Queroseno

Antecedentes

El queroseno es un destilado de aceite comúnmente utilizado como combustible o disolvente. Es un líquido claro y delgado que consiste en una mezcla de hidrocarburos que hierve entre 302 ° F y 527 ° F (150 ° C y 275 ° C). Si bien el queroseno se puede extraer del carbón, la pizarra bituminosa y la madera, se deriva principalmente del petróleo refinado. Antes de que las luces eléctricas se hicieran populares, el queroseno se usaba ampliamente en las lámparas de aceite y era uno de los productos de refinería más importantes. Hoy en día, el queroseno se utiliza principalmente como aceite para calefacción, como combustible en motores a reacción y como disolvente para aerosoles insecticidas.

Historial

Los subproductos del petróleo se han utilizado desde la antigüedad como adhesivos y agentes impermeabilizantes. Hace más de 2.000 años, los científicos árabes exploraron formas de destilar petróleo en componentes individuales que podrían usarse para fines especializados. A medida que se descubrieron nuevos usos, aumentó la demanda de petróleo. El queroseno fue descubierto en 1853 por Abraham Gesner. Gesner, médico británico, desarrolló un proceso para extraer el líquido inflamable del asfalto, una mezcla cerosa de petróleo. El término queroseno se deriva, de hecho, de la palabra griega para cera. A veces deletreado queroseno o queroseno, también se le llama aceite de carbón debido a su origen asfáltico.

El queroseno era un producto importante en los días previos al alumbrado eléctrico y fue el primer material que se extrajo químicamente a gran escala comercial. El refinamiento masivo de queroseno y otros productos del petróleo comenzó en 1859 cuando se descubrió petróleo en los Estados Unidos. Toda una industria evolucionó para desarrollar técnicas de extracción y purificación de petróleo. El queroseno siguió siendo el producto de refinería más importante a finales de la década de 1890 y principios de la de 1900. Fue superado por la gasolina en la década de 1920 con la creciente popularidad del motor de combustión interna. Se encontraron otros usos para el queroseno después de la desaparición de las lámparas de aceite, y hoy en día se usa principalmente en calefacción residencial y como aditivo de combustible. A finales de la década de 1990, la producción anual de queroseno había aumentado a aproximadamente mil millones de galones (3.8 mil millones 1) solo en los Estados Unidos.

Materias primas

El queroseno se extrae de una mezcla de productos químicos del petróleo que se encuentran en las profundidades de la tierra. Esta mezcla se compone de petróleo, rocas, agua y otros contaminantes en depósitos subterráneos hechos de capas porosas de arenisca y roca carbonatada. El aceite en sí se deriva de organismos en descomposición que fueron enterrados junto con los sedimentos de eras geológicas tempranas. Durante decenas de millones de años, este residuo orgánico se convirtió en petróleo mediante un par de procesos químicos complejos conocidos como diagénesis y catagensis. La diagénesis, que ocurre por debajo de 122 ° F (50 ° C), involucra tanto actividad microbiana como reacciones químicas como deshidratación, condensación, ciclación y polimerización. La catagénesis ocurre entre 122 ° F y 392 ° F (50 ° C y 200 ° C) e involucra agrietamiento termocatalítico, descarboxilación y desproporción de hidrógeno. La combinación de estas complejas reacciones crea la mezcla de hidrocarburos conocida como petróleo.

El
proceso de fabricación

Recuperación de petróleo crudo

• 1 El primer paso en la fabricación de queroseno es recolectar el petróleo crudo. La mayoría de los suministros de petróleo están enterrados profundamente debajo de la tierra y hay tres tipos principales de operaciones de perforación que se utilizan para llevarlo a la superficie. Un método, la perforación con herramientas por cable, implica el uso de un cincel de martillo neumático para desalojar la roca y la tierra para crear un túnel para llegar a los depósitos de petróleo que residen justo debajo de la superficie de la tierra. Un segundo proceso, la Perforación Rotatoria, se utiliza para llegar a los depósitos de petróleo que están mucho más profundos bajo tierra. Este proceso requiere hundir una tubería de perforación con una broca de acero giratoria en el suelo. Este taladro rotatorio gira rápidamente para pulverizar tierra y roca. El tercer proceso de perforación es Off Shore Drilling y utiliza una gran plataforma oceánica para bajar un pozo hasta el fondo del océano.
• 2 Cuando cualquiera de estos procesos de perforación irrumpe en un depósito subterráneo, un géiser entra en erupción a medida que los gases de hidrocarburos disueltos empujan el petróleo crudo a la superficie. Estos gases expulsarán aproximadamente el 20% del petróleo del pozo. Luego se bombea agua al pozo para eliminar más petróleo. Este proceso de lavado recuperará aproximadamente el 50% del aceite enterrado. Añadiendo un tensioactivo al agua se puede recuperar aún más aceite. Sin embargo, incluso con el lavado más riguroso, sigue siendo imposible eliminar el 100% del petróleo atrapado bajo tierra. El petróleo crudo recuperado se bombea a grandes tanques de almacenamiento y se transporta a un sitio de refinación.
• 3 Una vez que se recolecta el aceite, se eliminan los contaminantes graves como los gases, el agua y la suciedad. La desalación es una operación de limpieza que se puede realizar tanto en el campo petrolífero como en el sitio de la refinería. Una vez lavado el aceite, el agua se separa del aceite. Las propiedades del petróleo crudo se evalúan para determinar qué productos derivados del petróleo se pueden extraer mejor de él. Las propiedades clave de interés incluyen la densidad, el contenido de azufre y otras propiedades físicas del aceite relacionadas con la distribución de su cadena de carbono. Dado que el petróleo crudo es una combinación de muchos materiales de hidrocarburos diferentes que son miscibles entre sí, debe separarse en sus componentes antes de que pueda convertirse en queroseno.

Separación

• 4 La destilación es un tipo de proceso de separación que implica calentar el petróleo crudo para separar sus componentes. En este proceso, la corriente de aceite se bombea al fondo de una columna de destilación donde se calienta. Los componentes de hidrocarburos más ligeros de la mezcla se elevan a la parte superior de la columna y la mayoría de las fracciones de alto punto de ebullición se dejan en la parte inferior. En la parte superior de la columna, estos vapores más ligeros llegan al condensador que los enfría y los devuelve a un estado líquido. Las columnas que se utilizan para separar los aceites más ligeros son proporcionalmente altas y delgadas (hasta 116 pies [35 m] de altura) porque solo requieren presión atmosférica. Las columnas de destilación altas pueden separar de manera más eficiente mezclas de hidrocarburos porque permiten más tiempo para que los compuestos de alto punto de ebullición se condensen antes de llegar a la parte superior de la columna.

  Para separar algunas de las fracciones más pesadas de aceite, las columnas de destilación deben funcionar a aproximadamente una décima parte de la presión atmosférica (75 mm Hg). Estas columnas de vacío están estructuradas para ser muy anchas y cortas para ayudar a controlar las fluctuaciones de presión. Pueden tener más de 40 pies (12 m) de diámetro.

• 5 Las fracciones líquidas condensadas se pueden recolectar por separado. La fracción que se recolecta entre 302 ° F y 482 ° F (150 ° C y 250 ° C) es queroseno. En comparación, la gasolina se destila entre 86 ° F y 410 ° F (30 ° C y 210 ° C). Al reciclar el queroseno destilado a través de la columna varias veces, se puede aumentar su pureza. Este proceso de reciclaje se conoce como reflujo.

Purificación

• 6 Una vez que el aceite se ha destilado en sus fracciones, es necesario un procesamiento adicional en una serie de reactores químicos para crear queroseno. El reformado catalítico, la alquilcanación, el craqueo catalítico y el hidroprocesamiento son cuatro de las principales técnicas de procesamiento utilizadas en la conversión de queroseno. Estas reacciones se utilizan para controlar la distribución de la cadena de carbono mediante la adición o eliminación de átomos de carbono de la cadena principal de hidrocarburos. Estos procesos de reacción implican transferir la fracción de petróleo crudo a un recipiente separado donde se convierte químicamente en queroseno.
• 7 Una vez que el queroseno ha reaccionado, se requiere una extracción adicional para eliminar los contaminantes secundarios que pueden afectar las propiedades de combustión del aceite. Los compuestos aromáticos, que son estructuras de anillos de carbono como el benceno, son una clase de contaminante que debe eliminarse. La mayoría de los procesos de extracción se llevan a cabo en grandes torres que El proceso de destilación del queroseno. maximizar el tiempo de contacto entre el queroseno y el disolvente de extracción. Los disolventes se eligen en función de la solubilidad de las impurezas. En otras palabras, las impurezas químicas son más solubles en el solvente que en el queroseno. Por lo tanto, a medida que el queroseno fluye a través de la torre, las impurezas tenderán a pasar a la fase de disolvente. Una vez que se han eliminado los contaminantes del queroseno, el disolvente se elimina dejando el queroseno en un estado más purificado. Las siguientes técnicas de extracción se utilizan para purificar el queroseno.

  El proceso de extracción de Udex se hizo popular en los Estados Unidos durante la década de 1970. Utiliza una clase de productos químicos conocidos como glicoles como disolventes. Tanto el dietilenglicol como el tetraetilenglicol se utilizan porque tienen una alta afinidad por los compuestos aromáticos.

  El proceso Sulfolane fue creado por la empresa Shell en 1962 y todavía se utiliza en muchas unidades de extracción 40 años después. El solvente usado en este proceso se llama sulfolano, y es un compuesto polar fuerte que es más eficiente que los sistemas de glicol usados ​​en el proceso Udex. Tiene una mayor capacidad calorífica y una mayor estabilidad química. Este proceso utiliza un equipo conocido como contratista de disco giratorio para ayudar a purificar el queroseno.

  El proceso de Lurgi Arosolvan utiliza N-metil-2-pirrolidinona mezclada con agua o glicol, lo que aumenta la selectividad del disolvente para los contaminantes. Este proceso involucra torres de extracción de múltiples etapas de hasta 20 pies (6 m) de diámetro y 116 pies (35 m) de altura.

  El proceso de dimetilsulfóxido implica dos pasos de extracción separados que aumentan la selectividad del solvente por los contaminantes aromáticos. Esto permite la extracción de estos contaminantes a temperaturas más bajas. Además, los productos químicos utilizados en este proceso no son tóxicos y son relativamente económicos. Utiliza una columna especializada, conocida como columna Kuhni, que tiene hasta 10 pies (3 m) de diámetro.

  El proceso de Union Carbide usa el solvente tetraetilenglicol y agrega un segundo paso de extracción. Es algo más engorroso que otros procesos con glicol.

  El proceso Formex utiliza N-formil morfolina y un pequeño porcentaje de agua como solvente y es lo suficientemente flexible como para extraer aromáticos de una variedad de materiales de hidrocarburos.

  El proceso Redox (Recycle Extract Dual Extraction) se utiliza para el queroseno destinado a su uso en combustible diesel. Mejora el octanaje de los combustibles eliminando selectivamente los contaminantes aromáticos. El queroseno de bajo contenido aromático producido por estos procesos tiene una gran demanda para combustible de aviación y otros usos militares.

Procesamiento final

• 8 Una vez completada la extracción, el queroseno refinado se almacena en tanques para su envío. Se entrega en camiones cisterna a las instalaciones donde se empaqueta el queroseno para uso comercial. El queroseno industrial se almacena en grandes tanques de metal, pero se puede envasar en pequeñas cantidades para uso comercial. Se pueden usar recipientes de metal porque el queroseno no es un gas y no requiere recipientes de almacenamiento presurizados. Sin embargo, su inflamabilidad dicta que debe manipularse como una sustancia peligrosa.

Control de calidad

Los procesos de destilación y extracción no son completamente eficientes y algunos pasos de procesamiento pueden tener que repetirse para maximizar la producción de queroseno. Por ejemplo, algunos de los hidrocarburos no convertidos pueden separarse mediante destilación adicional y reciclarse para otro paso al convertidor. Al reciclar los desechos de petróleo a través de la secuencia de reacción varias veces, se puede optimizar la calidad de la producción de queroseno.

Por productos / Residuos

Una parte de las fracciones de petróleo restantes que no se pueden convertir en queroseno se puede utilizar en otras aplicaciones, como aceite lubricante. Además, algunos de los contaminantes extraídos durante el proceso de purificación se pueden utilizar comercialmente. Estos incluyen ciertos compuestos aromáticos como la parafina. Las especificaciones para el queroseno y estos otros subproductos del petróleo son establecidas por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) y el Instituto Estadounidense del Petróleo (API).

El futuro

El futuro del queroseno depende del descubrimiento de nuevas aplicaciones y del desarrollo de nuevos métodos de producción. Los nuevos usos incluyen la creciente demanda militar de queroseno de alto grado para reemplazar gran parte de su combustible diesel con JP-8, que es un combustible para aviones a base de queroseno. La industria del combustible diesel también está explorando un nuevo proceso que implica agregar queroseno al combustible diesel con bajo contenido de azufre para evitar que se gelifique en climas fríos. La aviación comercial puede beneficiarse al reducir el riesgo de explosión del combustible de aviación al crear un nuevo queroseno de baja nebulización. En el sector residencial, se prevé que los calentadores de queroseno nuevos y mejorados que brindan una mejor protección contra incendios aumenten la demanda.

A medida que aumente la demanda de queroseno y sus subproductos, los nuevos métodos de refinación y extracción de queroseno serán aún más importantes. Un nuevo método, desarrollado por ExxonMobil, es una forma económica de extraer parafina normal de alta pureza del queroseno. Este proceso utiliza amoníaco que absorbe los contaminantes de manera muy eficiente. Este método utiliza tecnología de adsorción de lecho fijo en fase de vapor y produce un alto nivel de parafina con una pureza superior al 90%.

Dónde obtener más información

Libros

Enciclopedia de tecnología química de Kirk Othmer. Vol. 18. John Wiley and Sons, 1996.

Publicaciones periódicas

Kovski, Alan. "Las nuevas leyes sobre el queroseno empiezan con baches". The Oil Daily 48 (1998).

"Parafinas, Normal". Procesamiento de hidrocarburos 80 (2001):116.

Randy Schueller