Indurstria Petroquímica

DESARROLLO: La velocidad de reacción y la industria petroquímica

La petroquímica es la industria dedicada a obtener derivados químicos del petróleo y de los gases asociados. Los productos petroquímicos incluyen todas las sustancias químicas que de ahí se derivan. La industria petroquímica moderna data de finales del siglo XIX. La mayor parte de los productos petroquímicos se fabrican a partir de un número relativamente pequeño de hidrocarburos, entre ellos el metano, el etano, propano, butano y los aromáticos que derivan del benceno, entre otros.

La petroquímica, por lo tanto, aporta los conocimientos y mecanismos para la extracción de sustancias químicas a partir de los combustibles fósiles. La gasolina, el gasoil, el querosén, el propano, el metano y el butano son algunos de los combustibles fósiles que permiten el desarrollo de productos de la petroquímica.

Esta ciencia también posibilita la producción de fertilizantes, pesticidas y herbicidas, la obtención de asfalto y fibras sintéticas y la fabricación de distintos plásticos. Los guantes, los borradores y las pinturas, entre muchos otros artículos de uso cotidiano, forman parte de la producción petroquímica.

Los procesos para la obtención de los productos petroquímicos se llevan a cabo en refinerías e implican cambios físicos y químicos de los hidrocarburos. El proceso básico, que divide al petróleo y al gas natural en diversos compuestos más ligeros, se conoce como cracking (se desdoblan las moléculas).

Durante la realización de éstos procesos petroquímicos, es necesaria la utilización de catalizadores, lo cuales aceleran la velocidad de múltiples reacciones químicas indispensables en esta industria.

CATALIZADORES

Los catalizadores tienen dos características importantes; la primera es que las reacciones se generan en áreas muy pequeñas, y la segunda, alteran la velocidad de la reacción, es decir, aumentan la reacción química, a pesar de no intervenir directamente en ella, sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma.

El papel de los catalizadores es precisamente incrementar la velocidad de las reacciones químicas, por lo que se hacen imprescindibles en los procesos industriales.

LOS CATALIZADORES EN LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA

En la industria petroquímica existen varias clases de catalizadores dependiendo del uso; entre los principales se tienen:

Organocatálisis

Las moléculas orgánicas que no contengan metales también pueden poseer propiedades catalíticas. Los catalizadores orgánicos requieren una mayor carga (o cantidad de catalizador por unidad de cantidad de reactivo) que los catalizadores basados en metales de transición, pero estos catalizadores suelen estar disponibles comercialmente en grandes cantidades, ayudando a reducir los costos.

Catalizador homogéneo

Normalmente los catalizadores homogéneos están disueltos en un disolvente con los sustratos, por otra parte, catálisis homogénea se refiere a una secuencia de reacciones químicas con un catalizador que participa en la misma fase que los reactivos. Un catalizador homogéneo es más comúnmente disuelto junto con los reactivos en un solvente. El catalizador homogéneo sirve en la misma fase que los reactivos, con los mismos principios mecánicos de la catálisis heterogénea. Algunas veces, la catálisis homogénea puede implicar la influencia de H+ en la esterificación de los ésteres, acetato de metilo a partir del ácido acético y metanol.

Catalizador heterogéneo

La catálisis heterogénea es una forma de catálisis en la que el catalizador y reactivo son heterogéneos en diferentes fases. En la mayoría de los casos, un catalizador heterogéneo es un sólido, mientras que los reactivos son gases o líquidos. La superficie total del sólido tiene un efecto importante en la velocidad de reacción. El tamaño de las partículas del catalizador se correlaciona negativamente con el área de la superficie. La catálisis heterogénea es significativa en la industria energética y química. Hay un número de mecanismos para la reacción en la superficie. En el proceso del hierro finamente dividido actúa como catalizador para la síntesis de amoniaco a partir del nitrógeno e hidrógeno. Por lo tanto, el fuerte triple enlace en nitrógeno se debilita y los átomos de hidrógeno y nitrógeno se combinan más rápido. Por lo tanto, la velocidad de reacción es mayor. El catalizador heterogéneo es normalmente apoyado por un segundo material que actúa ya sea para mejorar la eficacia o para reducir al mínimo el costo. Este apoyo o soporte, a menudo interactúa con el catalizador heterogéneo para afectar la reacción catalítica. Hay muchos tipos de soportes especiales, como el dióxido de silicio, dióxido de titanio, carbonato de calcio, y sulfato de bario, por nombrar algunos.

Catalizador de partículas sólidas de reformado

El reformado catalítico se refiere al proceso de reordenación de las moléculas de hidrocarburos en las nuevas estructuras bajo la acción de un catalizador de partículas sólidas de reformado. El catalizador de reformado, por calentamiento bajo la presión de hidrógeno, convierte las fracciones livianas de gasolina obtenidos de la destilación de crudo en gasolina de alto octanaje. Durante éste proceso de refinación de petróleo, también pueden ser producidos productos aromáticos tales como el benceno, tolueno y Xileno. También, mediante plataformas de gas de petróleo disuelto e hidrógeno se pueden obtener como subproductos importantes. La gran cantidad de hidrógeno puede ser empleado en refinerías de hidrotratamiento e hidrocraquéo. El catalizador de partículas sólidas de reformado con la ayuda de un catalizador plataformado es típicamente usado para mejorar la calidad de la gasolina y para la fabricación de materiales petroquímicos. El catalizador de partículas sólidas de reformado es comúnmente encontrado en refinerías modernas de petróleo y complejos petroquímicos, etc.

Electrocatalizador

Un electrocatalizador participa en una reacción electroquímica. El catalizador específico funciona en la superficie de los electrodos o puede actuar como la misma superficie del electrodo. El electrocatalizador, ya sea homogéneo o heterogéneo, ayuda en la transferencia de electrones entre el electrodo y reactivos, y facilita una transformación química intermedia como en una semirreacción (half-reaction) general. Una variedad de electrocatalizador de células de combustible es usado en electroquímica, específicamente en la ingeniería de células de combustible, para aumentar la velocidad de la reacción. El electrocatalizador a base de platino tiene la propiedad de aumentar la tasa de reducción de oxígeno al agua, o al hidróxido o al peróxido de hidrógeno.

Procesamiento de energía

El refinado de petróleo hace un uso intensivo de la catálisis para la alquilación, craqueo catalítico (rotura de hidrocarburos de cadena larga en trozos más pequeños), reformado de nafta y el reformado con vapor (conversión de hidrocarburos en gas de síntesis). Incluso los gases de combustión de la quema de combustibles fósiles es tratada a través de la catálisis: convertidores catalíticos, normalmente compuestos de platino y rodio, rompen algunos de los subproductos más nocivos de los gases de escape de los automóviles. Las pilas de combustible se basan en catalizadores de las reacciones tanto anódicas como catódicas.

La combinación entre los petroquímicos básicos y distintos insumos químicos permiten obtener petroquímicos intermedios como las resinas en base al metanol (utilizadas para la fabricación de gomas, plásticos, detergentes y lubricantes), los poliuretanos (empleados en la fabricación de colchones y plásticos) y los acetaldehidos (que derivan en perfumes, saborizantes y otros).

La industria petroquímica exige importantes medidas de seguridad para evitar los daños ambientales ya que sus procesos son potencialmente contaminantes y de alto impacto medioambiental.

El uso de catalizadores en la industria química está tan extendido que prácticamente participan en el 90% de los procesos químicos. El desarrollo de la química industrial se debe en gran medida a la catálisis, pero también encontramos catalizadores en la vida cotidiana: en estufas catalíticas, en los automóviles y, sobre todo, en nosotros mismos. Los seres vivos somos la más compleja industria química, en la que se producen millones de reacciones a la vez; la vida sería imposible sin la presencia de los catalizadores biológicos: las enzimas.

En la sociedad moderna sería impensable desarrollar nuevos procesos productivos y satisfacer la enorme demanda de consumo sin el uso de catalizadores, ya que ofrecen innumerables ventajas con respecto a los procesos en los que no intervienen. Además de seguir comprendiendo el mecanismo exacto con el que actúan y de mejorar su actividad, selectividad y resistencia a la desactivación, la catálisis se encuentra con grandes retos para los años venideros y puede reportar grandes beneficios para toda la humanidad: desarrollo de catalizadores para conseguir procesos sin desechos, nuevos catalizadores de membrana, catalizadores biológicos y mejora de los utilizados para la producción de fármacos, desarrollo de nuevas fuentes de energía y de combustibles, y para hacer los procesos productivos más seguros.

...