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  1. 1. ¡El presente trabajo tiene como finalidad contribuir al entendimiento en el origen ,la producción o extracción ,los usos del petróleo y del carbón ! El CARBÓN Y EL PETROLEO QUÍMICA APLICADA A LA MINERÍA LEDESMA VELITA,Julio HUAMANÍ CRISPÍN, Daniel Cerro de Pasco - Perú
  2. 2. EL C A R B Ó N
  3. 3. ÍNDICE CONTENIDO PÁGINA  Introducción  Origen  ¿Qué es el carbón?  ¿Cómo se extrae?  El mercado internacional del carbón  El carbón en el medio ambiente  Propiedades  Preparación del carbón  Clasificación  Antracita  Hulla  Alquitrán de hulla  Lignito  Coque  Tipos de minas  Diferentes tipos de mina  Usos del Carbón  Aplicaciones del Carbón  Localización de los yacimientos  La riqueza carbonífera de España  Reservas industriales  Contaminación  CECA
  4. 4. INTRODUCCIÓN El carbón es un mineral compacto, cuyo color va del pardo oscuro al negro, está compuesto principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Arde fácilmente y es uno de los combustibles para uso doméstico e industriales. (Véase “Usos”) Tipos de carbón:  Carbón activado: Carbono amorfo granular y en polvo, caracterizado por su elevada superficie específica por su gran porosidad. Se utiliza principalmente como absorbente.  Carbón bituminoso: Variedad de carbón cuya constitución y propiedades son intermedias entre la antracita y el lignito.  Carbón del petróleo: Se produce por la destilación del petróleo, normalmente no se utiliza.  Carbón de origen vegetal: Se obtiene quemando madera. Apilada en montones recubiertos de barro, para evitar el contacto con el aire y conseguir que la combustión sea parcial.  Carbón de origen mineral: Carbón natural, sólido o combustible, de consistencia pétrea o terrosa, constituido por carbono amorfo acompañado de hidrocarburos compuestos orgánicos complejos y materiales inorgánicos. Según el porcinito de carbono se clasifican en cuatro clases. II. ORÍGEN Es una roca cuyo origen proviene de la acumulación y alteración físico-química de materia vegetal. Las acumulaciones originales de la vegetación (primordialmente plantas leñosas) dan por resultado la formación de turba, sustancia precursora del carbón. La turba se convierte en carbón después de quedar sepultada y con un incremento de presión y temperatura, alternando estas de forma progresiva se comprimen y endurecen hasta alterar la materia y convertirse en grafito. En eras geológicas remotas, en el periodo carbonífero, grandes extensiones del planeta estaban cubiertas por una vegetación abundante que crecía en pantanos. Al morir las plantas, quedaban sumergidas por el agua y se descomponían poco a poco. A medida que se producía esa descomposición, la materia vegetal perdía átomos de oxígeno e hidrógeno, con lo que quedaba un depósito con un elevado porcentaje de carbono. Así se formaron las tuberas. Con el paso del tiempo, la arena y el lodo se fueron acumulando sobre alguna de esas tuberas. La presión de las capas superiores, así como los movimientos de la corteza terrestre, en ocasiones, el calor volcánico, comprendieron y endurecieron los depósitos hasta formar carbón.
  5. 5. III. ¿QUÉ ES EL CARBÓN? El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias. Formación: El carbón se formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechos y equisetos gigantes que poblaban la Tierra hace unos 300 millones de años, en el periodo Carbonífero de la era Paleozóica, morían y quedaban sepultados en los pantanos en los que vivían. Al ser el terreno una mezcla de agua y barro muy pobre en oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se fueron acumulando grandes cantidades de plantas muertas Con el tiempo nuevos sedimentos cubrían la capa de plantas muertas, y por la acción combinada de la presión y la temperatura, la materia orgánica se fue convirtiendo en carbón. IV. ¿CÓMO SE EXTRAE? Existen dos métodos para extraer el carbón, “a cielo abierto” o en “extracción subterránea”. La selección del método de extracción, viene determinada por la geología del depósito carbonífero. El laboreo de las minas de carbón, es una actividad que se realiza con mayor seguridad que en el pasado. V. EL MERCADO INTERNACIONAL DE CARBÓN El mundo consume actualmente más de 4500 Mt de carbón al año. El carbón se utiliza en diferentes sectores, principalmente en la generación de electricidad, la producción de hierro y acero, la producción de cemento y como combustible líquido. Para la generación de electricidad se utiliza el carbón térmico y para la producción de hierro y acero, el carbón de coque. La mayoría del carbón se consume en los lugares de producción. De las 5.000 millones de toneladas de carbón que se producen cada año, sólo 800 millones de toneladas se destinan al mercado internacional, transportándolo generalmente por barcos. Este tipo de transporte alcanza anualmente la cifra de 500 millones de toneladas. VI. EL CARBÓN Y EL MEDIO AMBIENTE La utilización de la energía para desarrollar las actividades que conocemos, pueden tener un impacto significativo en el medio ambiente. Todos los que trabajamos en el sector del carbón, vivimos con gran entusiasmo los últimos avances en la tecnología de generación limpia con carbón, que permitirá poder seguir utilizando esta fuente necesaria de energía sin la emisión del CO2. Pero no sólo se está avanzando en el cese de emisión de dióxido de carbono sino que también se avanza en la restauración de los espacios generados en la explotación a cielo abierto, en la prevención de la lluvia ácida reduciendo las emisiones de SOx y NOx.
  6. 6. VII. Propiedades El carbón se evalúa de acuerdo con ciertas propiedades. Las más importantes son:  Potencia calorífica: Es la más importante, ya que el calor potencial es la mercancía objeto de compraventa. Depende de la cantidad de humedad y de cenizas, así como de la composición dela materia orgánica.  Humedad: Componente no combustible que aumenta el peso muerto del carbón, consume calor de la parte combustible y debilita su estructura física.  Ceniza: Materia mineral inorgánica que queda como residuo de la combustión. En la mayoría de las minas de carbón funcionan plantas de lavado para la separación de la materia inútil.  Azufre: Impureza inorgánica del carbón. Es perjudicial ya que en la combustión se forman ácidos corrosivos.  Temperatura de fusión de las cenizas: Los carbones pobres producen cenizas fundidas que ocasionan graves averías al obstruir los pasos de aire de las parrillas.  Tamaño: Determinado por el grado de rotura que sufre en la manipulación, pero regulado por la trituración que se realiza durante el proceso.  Triturabilidad: Propiedad de interés principal para la fabricación de cemento y de las instalaciones que utilicen carbón en polvo. Los carbones se diferencian en su dureza, pero la pizarra o pirita (minerales duros), aumenta la dificultad de trituración.  Desmenuzamiento: Propiedad parecida a la triturabilidad, pero perjudicial para los carbones destinados a usos domésticos.  Características de coquificación: Es muy significativa en la clasificación del carbón destinado a los hornos de coque y a la predicción de la eficacia en las parrillas.  Tendencia a formar escorias: Función derivada de la composición de las cenizas y de las condiciones de manipulación. Para la fácil extracción de las cenizas, éstas deben ser granuladas.  Grado de Ignición: Depende de las propiedades del carbón e influye en la velocidad de combustión.  Uniformidad de calidad: Un carbón de calidad pobre pero uniforme puede ser preferible a otro de calidad más elevada pero variable. VIII. Preparación del carbón En las plantas preparadoras se tamiza el mineral en bruto procedente de la mina en varios tamaños para satisfaces las necesidades de los consumidores industriales y domésticos. Antiguamente, los tamaños inferiores a 25 mm se destinaban principalmente al consumo industrial, pero la introducción de la cocina económica desvió el consumo de grandes cantidades de este material más fino hacia el mercado doméstico, que es el más remunerativo. En muchos volcaderos es frecuente la recogida a mano de las piedras minerales y terrones del carbón desde la masa que desciende por la correa transportadora. En las instalaciones equipadas con lavaderos se pueden triturar los terrones muy impuros extraídos de esta forma, para facilitar la separación de las pizarras y materias similares en la operación de lavado subsiguiente.
  7. 7. IX. CLASIFICACIÓN En este trabajo nos centraremos en el carbón de origen mineral. Este carbón se clasifica según su contenido de carbono, por el grado de transformación que han experimentado en su proceso y por el uso al que se adaptan. La escala más recomendada establece cuatro clases: antracita, hulla, turba y lignito.  Antracita Carbón duro que tiene el mayor contenido de carbono fijo y el menor en materia volátil de los cuatro tipos. Contiene aproximadamente un 87,1 % de carbono, un 9,3 % de cenizas y un 3,6 % de material volátil. Tiene un color negro brillante de estructura cristalina. Se utiliza sobre todo como combustible y como fuente de carbono industrial. Aunque se inflama con más diferencia que otros carbones, libera una gran cantidad de energía al quemarse y desprende poco humo y hollín.  Hulla Combustible fósil con una riqueza entre 75 y 90 % y un contenido en volátiles que oscila entre 20 y 35 % y un contenido en volátiles entre 20 y 35%. Es negra, mate y arde con dificultad con una llama amarillenta. Se diferencia del lignito, por su mayor poder calorífico (entre 30 y 36 MJ/Kg). En la revolución industrial se le llamo carbón de piedra, se empleaba como combustible y en la siderurgia. Se usaba para obtener gas ciudad y una gran cantidad de productos químicos, dando lugar a la carboquímica. Ha sido sustituida por el petróleo y el gas natural. Todavía persisten dos aplicaciones.  ALQUITRÁN DE HULLA Liquido negro y viscoso, producido en la destilación del carbón para fabricar coque y gas. Es una mezcla compleja de compuestos orgánicos, sobre todo hidrocarburos. Su composición varía según el tipo de carbón, la temperatura a la que se forma y el proceso utilizado. Esta variación indica que la mayoría de los componentes se forman durante el proceso de coque facción y no existen en le carbón original. Se han identificado 300 compuestos diferentes de los que unos 50 se separan y tienen uso comercial. La separación de los componentes, se realiza mediante extracción y destilación y s produce benceno, naftaleno xileno entre otros. Antes se desechaba sin darle ningún uso. Hoy sus componentes son indispensables para productos como: colorantes, fármacos, explosivos, perfumes…
  8. 8.  Turba Material orgánico compacto, de color pardo amarillento a negro. Se produce así una carbonificación lenta, en la que la turba es la primera etapa de la transformación del tejido vegetal en carbón. El contenido en carbono aumenta del 40% en el material vegetal original, al 60% en la turba. Tiene un poder calorífico inferior a 8.4 MJ/Kg.  Lignito Variedad del carbón de calidad intermedia entre el carbón de turba y el bituminoso. Suele tener color negro pardo y estructura fibrosa o leñosa. Tiene capacidad calorífica inferior (17200 KJ/Kg) a la del carbón común debido al contenido en agua (43,4%) y bajo de carbono (37,8%). El alto contenido de materia volátil (18,8%) provoca la desintegración del lignito expuesto al aire. El término grado se refiere al estado de carbonización a que a llegado el proceso de metamorfismo. En otro tipo de clasificación del carbón se tendría en cuenta el aumento de grado acompañado de: - Disminución de la humedad natural del carbón. - Disminución de la cantidad de materias volátiles que se desprenden por calentamiento. - Aumento de carbono fijo, es decir, la cantidad de residuos de carbón o coque que quedan después de calentar el carbón. - Aumento de potencia calorífica.  Coque Residuo duro y poroso que resulta después de la destilación del carbón. El coque se utiliza como reductor en siderurgia, para la fundición de hierro y obtener acero a partir del arrabio. Tiene un color gris negruzco y un brillo metálico. Contiene, en su mayor parte carbono (92%) y el resto ceniza (8%). Su valor calorífico es muy elevado. El crecimiento de la industria llevó a un aumento de la demanda de coque metalúrgico y pasó a fabricarse como producto principal. El primer método de coquefacción era apilarlo en grandes montones al aire libre, con unos conductos verticales y horizontales. Estos conductos se llenaban de madera a la que se prendía fuego, lo que a su vez inflamaba el carbón. Cuando los elementos volátiles habían desaparecido, las llamas se hacían más débiles. Entonces se sofocaba el fuego con polvo de carbón y se rociaba con agua. Un avance posterior para la producción de coque es hacerlo en hornos de colmenas. En la actualidad, han sido sustituidos por hornos de coque. Son estrechas cámaras verticales con paredes de sílice, calentadas por la combustión del gas que fluye entre los hornos contiguos. Cada horno se carga por una apertura en la parte superior con carbón (10 o 20 Tm.) Y los gases se recogen por otra. El alquitrán de carbón se condensa al contacto con el agua de la tubería principal, y el gas, después de depurarse para eliminar el amoniaco y benceno, se emplea para calentar los hornos. Al final, se saca el coque al rojo de los hornos y lo deposita en una vagoneta que lo llevará a la campana de extinción, donde se le echa agua para enfriarlo.
  9. 9. X. Tipos de minas Para la extracción del mineral se utilizan dos tipos de minas: minas de cielo abierto y laboreo subterráneo.  Mina a cielo abierto: Es en la que el carbón se encuentra cerca de la superficie y se extrae mediante pozos descubiertos. Se necesita una elevada inversión en maquinaria. Casi todas las minas se encuentran a pocos centímetros, algunas alcanzan 25 metros. Antes de explotar la mina, se hace un reconocimiento preliminar del terreno para ver si el yacimiento tiene el grosor adecuado y si las capas justifican ese tipo de mina. También se reconoce si hay carreteras, pozos petrolíferos, gas natural... La extracción de muestras permite saber las características del terreno y determinar la situación del sumidero (excavación practicada en el fondo de la zona carbonera para recoger el agua de la mina). El sistema de vías se debe colocar lo más cerca posible. Si el terreno es grueso se extrae parte del terreno con una pala excavadora y se hace un corte de 0,90 a 1,20 m. de anchura, hasta un punto determinado en cima del carbón. Después la pala carbonera excava una faja de carbón, dejando un hueco en la parte superior para que la pala desencaparadora haga su viaje de regreso. La pala deposita el escombro excavado y se continúa la operación hasta que se agote el carbón. El equipo mecánico puede ser accionado por motores diesel o eléctricos. Se utiliza una aplanadora en combinación con palas mayores para mover la parte final del recubrimiento. Los pozos que quedan después del laboreo a cielo abierto, suelen ser nivelas de forma que el terreno se utilice para fines agrícolas. En la siguiente tabla, se puede ver la producción de carbón por medio de este tipo de mina: PAÍSES % Carbón Checoslovaquia 43,4 Rep. Fed. Alemana 40,1 Canadá 33,7 España 28,2 E.E.U.U 25 Australia 19,1 India 13,6 China 10,6 Reino Unido 5,2 Francia 1,6
  10. 10.  Laboreo subterráneo: El trazado de una mina subterránea bien explotada, con sus vías principales y calles laterales, se asemeja aol de una ciudad moderna. Algunas de las mayores minas de este tipo se extienden sobre una zona de más de 15 Km en cuadro. - Bocaminas- Una vez que se han colocado los filones de carbón que van a sr explotados, se hacen accesibles a las operaciones de laboreo, para lo que se cavan galerías, taludes o pozos. Las galerias son más económicas que lostaludes o pozos, por eso se trabaja normalmente con galerías. Tiene que haber, como mínimo, dos aperturas conectadas con la mina con objeto de facilitar la circulación del aire y establecer una segunda salida, en el caso de que la otra esté taponada por un desprendimiento de tierra. Los pozos suelen ser de corte transversal rectangular, aunque a veces son cilíndricos. -Métodos de laboreo- Se llaman galerías de aspiración o y de salida de aire las galerías de las minas que admiten el aire puro y expulsan el aire enrarecido. Si se necesita más aire del que proporciona uno de estos pasadizos, se abren hasta seis galerías de aspiración y otras tantas de salida. El conjunto constituye una galería de ventilación. También se le puede llamar galería d paso de aire. Las galerías de ventilación se cruzan con pasajes transversales o cruceros de 18 a 30 m. Cuanto tienen esa altura, se practica un nuevo crucero para cuya ventilación se cierra el anterior con un tabique de madera, roca o ladrillo. En las minas de antracita recibe el nombre de galería maestra; respiradero es el nombre que se le da al crucero cuto único fin es devolver el aire desde los puntos en que se efectúan las labores mineras. XI. DIFERENTES TIPOS DE MINAS Ya desde la época del Imperio Romano se han encontrado pruebas de la utilización del carbón como energía. Pero fue a partir del desarrollo de la máquina de vapor de James Watt en 1769 cuando se comenzó a aumentar la demanda de carbón que se utilizaba para el ferrocarril, la producción de acero, barcos de vapor y para producir gas, lo que se denominó como “gas ciudad”, que consistía en la gasificación del carbón, y posterior utilización del gas, para la iluminación. Posteriormente con el desarrollo de la energía eléctrica, el carbón se utilizó para la generación de electricidad. La primera central eléctrica de combustión de carbón entró en funcionamiento en New York en 1882, y fue desarrollada por Thomas Edison. Con los años el uso de carbón se ha mantenido no sólo en la generación de electricidad, dónde un 21% del total de electricidad es generada en España con carbón siendo el porcentaje en Europa del 25%, sino que se utiliza para la producción de acero y otros procesos industriales, como fuente de energía en la fabricación de cementos, fabricación de papel, industria farmacéutica, fabricación de fibras sintéticas, etc.
  11. 11. XII. USOS DEL CARBON Han variado ampliamente de acuerdo con su grado, pero son tres los campos en los que se han distinguido. Su uso de mayor importancia ha sido como combustible para generar energía eléctrica y calor. ( Planta termoeléctricas, uso industrial, doméstico y ferrocarrilero. Un porcentaje considerable del uso mundial del carbón que tenga las propiedades adecuadas ha sido la manufactura del choque de grado metalúrgico. En el pasado se usó el carbón en forma extensa para la producción de gas, y las nuevas investigaciones parecen indicar la tendencia hacia un desarrollo importante en la conversación del carbón a combustibles líquidos y gaseosos para reemplazar el petróleo y gas natural. El carbón fue una de las fuentes principales numerosos y variados productos químicos antes de ser suplantados en gran parte por el petróleo y gas; pero los nuevos desarrollos pueden renovar en el futuro en la misma forma como sucede con su conversación a combustibles líquidos y gaseosos. XIII. APLICACIONES
  12. 12. Evolución del consumo mundial de carbón 1984-2004. El carbón suministra el 25 % de la energía primaria consumida en el mundo, solo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40 % de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbón son: 1. Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis obtenido mediante la gasificación del carbón. 2. Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12 % de la producción mundial de carbón (cifras de 2003). 3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene: 1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono. 2. Acero: entre 0,2 % y 1,2 % de carbono. 3. Fundición: más del 1,2 % de carbono. 4. Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos. 5. Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aún hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación. 6. Carboquímica. La carboquímica es practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo: 1. Amoniaco 2. Metanol 3. Gasolina y gasóleo de automoción a través del proceso Fischer- Tropsch (proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, CO y H2). 7. Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante laSegunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.
  13. 13. Estas dos últimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energía, desperdiciando así un tercio del balance energético global. Debido a la crisis del petróleo se han vuelto a utilizar. XIV. Localización de los yacimientos. El carbón se encuentra en casi todas las regiones del mundo, pero en la actualidad los únicos depósitos de importancia comercial están en Europa, Asia, Australia y América del Norte. En Gran Bretaña, que fue el líder mundial en producción de carbón hasta el siglo XX, existen yacimientos e el sur de Escocia, Inglaterra y Gales. En Centroeuropa hay yacimientos en Polonia la republica checa y Hungría. El yacimiento de carbón más extenso y valioso de la ex Unión Soviética es el situado en la cuenca de Donet, en Liberia Occidental. Hablando de la clasificación de los tipos de carbón: El lignito, es muy frecuente en los países de Europa del este y España, en especial en la provincia de Teruel y en la cuenca del Llobregat. Los principales productores de antracita son: China, Corea del Norte, C. Del Sur, España, Alemania y EE.UU. XV. La riqueza carbonífera de España. La abundancia de terrenos primarios , del periodo Carbonífero, en España, convierte a este país en el primer productor de carbón de toda la cuenca del Mediterráneo. El primer filón de hulla en España se descubrió (1713) en la cuenca central asturiana, que más tarde se transformó en el más importante yacimiento nacional. La explotación del carbón comenzó de forma industrial con la aparición y el desarrollo del ferrocarril y con la instalación de plantas siderúrgicas en Asturias y posteriormente en el eje del Nervión ( Vizcaya ). El carbón asturiano tuvo que competir desde el principio con el británico ya que este se podía obtener a mejores precios que el nacional debido a la escasa potencia de las vetas asturianas. Otro gran centro hullero se forma en los terrenos hercinianos de Sierra Morena, tanto al N (cuenca de Puertollano) como al sur de la cordillera (cuenca del Bélmez). XVI. Reservas de carbón. Las reservas mundiales de carbón son enormes. La cantidad de carbón recuperado desde un punto de vista técnico y económico, proporcionaría cinco veces más energía que las reservas del petróleo crudo. Según el Consejo Mundial de la Energía, las reservas recuperables de antracita y carbón bituminoso ascendían a finales de 1980 a más de 1.2 billones de toneladas. De ese carbón recuperable, China tenía aproximadamente un 43%, EE.UU. un 17%, la Unión soviética un 12%, Sudáfrica un 5% y Australia un 4%.
  14. 14. XVII. Contaminación Ciertos productos de la combustión del carbón pueden tener efectos perjudiciales sobre el medio ambiente. Al quemar carbón, se produce dióxido de carbono entre otros compuestos. Debido al uso extendido del carbón, la cantidad de CO2 en la atmósfera terrestre podría aumentar hasta el punto de provocar cambios en el clima de la tierra. También, el azufre y nitrógeno del carbón forman óxidos durante la combustión que pueden contribuir a la lluvia ácida. La minería subterránea puede provocar silicosis en los mineros, hundimientos del suelo situado sobre las minas y filtraciones de ácido a los acuíferos. La minería a cielo abierto exige una restauración del entorno para que la tierra vuelva a ser productiva y el paisaje se recupere. En 1990, la preocupación del calentamiento de la tierra como resultado del efecto invernadero, hizo que se tomaran medidas para reducir las emisiones de CO2 provocada por el carbón. La solución a estos problemas es costosa y esto hace que el consumo de carbón crezca con lentitud. XVIII. Comunidad Europea del Carbón y del Acero (CECA) Organismo supraoracional europeo que regula los sectores del carbón y del acero los países miembros. Su constitución se estableció por elTratado de París, firmado el 18 de abril de 1951, y se hizo efectiva el 10 de agosto de 1952. Los países que lo constituyen son: Bélgica, Francia, Rep. Fed. Alemana, Luxemburgo Italia y Los Países Bajos. Su presidente, propuso que las empresas del carbón y el acero de la RFA y Francia, quedaran bajo el mando de una única entidad que supervisara su desarrollo. El comercio interior se incrementó en un 100% en 5 años y la producción incremento una quinta parte de la producción total mundial hacia 1974. En 1957, los 6 miembros de la CECA firmaron el Tratado de Roma, en él se establecía la Comunidad Económica Europea, pero no fue hasta el 1 de julio de 1967 cuando la CEE, la CECA y la Comunidad Europea de la energía Atómica se fusionaron en un solo organismo, la Comunidad europea (CE. En 1993 pasaría a convertirse en La Unión Europea (UE). BIBLIOGRAFÍA  Diccionario Español de las ciencias. Editorial Espasa 1999  Enciclopaedia Microsoft Encarta 99  Ciencia y Tecnología Editorial Mc.Graw-Hill 1998  Enciclopedia Ilustrada Editorial Durvan  Tecnología Industrial 1º Bachillerato Editorial Mc.Graw-Hill 1
  15. 15. EL P E T R Ó L E O
  16. 16. ÍNDICE I. ¿Qué es el petróleo? II. Historia del petróleo III. Origen del petróleo IV. Naturaleza del petróleo  Los gases licuados (propano y butano)  Las gasolinas  Los querosenos (petróleo lampante y carburo reactores)  Los gas-oils  Los fuel-oils  Los lubricantes (aceites de engrase)  Las parafinas (ceras de petróleo)  Los betunes (asfalto o brea de petróleo) V. Los Prospección VI. Los Yacimientos de petróleo
  17. 17. 1. ¿Qué es el petróleo? El petróleo es la fuente de energía más importante en la actualidad; además es materia prima en numerosos procesos de la industria química. El origen del petróleo es similar al del carbón . En ambos casos, se hallan en las rocas sedimentarias, pero el petróleo procede de la descomposición de materia orgánica (especialmente restos de animales u grandes masa de placton en un medio marino). Su explotación es un proceso costoso que sólo está al alcance de grandes empresas. El petróleo es un recurso fósil que se emplea como energía primaria; sustituyó al carbón que era la fuente principal de energía a finales del siglo XIX. El porcentaje respecto del total de la energía primaria consumida, en un país industrializado, ha ido aumentando desde principios de siglo hasta hace poco años. La crisis del petróleo, en 1973, motivada por la alarmante subida del precio del petróleo decretada por la OPEP (Organización de Países Exportadores de Petróleo), ha estabilizado el consumo, consiguiendo incluso que varios países diversifiquen su dependencia energética y hagan descender las cifras de las importaciones de petróleo. El petróleo es un líquido de color oscuro, aspecto aceitoso, olor fuerte y densidad comprendida entre 0´8 y 0´95. Está formado por una mezcla de hidrocarburos. 2. Historia del petróleo Desde siempre el petróleo ha sido conocido gracias a los afloramientos de betún sobre la superficie del suelo o por las emanaciones de gas natural, fuegos eternos descritos por autores bíblicos y por Herodoto. Los antiguos chinos lo descubrieron fortuitamente practicando pozos, bastante profundos por la época, en busca de sal gema. Los pueblos de la antigüedad aprovechaban el alquitrán para calafatear sus naves, engrasar los ejes de sus carros, cimentar o impermeabilizar sus habitaciones. En China se sabía transportar el gas mediante canalizaciones de bambú a fin de poder calentar y alumbrar las casas, así como para alimentar hornos y hogares. En la Edad Media se le adjudicaron usos medicinales y farmacéuticos, que estuvieron muy en boga hasta el siglo XIX. Tradicionalmente, se sitúa en 1859 el origen de la industria petrolífera como la perforación del famoso pozo Edwin Laurentine Prake (1819- 1880), que reveló los ricos yacimientos de Pennsylvania y abrió la era del petróleo para lámparas (1860- 1900); le sucedió la de las gasolinas y aceites para automóviles y aviación, después de la de los combustibles líquidos, a partir de 1910 se introdujo en el mundo de la marina, sobre todo desde 1950 domina el de la petroquímica y se halla a las puertas de la biología.
  18. 18. 3. Origen del petróleo El petróleo se origina de una materia prima formada principalmente por detrito de organismos vivos acuáticos, vegetales y animales, que vivían en los mares, las lagunas o las desembocaduras de los ríos, en las cercanías del mar. El petróleo se encuentra únicamente en los medios de origen sedimentario. La materia orgánica se deposita y se va cubriendo por sedimentos; al quedar cada vez a mayor profundidad, se transforma en hidrocarburos, proceso que según las recientes teorías, es una degradación producida por bacterias aerobias primero y anaerobias luego. Estas reacciones desprenden oxígeno, nitrógeno y azufre, que forma parte de los compuestos volátiles de los hidrocarburos. A medida que los sedimentos se hacen compactos por efectos de presión, se forma la "roca madre". Posteriormente, por fenómenos de "migración", el petróleo pasa a impregnar arenas o rocas más porosas y más permeables (areniscas, calizas fisuradas, dolomías), llamadas "rocas almacén ", y en las cuales el petróleo se concentra, y permanece en ellas si encuentra alguna trampa que impida la migración hasta la superficie donde se oxida y volatiliza. 4. Naturaleza del petróleo Cada yacimiento de petróleo está constituido por una mezcla de miles de hidrocarburos diferentes, formados por la asociación de átomos de carbono e hidrógeno, cuyo origen todavía es mal conocido; a esta mezcla se agregan cantidades variables de sustancias que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno: de los más de 1.500 campos petrolíferos conocidos, no se han encontrado aún dos crudos exactamente iguales. Según la predominación de uno de los compuestos característicos, se pueden clasificar los petróleos en: - crudos parafínicos, presentan una proporción elevada de hidrocarburos tipo CnH n+ particularmente parafinas y ceras naturales (Pennsylvania, Libia); - crudos nafténicos, con una cantidad más grande de naftenos,hidrocarburos de la serie anulares o cíclicos (Venezuela); -crudos aromáticos, en los que se encuentran hidrocarburos bencénicos Cn H (Borneo); -crudos sulfurosos, que contienen sulfuro de hidrógeno y mercaptanos formados por la fijación de azufre sobre un hidrocarburo (Oriente Medio); -crudos particulares, como los crudos bituminosos, que son los crudos de muy bajo contenido en azufre, y los crudos polucionados por ácidos, metales (vanadio, níquel, arsénico), sales, agua salada, etc. Por otro lado, algunos hidrocarburos raros o ausentes en el petróleo bruto son sintetizados por cracking o por hidrogenación y se encuentran en los productos petrolíferos después del refino y en petroquímica; tales son las olefinas o hidrocarburos etilénicos Cn H con doble enlace entre los átomos de carbono, los hidrocarburos aromáticos o el acetileno. Para dilucidar la naturaleza compleja del petróleo crudo y sus derivados, se han tenido que poner a punto procedimientos que permiten determinar la composición y las características físico-químicas de los diferentes productos, después estudiar su comportamiento, primero por ensayos de simulación en laboratorio, después en el curso de su utilización real ulterior.
  19. 19.  Los gases licuados (propano y butano) Para estos hidrocarburos comercializados en esta líquido en botellas a presión, empleados en forma gaseosa para cocina, calefacción doméstica, iluminación de camping y uso industriales tales como el oxicorte al propano, se verifica sobre todo que su composición y su volatilidad son correctas : ensayo de evaporación, que mide el residuo "fondo de botella", y tensión de vapor, que mide la presión relativa en el recipiente a la temperatura límite de utilización (50ºC), son los dos criterios básicos. El análisis completo de un producto petrolífero ligero se hace por cromatografía en fase gaseosa; los diversos hidrocarburos, arrastrados sucesivamente por una corriente de gas portador, son detectados e identificados a la salida del aparato, y registrado su volumen relativo.  Las gasolinas La gasolina, sometida a una garantía de utilización particularmente severa tanto como carburante como disolvente, debe, primeramente, estar compuesta por hidrocarburos de volatilidad correcta, lo que se verifica por medio de un test de destilación en alambique automático. Su comportamiento en un motor viene cifrado en laboratorio por diversos índices de octano que miden la resistencia a la detonación y al autoencendido. La gasolina es de natural incolora, pero el aspecto amarillo, rojo o azul de un carburante, conseguido por adición de un colorante artificial, facilita el control de los fraudes.  Los querosenos (petróleo lampante y carburorreactores) Producto básico de la industria petrolífera desde hace cien años, el aceite para lámparas representa aún hoy en día una cierta solución para el alumbrado, la calefacción o las incubadoras. A fin de limitar los riesgos inherentes a la manipulación de un producto fácilmente inflamable, su volatibilidad está limitada por un contenido en gasolina que se mantiene inferior al 10%, verificado en el test de destilación, mientras que otro aparato mide el punto de encendido, que es la temperatura a la cual un producto petrolífero calentado suavemente comienza a desprender suficientes vapores como para provocar su inflamación súbita al contacto con una llamita. Un petróleo bien depurado debe poder arder durante largas horas sin humear y sin desprender carbonilla, lo que se verifica empíricamente por medio de lámparas normalizadas. En el caso de los carburorreactores, se mide además su resistencia a la corrosión, a la congelación y a la formación de emulsiones acuosas, así como su estabilidad térmica: este último test se realiza en el "fuel coker", aparato que reproduce en el laboratorio las condiciones de alimentación y de precalentamiento sufridas por el queroseno en los motores de reacción.
  20. 20.  Los gas-oils Este tipo de productos, intermedios entre los ligeros y los pesados, representa en Europa un importante porcentaje de los destinos del petróleo, en su doble función de carburante diesel (motor de gas-oil) y de combustible (fuel-oil doméstico). El motor diese es bastante menos exigente acerca de la calidad de su carburante que el motor de gasolina; sin embargo, es importante garantizar una gas-oil bien destilado: ni demasiado ligero e inflamable- ensayo de destilación y de punto de encendido - , ni demasiado pesado - medida de la viscosidad y de la temperatura de congelación - . Un ensayo en un motor especial normalizado verifica por último la predisposición del producto a inflamarse espontáneamente (índice de cetano). El fuel - oil doméstico es un gas-oil desgravado de impuestos por lo que su empleo está prohibido a los motores de vehículos. A este efecto es desnaturalizado por agentes trazadores y artificialmente coloreado de rojo . Como para todos los derivados del petróleo, se mide cuidadosamente su contenido en azufre con el fin de limitar la corrosión del aparato utilizador y la polución atmosférica.  Los fuel oils Estos combustibles líquidos son utilizados en la industria y la marina para el calentamiento de hornos y de calderas, así como para ciertos motores Diesel pesados. El control de sus características afecta principalmente a: -La viscosidad, que se determina midiendo, a la temperatura de utilización, en el tiempo de flujo de una determinada cantidad de aceite a través de un orificio calibrado, verificando así que el producto podrá ser bombeado fácilmente. -La potencia calorífica, se evalúa en el calorímetro mediante la combustión en oxígeno de una cantidad pequeña de fuel-oil situada en una bomba metálica: -el contenido del azufre, que se obtiene igualmente con una bomba de oxígeno midiendo la cantidad de anhídrido sulfuroso producido: -el punto de encendido: -el contenido de agua y sedimentos.  Los lubricantes (aceites de engrase) Extremadamente diversos según su destino, estos productos nobles de refino sufren primero los controles clásicos de inflamabilidad (punto de encendido) y de fluidez (viscosidad, punto de derrame ), pero importa por encima de todo probarlos en las condiciones reales o simuladas de su utilización futura. Su estabilidad al calor y la oxidación, por ejemplo verifica 200ºC haciéndolo barbotear en corriente de aire durante doce horas: la viscosidad de un aceite mineral bien refinado es aproximadamente doblada a la salida de este tratamiento, mientras que la de una vegetal será dividida en dos.  Las parafinas (ceras de petróleo) La característica capital de estos derivados sólidos a temperatura normal, en su punto de fusión, que debe ser suficiente elevado para evitar el reblandecimiento de las bujías y el pegado intempestivo de los embalajes parafinados: se mide en el laboratorio anotando la palidez al enfriarse la parafina fundida que corresponde a los primeros síntomas de la solidificación.
  21. 21.  Los betunes (asfalto o brea de petróleo) Hasta hace poco, especialidad de algunas refinerías que los extraían de petróleos brutos particulares, actualmente son productos de gran consumo exigidos en tonelaje creciente para la construcción de carreteras, autopistas, para uniones de inmuebles y otros trabajos de obras públicas, para la industria eléctrica, etc.Son objeto de ensayo de viscosidad, de penetración, de reblandecimiento y de ductibilidad (alargamiento). Figura 1. Principales fracciones del crudo
  22. 22. 5. Prospección La prospección de las acumulaciones de petróleo debe iniciarse por la búsqueda de una roca cuya formación se haya realizado en un medio propicio, es decir, sedimentada en un fondo de bahía o en medio marino o lagunar profundo, y en un ambiente químico reductor. Dicha roca debe ser suficientemente porosa como para almacenar una cantidad rentable de líquido, y tener una permeabilidad que permita su circulación. El tercer requisito es la localización de trampas que hayan permitido la concentración de petróleo en puntos determinados de la roca, (anticlinales, fallas, acuñamientos, etc.) y mantengan unas condiciones hidrodinámicas propias. También se requieren tiempo y espacio suficientes para la formación de la roca madre, de la roca almacén y de las trampas. Los procedimientos de investigación se inician con el estudio de la bibliografía y cartografía reciente del sector; se sigue luego por estudios de geología de superficie, sondeos, análisis de los tejidos de sondeo, y estudios magnéticos, gravimétricos y sísmicos. Los métodos magnéticos registran las distorsiones del campo terrestre debidas a las variaciones de susceptibilidad magnética y del magnetismo permanente de las rocas. La prospección magnetométrica aérea permite detectar con rapidez las anomalías importantes de la estructura del zócalo en áreas muy extensas; se realiza mediante un aparato sujeto al avión, que se orienta automáticamente según el vector del campo magnético terrestre y mide su intensidad total. Así se detectan anomalías magnéticas de carácter local, que están a menudo relacionadas con accidentes del zócalo; otras veces sirven para determinar el espesor de las sedimentarias (puesto que estas no son, por lo general, magnéticas), y delimitar así la cuenca sedimentaria antes de iniciar los sondeos. Los métodos gravimétricos miden las fluctuaciones del campo de gravedad terrestre. Se utilizan especialmente para la localización de domos de sal, con frecuencia relacionados con el petróleo. Ello se debe a que la sal tiene una densidad mucho menor que otros tipos de sedimentos, y las acumulaciones salinas se señalan con un mínimo gravimétrico. Los métodos sísmicos se basan en la creación de un campo artificial de ondas sísmicas mediante cargas explosivas; dichas ondas se propagan según la elasticidad de las capas y son recogidas, tras reflejarse o refractarse, por unos detectores situados en la superficie. Estos métodos facilitan una información más precisa que los anteriores sobre las anomalías de estructura; pero, de todos modos, el sondeo de reconocimiento sigue siendo de gran importancia en la prospección, a pesar de su elevado coste.
  23. 23. 6. Los yacimientos de petróleo El origen del petróleo es verosímilmente orgánico y marino; pero ha sido posible todavía dilucidar el mecanismo de su formación en el curso de milenios, lenta descomposición de la materia viva en el fondo de los océanos bajo el efecto de presión, de los catalizadores y de bacterias, abocando en la unión de moléculas de carbono y de hidrógeno para dar hidrocarburos. El hecho de que se encuentre petróleo en todas las capas geológicas desde el principio de la Era Primaria (Cámbrico) al reciente Terciario (Pleistoceno) se explica por la migración, lento vagabundaje subterráneo del aceite y del gas natural a través de los poros y de los intersticios de las diversas rocas que componen el subsuelo, aplastadas acuíferas hasta que los hidrocarburos encuentran un pliegue donde se acumulan para formar un yacimiento. El descubrimiento de yacimientos puede preverse por técnicas de prospección terrestre y . Si fue relativamente fácil encontrar en el siglo XIX los primeros campos petrolíferos gracias a índices geológicos superficiales, la exploración del subsuelo a profundidades que alcanzan casi los 900 m. debe apelar a todos los recursos de la geofísica. La gravimetría y la magnetometría, que miden respectivamente la aceleración de la gravedad y el magnetismo terrestre, permiten en primer lugar trazar mapas subterráneos o submarinos bastante precisos. La prospección sísmica estudia después con más precisión las formaciones interesantes cuyos contornos se revelan por la reflexión o refracción de las ondas elásticas provocadas por explosiones de cargas detonantes, verdaderos miniseísmos artificiales. Gracias a los registros de geófonos receptores que llegan a trazar cortes de terreno muy precisos. La extensión de estos métodos terrestres a la prospección marina (offshore) supone resueltos los problemas de posicionamiento en alta mar: los levantamientos visuales deben remplazarse por cruces, de ondas hertzianas provenientes de estaciones de tierra o radiosatélites. Las zonas submarinas a explorar son posteriormente balizadas disponiendo en el fondo del mar emisores de ultrasonidos que permiten al navío situarse muy exactamente sobre sus objetivos. Si bien resulta generalmente más cómodo prospeccionar en mar que en tierra, donde se choca con las dificultades de movimientos debido a la naturaleza o al hombre la sísmica marina exige, sin embargo, la puesta a punto de métodos especiales, pues aunque sólo sea para no alterar el equilibrio ecológico de la fauna, las cargas de explosivos están prohibidos en las zonas pesqueras. La onda necesaria se obtiene, pues, por medio de una descarga eléctrica, por emisión brutal de aire comprimido o vapor de agua o mediante detonación de gas.
  24. 24. 7. El refinado de petróleo El petróleo es una mezcla de productos que para poder ser utilizado en las diferentes industrias y en los motores de combustión debe sufrir una serie de tratamientos diversos. Muy a menudo la calidad de un petróleo crudo depende en gran medida de su origen. En función de dicho origen sus características varían: color, viscosidad, contenido. Por ello, el crudo a pie de pozo no puede ser utilizado tal cual. Se hace, por tanto, indispensable la utilización de diferentes procesos de tratamiento y transformación para la obtención del mayor número de productos de alto valor comercial. El conjunto de estos tratamientos constituyen el proceso de refino o refinación del petróleo. Destilación fraccionada del petróleo Diagrama de una torre de destilación. El petróleo natural no se usa como se extrae de la naturaleza, sino que se separa en mezclas más simples de hidrocarburos que tienen usos específicos. A ese proceso se le conoce como destilación fraccionada. El petróleo natural hirviente (a unos 400 grados Celsius) se introduce a la parte baja de la torre de destilación o fraccionamiento; las sustancias más volátiles que se evaporan a esa temperatura pasan como vapores a la cámara superior, donde se enfrían y se condensan, mientras que las fracciones más pesadas quedan en las zonas inferiores. De este proceso se obtienen las siguientes fracciones:  Gases: metano, etano y gases licuados del petróleo (propano y butano)  Nafta, ligroína o éter de petróleo  Gasolina  Queroseno  Gasóleo (ligero y pesado)  Fuelóleo  Aceites lubricantes  Asfalto  Alquitrán
  25. 25. 8. Métodos de mejoramiento de octanaje Para incrementar el octanaje de naftas y gasolinas se utilizan los siguientes métodos: Reforming Es la reformación de la estructura molecular de las naftas. Las naftas extraídas directamente de la destilación primaria suelen tener moléculas lineales por lo que tienden a detonar por presión. Por eso el reformingse encarga de "reformar" dichas moléculas lineales en ramificadas y cíclicas. Al ser más compactas no detonan por efecto de la presión. La reformación puede realizarse de dos maneras distintas, mediante calor (lo cual es muy poco usual y se realiza en menor medida; se denomina reformación térmica) o mediante calor y la asistencia de un catalizador (reformación catalítica). Reformado catalítico (sin aditivos antidetonantes) En el reformado catalítico se deshidrogenan alcanos tanto de cadena abierta como cíclicos para obtener aromáticos, principalmente benceno, tolueno y xilenos, empleando catalizadores de platino -renio -alúmina. En la reformación catalítica el número de átomos de carbono de los constituyentes de la carga no varía. La reformación catalítica es una reacción a través de iones carbono. Alquilación Proceso para la producción de un componente de gasolinas de alto octanaje por síntesis de butilenos con isobutano. El proceso de alquilación es una síntesis química por medio de la cual se une un alcano ramificado al doble enlace de un alqueno, extraído del craking o segunda destilación. Al resultado de la síntesis se le denomina alquilado o gasolina alquilada, producto constituido por componentes isoparafínicos. Su objetivo es producir una fracción cuyas características tanto técnicas (alto octano) como ambientales (bajas presión de vapor y reactividad fotoquímica) la hacen hoy en día, uno de los componentes más importantes de la gasolina reformulada. La alquilación es un proceso catalítico que requiere de un catalizador de naturaleza ácida fuerte, y se utilizan para este propósito ya sea ácido fluorhídrico o ácido sulfúrico. Isomerización La isomerización convierte la cadena recta de los hidrocarburos parafínicos en una cadena ramificada. Se hace sin aumentar o disminuir ninguno de sus componentes. Las parafinas, son hidrocarburos constituidos por cadenas de átomos de carbono asociados a hidrógeno, que poseen una gran variedad de estructuras; cuando la cadena de átomos de carbono es lineal, el compuesto se denomina parafina normal, y si la cadena es ramificada, el compuesto es una isoparafina. La práctica es separar por destilación la corriente de nafta en dos cortes, ligero y pesado; el ligero que corresponde a moléculas de cinco y seis átomos de carbono se alimenta al proceso de isomerización, mientras que el pesado, con moléculas de siete a once átomos de carbono, es la carga al proceso de reformación antes descrito. Las reacciones de isomerización son promovidas por catalizador de platino.

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