Fundamentos de Petroquímica y Catálisis

Fundamentos de Petroquímica y

Catálisis

CADENA TRADICIONAL DEL PETRÓLEO

Hasta hace unos años el petróleo era una fuente de materias primas barata y disponible en los mercados internacionales.

Actualmente el mercado internacional presenta un crudo producido en regiones muchas veces conflictivas por la geopolítica y de mayor costo a la venta.

El petróleo pasa por dos etapas genéricas en la separación de sus componentes:

Refinación petrolera

Petroquímica de los productos petroleros

La refinación: conjunto de procesos de separación de los componentes del petróleo.

Combustibles fósiles: Gasolina Diesel GLP jet fuel kerosén

Lubricantes: grasas Parafinas aceites asfalto.


El proceso de refinación consta de los varios pasos.

1º Etapa: GLP, gasolinas, Keroseno, diesel, y un componente residual llamado residuo atmosférico.

2º Etapa: gasoil de vacío, dejando como producto residual el residuo de vacío.


Los productos livianos como el gas compuesto por metano y etano se separa para usarlo como combustible en la propia refinería.

El GLP compuesto por propano y butano es envasado a presión o usados como materia prima para producir etileno y propileno.

Las naftas se tratan en las unidades de reformado catalítico para mejorar sus cualidades y se mezclan para obtener gasolinas comerciales.

La fracción ligera de la nafta también se procesa en unidades de isomerización para mejorar su índice de octano.


El keroseno es tratado para cumplir las especificaciones de combustible para aviación o para usarse en la formulación del diesel de automoción.

El diesel ó gasóleo se lleva a las unidades de hidrodesulfuración, donde se reduce su contenido en azufre, tras lo cual se usa para formular diesel de automoción o gasóleo de calefacción.

El gasoil de vacío no es un producto final. Se lleva a las unidades de FCC donde a elevada temperatura y con presencia de un catalizador en polvo sus largas moléculas rompen y se transforman en componentes más ligeros como GLP, naftas o gasóleos.

El gasoil de vacío también puede convertirse en las unidades de hidrocraqueo, donde a 400-440ºC y alta presión, en presencia de catalizadores apropiados se transforma también en GLP, naftas o gasóleos libres de azufre. Estas unidades producen un gasóleo de mejor calidad (índice de cetano) que las unidades de FCC.


El residuo de vacío se puede utilizar como asfalto o bien someterlo a altísimas temperaturas en las unidades de coque en las que se producen componentes más ligeros y carbón de coque que puede calcinarse para formar carbón verde.

Los aceites son tratados en unidades de separación de componentes aromáticos mediante procesos de extracción líquido - líquido con furfural.

La parafinas se recuperan mediante procesos de enfriamiento de los aceites, estás son usadas en la industria cosmética y como materia prima para las velas.

En muchas de las refinerías se produce también azufre sólido, como subproducto, debido a las limitaciones impuestas a la emisión del dióxido de azufre a la atmósfera.


La petroquímica de los productos petroleros, utiliza productos de la refinación del petróleo para usarlos como fuente de materias primas, estas son los hidrocarburos aromáticos y las olefinas como el etileno y propileno.

En realidad menos del 5 % del petróleo es destinado como fuente de materias primas, pero la dependencia actual de lo materiales obtenidos a partir del petróleo es sumamente importante en la sociedad actual.


Cadena tradicional del petróleo en petroquímica

En nuestro país a la fecha tenemos una infraestructura de refinación del crudo que se encuentra limitada para las necesidades del crecimiento industrial y poblacional.


CADENA DE VALOR DEL GAS NATURAL

La posibilidad de realizar petroquímica en la actualidad se centra en el gas natural.

En las últimas décadas el aumento del consumo tradicional de gas natural como fuente de combustible fue acompañado por la utilización del gas natural como materia prima en el mundo.

El aumento del precio del petróleo en los últimos años promovió la utilización de tecnologías de transformación química del gas natural a fuentes combustibles alternativas como el diesel y gasolinas sintéticas, metanol y fuentes de materias primas para la fabricación de fertilizantes, plásticos, etc.

Las políticas internacionales se mueven en torno al objetivo de asegurar la disponibilidad de hidrocarburos al más bajo costo y de forma sostenible para así asegurar la provisión y evitar una crisis inminente ante su escasez.

El gas natural, cuya importancia era secundaria décadas atrás, de pronto cobro importancia vital para muchas regiones.

Por otra parte sus características menos contaminantes y los convenios internacionales que tratan de disminuir la contaminación global favorecen al uso del gas natural como combustible y en la actualidad varias tecnologías que transforman el gas como fuente de materia prima para la industria petroquímica ganan popularidad.

La utilización del metano como combustible es muy difundida y en los días actuales se hace más accesible debido a sus bajos niveles contaminantes y al alza de los precios del petróleo.


Aplicaciones del gas natural

El potencial químico de efectuar las más complejas transformaciones se debe a la extraordinaria facilidad de establecer enlaces químicos por parte del átomo de carbono.

En la actualidad se estima que estamos en los primeros pasos tecnológicos para conocer todas las posibilidades de este átomo que hoy en día forma la base fundamental de la sociedad humana.


Aplicaciones del gas natural

Aplicaciones del gas naturalCiahídrido de hidrógeno Hidrógeno

Disulfuro de Carbono Etilen glicol

Metano (CH4)Gas de síntesis (CO/H2)

GTL hidrocarburos

Cloro metano Oxo alcoholes

Celdas de proteína Metanol

Urea

Ácido Nítrico

Hidracina

Amoniaco (NH3) Alcanolaminas

Metilaminas

HexametilenoTetramina

Formaldehido

Ácido Acético

Metanol Metil esteres

(CH 3 OH) Metil cloro

Metilaminas

Plásticos (MTO)

Gasolina (MTG)

Industrialización del Gas Natural

Las abreviaciones más conocidas en los estándares industriales son las siguientes:

GTL del inglés “ Gas to Liquid” es decir los procesos de generación de diesel y gasolinas sintéticas.

MTO del inglés “Methanol to Olefins” es decir los procesos de producción del olefinas para la generación de polímeros plásticos.

MTG del inglés “Methanol to Gasoline” para la producción de gasolinas a partir del metanol.

EL PAPEL DE LOS CATALIZADORES EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA

Un catalizador es una sustancia química, compuesto o elemento capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado por que no se consume durante la reacción química. Catálisis

Los catalizadores no alteran el balance energético final de la reacción química, sino que sólo permiten que se alcance el equilibrio con mayor o menor velocidad.

Muchos de los catalizadores actúan alterando superficies permitiendo encontrarse y unirse o separarse a dos o más reactivos químicos.

La catálisis puede ser de dos tipos:

Homogénea: El catalizador y el reactivo están en una misma fase, por ejemplo, en solución acuosa (catálisis ácido-base y catálisis enzimática).

Heterogénea: El catalizador y reactivo se encuentran en distintas fases, como por ejemplo, la catálisis heterogénea de una reacción entre sustancias gaseosas adsorbidas en la superficie de metal.

Los catalizadores sólidos pueden ser porosos y están hechos de metal u óxido metálico soportado sobre una matriz sólida inerte. Este caso particular se conoce como catálisis de contacto.


diagrama de energía recrea el trabajo de un catalizador

Todas las moléculas contienen una cantidad determinada de energía, que depende del número y del tipo de enlaces presentes.


Un catalizador puede catalizar tanto reacciones endotérmicas como exotérmicas, porque en los dos casos es necesario superar una barrera energética.

El catalizador (E) crea un microambiente en el que A y B pueden alcanzar el estado intermedio (A...E...B) más fácilmente, reduciendo la cantidad de energía necesaria (E2).

Como resultado, la reacción es más fácil, mejorando la velocidad de dicha reacción.

La energía total de los sustratos es mayor que la de los productos.

Una reacción exotérmica , y el exceso de energía se desprende en forma de calor. Por el contrario, si la energía total de los sustratos es menor que la de los productos, se necesita tomar energía del exterior para que la reacción tenga lugar, lo que se denomina reacción endotérmica.

Cuando las moléculas de los sustratos se van acercando para reaccionar, se vuelven inestables.

La inestabilidad se manifiesta como un aumento de la energía del sistema. Cuando los sustratos se convierten en productos, las moléculas se separan y se relajan de nuevo, y el conjunto se estabiliza.


Las enzimas catalizan las reacciones estabilizando el intermedio de la reacción, de manera que el "pico" de energía necesario para pasar de los sustratos a los productos es menor. El resultado final es que hay muchas más moléculas de sustrato que chocan y reaccionan para dar lugar a los productos, y la reacción transcurre en general más deprisa.


EL MERCADO PETROQUÍMICO

La industria petroquímica está concentrada en unas pocas empresas a nivel mundial.

Barreras de tecnología o conocimiento especializado y a las elevadas inversiones, aunque la rentabilidad en el sector es también elevada.

En la coyuntura actual, esta realidad esta cambiando por el ingreso de países con estrategias tecnológicas y de mercado agresivas, estos países como Japón, Taiwán y Malasia ya tienen una presencia importante en el mercado.

Principales países productores de petroquímicos por grupos corporativos

PAÍS VENTAS ACUMULADAS(MILLONES DE DÓLARES)

GRUPO EMPRESARIAL

Estados Unidos 458993 EXXONJapón 127531 NIPPON OILHolanda 107088 ROYAL / SHELLFrancia 88846 ELFReino Unido 83227 BPItalia 32566 ENIMéxico 28195 PEMEXVenezuela 22157 PDVSACorea del Sur 18196 SUNK YOUNGEspaña 17717 REPSOLBrasil 17353 PETROBRASBélgica 11399 PETROFINETaiwán 8512 CHINESE PETROLIndia 8336 INDIAN OIL


Los países con mayor participación del mercado generalmente son aquellos de donde provienen las empresas líderes en el escenario internacional. De tal forma que un reducido número de empresas maneja la mayor parte de las ventas mundiales.

Los grupos petroquímicos se han mantenido como lideres por medio de estrategias basadas en la innovación tecnológica con la protección de las patentes lo que les posibilita apropiarse del invento o innovación y proteger su mercado.

En América Latina se destacan Venezuela, México y Brasil, pero a nivel mundial entre los 20 principales grupos petroquímicos existe la presencia de sólo 11 países. Destaca EUA con siete empresas, Alemania con cuatro y Francia con dos. Esta importante presencia de empresas y países puede permitirnos la generalización de índices de competitividad internacional de cada país con base en la competitividad de sus empresas.


De esta forma las patentes son el verdadero negocio para retener los mercados petroquímicos. La implementación de la industria petroquímica en Bolivia tiene todavía muchos retos que vencer, la falta de tecnología propia es la principal deficiencia. La asociación con empresas petroquímica es una alternativa y también la definición de una estrategia de mercado basada en los precios bajos puede ser otra alternativa interesante.

La experiencia indica que las empresas con una competitividad real, de acuerdo con nuestra definición, son aquellas que se ubican en una situación "óptima", porque son las que tienen una importante actividad tecnológica y una presencia también destacada en los mercados. Esta situación muestra la marcada competencia tecnológica en algunos productos petroquímicos.

En este tipo de competencia, la alta rentabilidad de los productos innovadores les brinda a las empresas líderes el sostenimiento de su posición competitiva y eventualmente monopólica.


En este escenario el papel de América Latina es preocupante, ya que entre las empresas más destacadas se encuentran las estatales, que son refinadoras de petróleo, como Petrobras (Brasil), Pemex (México), y PDVSA (Venezuela) y algunos grupos privados no incluidos donde los esquemas por competir en las líneas de productos con mayor contenido tecnológico han sido escasos y poco satisfactorios.

Pese a la creciente internacionalización, la ausencia de integrados sistemas nacionales de producción de innovaciones sigue desempeñando un papel limitante en la organización de la investigación y los conocimientos técnicos.

En este contexto a Bolivia tiene que hallar las estrategias necesarias para ingresar a un mercado agresivo, que de hecho, no favorecerá el ingreso de competidores a sus mercados.

Las empresas transnacionales pueden llegar a asociaciones accidentales con YPFB, pero su objetivo no es favorecer a un futuro competidor si no más bien generar dividendos cuidando el monopolio de la tecnología.

Actualmente, varios países de América del sur, cuentan con polos de industrialización del gas natural, entre los que se destacan: Chile, Argentina, Brasil, Trinidad y Tobago y Colombia, que cuentan con centros de transformación de este energético.


En conclusión, la industria petroquímica esta experimentando profundos cambios, donde la brecha tecnológica se agranda, la geografía de las materia primas, los cambios políticos y sociales mueven el centro de gravedad hacia el este de Europa y hacia donde provocaran una mayor demanda de productos.

En el contexto sudamericano Bolivia tiene un mercado petroquímico en crecimiento en Sudamérica y la materia prima para abastecer estas necesidades, pero debe tomarse con prudencia porque es necesario desarrollar empresas o grupos empresariales que tengan la capacidad tecnológica y logística para entrar de manera competitiva a los mercados.


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