Propano

Antecedentes

El propano es un gas natural compuesto por tres átomos de carbono y ocho átomos de hidrógeno. Se crea junto con una variedad de otros hidrocarburos (como petróleo crudo, butano y gasolina) por la descomposición y reacción de la materia orgánica durante largos períodos de tiempo. Después de que se libera de los campos petrolíferos en las profundidades de la Tierra, el propano se separa de otros productos petroquímicos y se refina para uso comercial. El propano pertenece a una clase de materiales conocidos como gases licuados de petróleo (GLP), que son conocidos por su capacidad para convertirse en líquido a presiones relativamente bajas. Como líquido, el propano es 270 veces más compacto que como gas, lo que permite transportarlo y almacenarlo fácilmente como líquido hasta que esté listo para su uso. Aproximadamente 15 mil millones de gal (57 mil millones de L) de propano se consumen anualmente en los Estados Unidos como gas combustible. Los mayores consumidores son las industrias química y manufacturera, que usan propano como intermediarios químicos y propulsores de aerosoles, seguidas de los hogares residenciales y los establecimientos comerciales, que usan propano para calefacción y en secadoras y parrillas portátiles.

El mundo civilizado ha reconocido desde hace mucho tiempo el valor de los productos derivados del petróleo, con ejemplos documentados de su uso que se remontan a más de 5.000 años. Los antiguos mesopotámicos usaban compuestos similares al alquitrán derivados del petróleo para muchas aplicaciones, incluido el calafateo para mampostería y ladrillos y adhesivos para joyería. Hace unos 2.000 años, los científicos árabes aprendieron uno de los principios básicos de la química del petróleo:que se puede destilar o separar en diferentes partes o fracciones, según sus puntos de ebullición, y que cada fracción tiene sus propias propiedades distintivas.

Se considera que la era moderna de la refinación comenzó en 1859, cuando se encontró petróleo en Pensilvania y Sennaca Oil Company perforó el primer pozo de petróleo allí. Desde una profundidad de 70 pies (21,2 m), el primer pozo de petróleo del mundo produjo casi 300 toneladas (305 toneladas métricas) de petróleo en su primer año, y así nació toda una industria. El propano fue reconocido por primera vez como un componente importante del petróleo en 1910, cuando el propietario de un automóvil de Pittsburgh le preguntó al químico Dr. Walter Snelling por qué el galón de gasolina que había comprado se había agotado a la mitad cuando llegó a casa. El propietario del automóvil pensó que el gobierno debería investigar por qué se estaba engañando a los consumidores, porque la gasolina se estaba evaporando a un ritmo rápido y costoso. Snelling descubrió que una gran parte de la gasolina líquida en realidad estaba compuesta de propano, butano y otros hidrocarburos. Utilizando bobinas de un viejo calentador de agua caliente y otros equipos de laboratorio diversos, Snelling construyó un destilador que podía separar la gasolina en sus componentes líquidos y gaseosos. Desde los días de Snelling, los químicos han hecho tremendos avances en las técnicas para procesar propano y otros GLP. Hoy, la fabricación de gas propano es una industria de $ 8 mil millones en los Estados Unidos.

Materias primas

Debido a que el propano tiene orígenes naturales, no está "hecho" de otras materias primas; en cambio, se "encuentra" en mezclas químicas del petróleo en las profundidades de la tierra. Estas mezclas de petróleo son literalmente aceite de roca, combinaciones de varios fluidos ricos en hidrocarburos. que se acumulan en depósitos subterráneos formados por capas porosas de arenisca y roca carbonatada. El petróleo se deriva de varios organismos vivos enterrados con sedimentos de eras geológicas tempranas. Los organismos quedaron atrapados entre capas de rocas sin oxígeno y no pudieron descomponerse ni oxidarse por completo. En cambio, durante decenas de millones de años, el material orgánico residual se convirtió en petróleo rico en propano a través de dos procesos principales, diagénesis y catagénesis. La diagénesis ocurre por debajo de 122 ° F (50 ° C) cuando la "sopa" orgánica sufre una acción microbiana (y algunas reacciones químicas) que resultan en deshidratación, condensación, ciclación y polimerización. La catagénesis, por otro lado, ocurre a altas temperaturas de 122-424 ° F (50-200 ° C) y hace que los materiales orgánicos reaccionen a través del craqueo termocatalítico, descarboxilación y desproporción de hidrógeno. Estas complejas reacciones forman petróleo en las rocas sedimentarias.

El
proceso de fabricación

La fabricación de propano implica la separación y recolección del gas de sus fuentes de petróleo. El propano y otros GLP se aíslan de mezclas petroquímicas en una de dos formas:por separación de la fase de gas natural del petróleo y por refinamiento del petróleo crudo.

1. Ambos procesos comienzan cuando los campos petroleros subterráneos se explotan mediante la perforación de pozos petroleros. La mezcla de hidrocarburos de gas / petróleo se extrae del pozo y se coloca en una trampa de gas, que separa la corriente en petróleo crudo y gas "húmedo", que contiene gasolina natural, gases licuados de petróleo y gas natural.
2. El petróleo crudo es más pesado y se hunde hasta el fondo de la trampa; luego se bombea a un tanque de almacenamiento de aceite para su posterior refinamiento. (Aunque el propano se aísla más fácilmente de la mezcla de "gas húmedo", se puede producir a partir del petróleo crudo. El petróleo crudo se somete a una variedad de procesos químicos complejos, que incluyen el craqueo catalítico, la destilación del crudo y otros. Si bien la cantidad de propano producida por El procesamiento de la refinería es pequeño en comparación con la cantidad separada del gas natural, aún es importante porque el propano producido de esta manera se usa comúnmente como combustible para refinerías o para producir GLP o etileno).
3. El gas "húmedo" sale de la parte superior de la trampa y se conduce a una planta de absorción de gasolina, donde se enfría y se bombea a través de un aceite de absorción para eliminar la gasolina natural y los gases licuados del petróleo. El gas seco restante, alrededor del 90% de metano, sale de la parte superior de la trampa y se canaliza a los pueblos y ciudades para su distribución por parte de las empresas de servicios públicos de gas.
4. El aceite absorbente, saturado de hidrocarburos, se canaliza a un destilador donde se evaporan los hidrocarburos. Esta mezcla de petróleo se conoce como "gasolina salvaje". El aceite absorbente limpio se devuelve luego al absorbedor, donde repite el proceso.
5. La "gasolina salvaje" se bombea a torres estabilizadoras, donde se extrae la gasolina líquida natural del fondo y se extrae una mezcla de gases licuados de petróleo por la parte superior.
6. Esta mezcla de gases LP, que es aproximadamente el 10% de la mezcla total de gases, puede usarse como una mezcla o separarse en sus tres partes:butano, isobutano y propano (aproximadamente el 5% de la mezcla total de gases).

Control de calidad

Como se describió anteriormente, el propano debe aislarse cuidadosamente de una mezcla compleja de productos petroquímicos que incluye metano, etano, eteno, propeno, isobutano, isobuteno, butadieno, pentano y penteno, por nombrar algunos. Si no se eliminan tales impurezas, el propano o la mezcla de propano y butano no se licuarán adecuadamente. La licuefacción a temperatura y presión adecuadas es fundamental para que el gas sea económicamente útil. La industria del gas licuado ha establecido especificaciones estandarizadas que deben cumplir las mezclas de GLP para que se consideren aceptables para su uso como gas combustible. Las metodologías de prueba estandarizadas para evaluar estas especificaciones están aprobadas y publicadas por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM). Por ejemplo, el GLP conocido como "propano comercial" debe tener una presión de vapor máxima de 200 psig a 100 ° F (38 ° C) y no puede tener más de 0,0017 onzas (0,05 ml) de materia residual. Además, la cantidad permitida de residuo volátil está estrictamente limitada y el gas debe cumplir con las pautas establecidas para la corrosividad del cobre, el contenido de azufre volátil y la humedad. Hay otras mezclas de propano y butano disponibles comercialmente que tienen valores objetivo ligeramente diferentes.

Estos estrictos estándares de calidad hacen del propano un combustible atractivo para el medio ambiente. De hecho, para cumplir con los estándares de las tuberías, casi todos los contaminantes se eliminan del propano antes de que se le permita ingresar a las tuberías. Cuando se usa en quemadores debidamente ajustados y mantenidos, las emisiones de propano cumplen fácilmente con los estándares de aire limpio establecidos por la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Sus pruebas han demostrado que el propano es más seguro para el medio ambiente que otras fuentes de energía de hidrocarburos, y que el propano debidamente procesado se puede utilizar como combustible de motor, que es significativamente más limpio que la gasolina. Los estudios han demostrado que, en comparación con la gasolina, los motores de propano tienen hasta un 45% menos de potencial de formación de ozono. Los resultados de otro estudio reciente de la EPA muestran que el propano reduce las emisiones totales de hidrocarburos en un 29% de acuerdo con las nuevas Normas Federales de Aire Limpio. Además, las emisiones de monóxido de carbono están un 93% por debajo del estándar, las emisiones de hidrocarburos son un 73% por debajo del estándar y las emisiones de óxido de nitrógeno están un 57% por debajo del estándar.

Subproductos / Residuos

Como se detalló anteriormente, la fabricación de propano produce una variedad de subproductos que son económicamente útiles. En realidad, es más exacto pensar en estos no como subproductos sino como coproductos, ya que se producen junto con el propano como parte del refinamiento de petróleo. Estos coproductos pueden estar en forma de sólidos, gases o líquidos. Los sólidos (o semisólidos) incluyen bitumes, sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono y se venden como combustible. Las fracciones líquidas incluyen petróleo crudo, que se refina aún más para dar una variedad de productos. Estos aceites varían drásticamente en apariencia y propiedades físicas como punto de ebullición, densidad, olor y viscosidad. Las diferentes fracciones de petróleo crudo se denominan "ligeras" o "pesadas" según su densidad. El crudo ligero es rico en hidrocarburos parafínicos y de bajo punto de ebullición; Los crudos pesados ​​tienen un punto de ebullición más alto y son más viscosos. Producen una variedad de moléculas similares al asfalto. Muchos de los coproductos de la producción de propano, como el propileno y el butileno, son útiles en el refinado de gasolina, la fabricación de caucho sintético y la producción de petroquímicos.

El futuro

A medida que evoluciona el campo de la química del petróleo, la química del propano seguirá avanzando. Se realizarán mejoras en la forma en que se separa el propano del petróleo. Un área que ofrece oportunidades de avance es el área de producción de pozos de petróleo. Gran parte del gas natural se quema en pozos petrolíferos remotos porque el extenso sistema de tuberías necesario para transportarlo es prohibitivamente caro. Se están realizando esfuerzos para convertir una mayor cantidad de este gas desperdiciado en gases condensables, que podrían almacenarse y transportarse fácilmente. También es importante señalar que es probable que el propano se vuelva cada vez más popular como gas combustible en función de factores económicos y preocupaciones ambientales. De hecho, en la Ley de Aire Limpio de 1990, el Congreso nombró al GLP como uno de los combustibles alternativos de combustión limpia designados para llevar la calidad del aire nacional al siglo XXI.