del petróleo se hace tan
pequeña, y el coste de elevarlo hacia la superficie aumenta tanto, que el coste
de funcionamiento del pozo es mayor que los ingresos que pueden obtenerse por
la venta del crudo (una vez descontados los gastos de explotación, impuestos,
seguros y rendimientos del capital). Esto significa que se ha alcanzado el
límite económico del pozo, por lo que se abandona su explotación.
Torre de perforación de petróleo
La torre de perforación rotatoria emplea una serie
de tuberías giratorias, la llamada cadena de perforación, para acceder a un
yacimiento de petróleo. La cadena está sostenida por una torre, y el banco
giratorio de la base la hace girar. Un fluido semejante al fango, impulsado por
una bomba, retira los detritos de perforación a medida que el taladro penetra
en la roca. Los yacimientos de petróleo se forman como resultado de una presión
intensa sobre capas de organismos acuáticos y terrestres muertos, mezclados con
arena o limo. Como no tienen espacio para expandirse, el gas y el petróleo
crudo están bajo una gran presión, y tienden a brotar de forma violenta por el
agujero perforado.
Recuperación mejorada de petróleo
Cuando la producción primaria se acerca a su límite
económico, es posible que sólo se haya extraído un pequeño porcentaje del crudo
almacenado, que en ningún caso supera el 25%. Por ello, la industria petrolera
ha desarrollado sistemas para complementar esta producción primaria que utiliza
fundamentalmente la emergía natural del yacimiento. Los sistemas
complementarios, conocidos como tecnología de recuperación mejorada de
petróleo, pueden aumentar la recuperación de crudo, pero sólo con el coste
adicional de suministrar energía externa al depósito. Con estos métodos se ha
aumentado la recuperación de crudo hasta alcanzar una media global del 33% del
petróleo presente. En la actualidad se emplean dos sistemas complementarios:
+ Inyección de agua: En un campo petrolero
explotado en su totalidad, los pozos pueden perforarse a una distancia de entre
50 y 500 metros, según la naturaleza del yacimiento. Si se bombea agua en uno
de cada dos pozos, puede mantenerse o incluso incrementarse la presión del
yacimiento en su conjunto. Con ello también puede aumentarse el ritmo de
producción de crudo; además, el agua desplaza físicamente al petróleo, por lo
que aumenta la eficiencia de recuperación. En algunos depósitos con un alto
grado de uniformidad y un bajo contenido en arcilla o barro, la inundación con
agua puede aumentar la eficiencia de recuperación hasta alcanzar el 60% o más
del petróleo existente. La inyección de agua se introdujo por primera vez en
los campos petroleros de Pensilvania a finales del siglo XIX, de forma más o
menos accidental y desde entonces se ha extendido por todo el mundo.
+ Inyección de vapor: La inyección de vapor se
emplea en depósitos que contienen petróleos muy viscosos. El vapor no sólo
desplaza el petróleo, sino que también reduce mucho la viscosidad (al aumentar
la temperatura del yacimiento), con lo que el crudo fluye más deprisa a una
presión dada. Este sistema se ha utilizado mucho en California, Estados Unidos,
y Zulia, Venezuela, donde existen grandes depósitos de petróleo viscoso.
También se están realizando experimentos para intentar demostrar la utilidad de
esta tecnología para recuperar las grandes acumulaciones de petróleo viscoso
(bitumen) que existen a lo largo del río Athabasca, en la zona
centro-septentrional de Alberta, en Canadá, y del río Orinoco, en el este de
Venezuela. Si estas pruebas tienen éxito, la era del predominio del petróleo
podría extenderse varias décadas.
Perforación submarina
Otro método para aumentar la producción de los
campos petroleros (y uno de los logros más impresionantes de la ingeniería en
las últimas décadas) es la construcción y empleo de equipos de perforación
sobre el mar. Estos equipos de perforación se instalan, manejan y mantienen en
una plataforma situada lejos de la costa, en aguas de una profundidad de hasta
varios cientos de metros. La plataforma puede ser flotante o descansar sobre
pilotes anclados en el fondo marino, y resiste a las olas, el viento y, en las
regiones árticas, los hielos.
Las torres de perforación submarina consisten de
una plataforma petrolera semisumergida que descansa sobre flotadores y está
anclada al fondo. Los pozos marinos producen alrededor del 25% del petróleo
extraído en todo el mundo.
Al igual que en los equipos tradicionales, la torre
es en esencia un elemento para suspender y hacer girar el tubo de perforación,
en cuyo extremo va situada la broca; a medida que ésta va penetrando en la
corteza terrestre, se van añadiendo tramos adicionales de tubo a la cadena de
perforación. La fuerza necesaria para penetrar en el suelo procede del propio
peso del tubo de perforación. Para facilitar la eliminación de la roca
perforada se hace circular constantemente lodo a través del tubo de
perforación, que sale por toberas situadas en la broca y sube a la superficie
través del espacio situado entre el tubo y el pozo (el diámetro de la broca es
algo mayor que el del tubo). Con este método se han perforado con éxito pozos
con una profundidad de más de 6,4 km desde la superficie del mar. La
perforación submarina ha llevado a la explotación de una importante reserva
adicional de petróleo.
REFINADO
Para obtener productos de características precisas
y utilizar de la manera más rentable posible las diversas fracciones presentes
en el petróleo, es necesario efectuar una serie de operaciones de tratamiento y
transformación que, en conjunto, constituyen el proceso de refino o refinación
de petróleos crudos.
El petróleo llega a las refinerías en su estado
natural para el procesamiento. Una refinería es un enorme complejo donde ese
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 variedad de componentes que contiene. El petróleo tiene una gran
variedad de compuestos, al punto de que de él se pueden obtener por encima de
2000 productos. En las destilerías se destila fraccionadamente al petróleo.
Como está compuesto por más de 1000 hidrocarburos, no se intenta la separación
individual de cada uno de ellos. Es suficiente obtener fracciones, de
composición y propiedades aproximadamente constantes, destilando entre dos
temperaturas prefijadas. La operación requiere de varias etapas; la primera de
ellas es la destilación primaria, o topping.
Proceso de Topping o Destilación
Primaria
El crudo se calienta a 350°C 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 el líquido más frío retenido por los platos. Tan pronto dicho
líquido desborda un plato, cae al inmediato interior.
La temperatura dentro de la torre de
fraccionamiento queda progresivamente graduada desde 350°C en su base, hasta
menos de 100°C en su cabeza. Como funciona continuamente, se prosigue la
entrada de crudo caliente mientras que, de platos ubicados a convenientes
alturas, se extraer 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 en
garrafas. Las tres fracciones líquidas más importantes son (de menor a mayor
temperatura de destilación):
-Naftas: Estas fracciones son muy
livianas (0,75 g/ml) y de baja temperatura de destilación: menor a 175°C. Están
compuestas por hidrocarburos de 5 a 12 átomos de carbono.
-Kerosenes: Los kerosenes se destilan entre
175°C y 275°C, siendo de densidad mediana (0,8 g/ml). Sus componentes son
hidrocarburos de 12 a 18 átomos de carbono.
-Gas oil: El gas oil es un líquido denso
(0,9 g/ml) y aceitoso, que destila entre 275°C y 325°C. Sus hidrocarburos
poseen más de 18 átomos de carbono.
Queda un residuo que no destila: el fuel oil, que
se extrae de la base de la torre. Es un líquido negro y viscoso de excelente
poder calorífico: 10000 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 el asfalto, imposible de
fraccionar.
Destilación Secundaria o Cracking
Se entiende por cracking (romper en inglés) a los
procedimientos de calor y presión que transforman a los hidrocarburos de alto
peso molecular y punto de ebullición elevado, en hidrocarburos de menor peso
molecular y punto de ebullición.
Hidrocarburos de muchos átomos de carbono no
constituyentes de naftas, rompen su cadena y forman hidrocarburos de pocos
átomos de carbono constituyentes de las naftas. Con el desarrollo de los
motores a explosión, se hizo necesario aumentar la producción de las diferentes
variedades de nafta. El cracking halló respuesta a esa demanda. Hay muchos
procedimientos de craqueo.
Craqueo térmico en dos etapas
Se inicia la operación de carga con un petróleo
reducido al 50%. La carga llega a un horno tubular donde la temperatura alcanza
a 480°C y de allí pasa a la cámara de reacción, en la que se trabaja a 20
atmósferas y donde el craqueo se produce en función del tiempo.
La cámara se descarga y los hidrocarburos líquidos
y vaporizados son llevados a una torre evaporadora en la que se separan en tres
componentes: gas, nafta de cracking y diesel-oil, que son fraccionados en una
torre fraccionadora.
El fuel-oil se extrae por la parte inferior de la
torre evaporadora. Del fondo del rectificador se extrae gas-oil que se envía a
un horno tubular de craqueo donde la temperatura es elevada a 525°C y de allí
se junta con la del horno tubular pasando a la torre de craqueo siguiendo el
ciclo.
El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a
presión, se desarrolló en un esfuerzo por aumentar el rendimiento de la
destilación. No obstante, la eficiencia del proceso era limitada porque, debido
a las elevadas temperaturas y presiones, se depositaba una gran cantidad de
coque (combustible sólido y poroso) en los reactores. Esto, a su vez, exigía
emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo.
Más tarde se inventó un proceso en el que se
recirculaban los fluidos; el proceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor
con una acumulación de coque bastante menor. Muchos refinadores adoptaron este
proceso de pirólisis a presión.
Craqueo catalítico con
catalizador fluido
Este craqueo produce naftas de mejor calidad usando
menores presiones. El empleado es una arcilla sólida y pulverizada que en forma
de polvo fino se envía por una corriente de aire, comportándose como un
fluido.
El proceso es el siguiente: la carga es un gas-oil
que se vaporiza pasando por un horno vaporizador. La brea se separa en una
torre y los vapores pasan a un horno recalentador donde se calientan a
500-510°C.
Los vapores se mezclan con el catalizador que viene
de y la mezcla llega a la cámara de reacción a reactor, donde se produce el
cracking a presión normal y a 480°C.
Los vapores ya transformados y la arcilla llegan a
un separador donde las arcillas caen por gravitación y pasan a un horno
regenerador que las depura quitándoles el carbón adherido para ser utilizadas
nuevamente. Los vapores siguen a una torre fraccionadora de cuya cabeza se
extrae nafta de gran poder octánico (70,80), de la parte media gas-oil que se
lleva al cracking térmico y por la inferior un producto que vuelve al sistema
por un reciclo.
DERIVADOS
La gasolina: se utiliza en el consumo de
vehículos con motores de combustión interna, u otras máquinas motorizadas y
otros usos.
Combustible Jet (o turbocombustible): es la
gasolina que se usa en aviones con motores turboreactores, por ejemplo la
Jet-A1 (muy común en aeronaves de transporte como Boeing o Airbus).
La gasolina de aviación: de uso en aviones
con motores a pistón, o sea convencionales de combustión interna.
El Queroseno: típicamente se utiliza en las estufas de uso doméstico, y también en la industria, y de manera coloquial se le llama simplemente petróleo.
Bencina de uso industrial: se utiliza entre otros materiales para fabricar
cierto tipo de disolventes (estos a su vez sirven para remover aceite,
pinturas, adhesivos, o están presentes de alguna manera en otros productos como
el thinner, tintas, ceras, betún, productos de caucho, industriales y de
limpieza), o para su uso en el hogar como combustible.
El llamado Combustóleo (también Fuel Oil):
este combustible es de uso industrial, indicado para calderas o también hornos
de gran capacidad.
En Asfaltos: como su nombre lo indica está
presente en estructuras superficiales de uso público, y también tiene utilidad
para sellar en ciertas aplicaciones industriales.
Propano (GLP): se utiliza alternativamente en
el hogar y la industria.
Lubricantes: también el petróleo está presente en la base de la formulación de estos productos.
Lubricantes: también el petróleo está presente en la base de la formulación de estos productos.
Buenisimo me re sirvió. Gracias!
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