Procesos Químicos Industriales: Catálisis, Refino de Petróleo y Reactividad del Propileno

Documento de Estudio: Parte Alex

1. Transformación de Materias Primas Mediante Procesos Catalíticos

A. Aspectos Termodinámicos de la Reacción Catalítica

Para una presión determinada, se observa que a medida que la temperatura (Tª) se incrementa, también lo hace la conversión. Esto es característico de una reacción endotérmica, donde la conversión en el equilibrio aumenta con la temperatura.

Por otro lado, para una temperatura fija, se puede observar que a medida que la presión disminuye, se produce un fuerte incremento de la conversión en equilibrio. Este comportamiento indica que el cambio en el número de moles gaseosos (∆n) es positivo (∆n > 0).

B. Tipo de Reactor Propuesto para el Proceso Catalítico

Se propone la utilización de un reactor adiabático que incorpore aproximadamente cinco lechos catalíticos. Para mantener la eficiencia del proceso, será necesario aportar calor entre cada lecho, con el fin de elevar nuevamente la temperatura del reactivo hasta los 700 K. Esta aportación de calor se realizaría mediante intercambiadores de calor estratégicamente ubicados entre cada lecho.

2. Optimización del Potencial del Petróleo: Cadena de Valor y Refino

A. Cadena de Valor Integrada en la Industria Petrolera

La cadena de valor integrada del negocio del petróleo comprende las siguientes etapas clave:

• Exploración: Consiste en determinar la localización de yacimientos, siendo fundamental para identificar zonas con alta probabilidad de recursos petrolíferos.
• Producción: Implica la extracción del petróleo del yacimiento mediante técnicas de perforación, con el objetivo de movilizar los recursos energéticos y transformarlos en valor.
• Transporte: Se realiza a través de oleoductos o superpetroleros, dado que los yacimientos suelen estar geográficamente alejados de los centros de tratamiento del crudo.
• Refino: Comprende operaciones físicas y químicas destinadas a obtener los productos demandados por el mercado, asegurando cantidad, calidad, el menor coste posible y la mínima incidencia ambiental. Es esencial para separar los diversos componentes del crudo.
• Marketing: Engloba la distribución y venta de los diferentes productos derivados de las refinerías, con el fin de satisfacer las necesidades de los consumidores.

B. Definiciones Clave en el Refino de Petróleo

Refino del Petróleo:

Proceso de recuperación o generación de fracciones y productos comerciales a partir del crudo. Se lleva a cabo mediante destilación y otras operaciones físicas y químicas, que involucran la aplicación de calor, presión y catalizadores.

Tipos Básicos de Refinería:

Se clasifican principalmente en hydroskiming, conversión simple y conversión profunda.

C. Unidades Clave para Transformar una Refinería Hydroskiming y Eliminar la Producción de Fuelóleos

Para transformar una refinería hydroskiming en una que no produzca fuelóleos, se requieren las siguientes unidades clave:

• Destilación a Vacío: Permite producir destilados de alto punto de ebullición, libres de metales pesados y asfaltenos. La destilación a presión atmosférica (Patm) está limitada a temperaturas de 360-370 °C para evitar el cracking térmico.
• Hidrocraqueo (Hydrocracking): Proceso de transformación de corrientes pesadas en productos más limpios y ligeros, como GLP (Gas Licuado del Petróleo), naftas, queroseno y gasóleo. Tiene un impacto muy positivo en la optimización del refino.
• Coquización: Unidad diseñada para producir destilados y coque de petróleo a partir de residuos y otras corrientes pesadas. Su objetivo principal es reducir la producción de fuelóleos y mejorar la producción de derivados ligeros.

3. Reactividad del Propileno: Reacciones Químicas y Aplicaciones Industriales

A. Descripción de Cinco Reacciones Químicas del Propileno

1. Acrilonitrilo:

Reacción: CH₂=CH-CH₃ + NH₃ + 1.5 O₂ → CH₂=CH-C≡N + 3 H₂O

Aplicaciones: Fibra acrílica, resinas ABS, cauchos nitrilos, adiponitrilo/nylon.

2. Óxido de Propileno:

Reacción (vía clorhidrinas):

Cl₂ + H₂O + CH₃-CH=CH₂ (propileno) → CH₃-CHOH-CH₂Cl + CH₃-CHCl-CH₂OH (clorhidrinas)

CH₃-CHOH-CH₂Cl + CH₃-CHCl-CH₂OH + Base (clorhidrinas) → H₃C-CH(O)CH₂ + Sal + H₂O (óxido de propileno)

Aplicaciones: Poliéteres/poliuretanos (PU), propilenglicoles, isopropanolaminas.

3. Cumeno / Fenol / Acetona:

Reacciones:

C₆H₆ + C₃H₆ → C₆H₅-CH(CH₃)₂ (Cumeno)

C₆H₅-CH(CH₃)₂ + O₂ → C₆H₅-C(OOH)(CH₃)₂ (Hidroperóxido de cumeno)

C₆H₅-C(OOH)(CH₃)₂ → C₆H₅-OH (Fenol) + CH₃-CO-CH₃ (Acetona)

Aplicaciones: Resinas fenólicas, bisfenol-A, plastificantes para PVC, disolvente (la acetona).

4. Isopropanol:

Reacción: CH₂=CH-CH₃ + H₂O → CH₃-CHOH-CH₃

Aplicaciones: Disolventes y producción de acetona.

5. Ácido Acrílico / Acrilatos:

Reacciones:

CH₂=CH-CH₃ + O₂ → CH₂=CH-CHO + H₂O (Acroleína)

CH₂=CH-CHO + 0.5 O₂ → CH₂=CH-COOH (Ácido acrílico)

Aplicaciones: Polímeros superabsorbentes.

B. Diagrama de Bloques: Procesos de Polimerización en Suspensión (Slurry)

(Se haría referencia a una imagen o diagrama de bloques aquí para ilustrar los procesos de polimerización en suspensión).