En la elaboración de la gasolina, el sentido común nos dice que si tenemos moléculas con más átomos de carbono de los que necesitamos, hay que romper las cadenas que unen los átomos de carbono para obtener moléculas más chicas.
En la elaboración de la gasolina, el sentido común nos dice que si tenemos moléculas con más átomos de carbono de los que necesitamos, hay que romper las cadenas que unen los átomos de carbono para obtener moléculas más chicas, cuyo número de carbono sea de cinco a nueve. Pero si las moléculas tiene menos átomos de carbono de los que buscamos, entonces es necesario unir dos, tres o más de ellas entre sí, para agrandarlas hasta conseguir el tamaño deseado.
Para lograr esto, los científicos e ingenieros tuvieron que trabajar conjuntamente para desarrollar las tecnologías requeridas. Esta labor en equipo es larga, laboriosa y muy costosa, pero si se tiene éxito, las compañías que patrocinan la labor obtienen enormes dividendos, ya que quien desee usar sus tecnologías tendrá que pagar mucho dinero por concepto de regalías, lo que indudablemente aumenta el costo final del producto elaborado.
Lo anterior nos permite comprender mejor la diferencia entre países desarrollados y países subdesarrollados. Los primeros tienen tecnología propia, que no es más que el simple conocimiento de cómo satisfacer las necesidades con los recursos disponibles. Mientras tanto, si los segundos no tienen estos conocimientos, se ven obligados a comprárselos a los primeros a un alto costo, pagando con recursos naturales, los cuales les son tomados a precios irrisorios.
Por eso todos los países subdesarrollados cuyo consumo de gasolina y de energéticos en general es elevado, tienen costos de fabricación altos ya que aunque sean productores de petróleo, se ven obligados a pagar regalías en todos los procesos de tecnología extranjera usados en las refinerías. Son dos: los procesos de desintegración térmica y los de desintegración catalítica.
La primera utiliza básicamente temperatura y presión alta para romper las moléculas. Los hidrocarburos que produce se caracterizan por tener dobles ligaduras en sus moléculas, a las cuales se les llama olefinas y son muy reactivas. Cuando tienen de cinco a nueve átomos de carbono y se incorporan a las gasolinas ayudan a subir el índice de octano.
Sin embargo, tienen el inconveniente de ser muy reactivas; al polimerizarse (ver Figura 1), forman gomas que perjudican los motores. Por lo tanto en las mezclas de gasolinas en donde se usan fracciones con alto contenido de olefinas es necesario agregar aditivos que inhiban la formación de gomas.
Los procesos de desintegración térmica se usan principalmente para hacer olefinas ligeras, o sea de dos carbonos (etileno), tres (propileno), cuatro (butenos cuando tienen una sola doble ligadura en la molécula y butadieno cuando tienen dos dobles ligaduras), y cinco (pentenos cuando tienen una sola doble ligadura e isopreno cuando tienen dos dobles ligaduras).
Las fracciones del petróleo que sirven de materia prima o carga pueden ser desde gasolinas pesadas hasta gasóleos pesados. En estos casos siempre se obtienen también las llamadas gasolinas de desintegración. Los procesos de desintegración catalítica también usan temperaturas y presión para romper las moléculas, pero son menores que en el caso anterior, gracias a ciertos compuestos químicos llamados catalizadores.
Fig. 1. Polimerización. Unión de moléculas para hacer más gasolina.
Los catalizadores no sólo permiten que el proceso trabaje a temperaturas y presiones inferiores sino que también aumentan la velocidad de la reacción. Además actúan como "directores" haciendo que las moléculas se rompan de cierta manera; los pedazos se unen y forman preferencial mente un determinado tipo de hidrocarburos.
Así, por ejemplo, una molécula con 16 átomos de carbono como es el hexadecano (C₁₆H₃₄), puede romperse para formar un par de moléculas con 8 átomos de carbono cada una C₈H₁₈ + C₈H₁₆ o sea octano + octeno). El octeno es un hidrocarburo olefínico, es decir, que tiene dos átomos de hidrógeno menos que el octano, que es un hidrocarburo parafínico.
Los procesos de desintegración catalítica para obtener preferencial mente las gasolinas de alto octano usan como carga los gasóleos, o sea la fracción que contienen de 14 a 20 átomos de carbono en sus moléculas. Las gasolinas obtenidas por desintegración catalítica, y en particular las fracciones ligeras, contienen hidrocarburos altamente ramificados, tanto parafínicos como olefínicos. Estas ramificaciones en las moléculas contenidas en la fracción de la gasolina le imparten un alto índice de octano.
En la elaboración de la gasolina, el sentido común nos dice que si tenemos moléculas con más átomos de carbono de los que necesitamos, hay que romper las cadenas que unen los átomos de carbono para obtener moléculas más chicas.
Además de la gasolina también se produce bastante gas, como el isobutano (cuatro átomos de carbono ramificados), y una elevada cantidad de etileno, propileno y butenos. Otros combustibles que se forman son el diesel, la kerosina y otros productos más pesados. Las olefinas gaseosas antes mencionadas forman la materia prima para hacer más gasolina. Como tienen dos, tres y cuatro átomos de carbono, está claro que para obtener productos de cinco a nueve carbonos será necesario unir las moléculas.
En las refinerías existen dos tipos de procesos para llevar a cabo este tipo de reacciones. Uno es la polimerización. Este proceso también usa catalizadores para la obtención de gasolina. Al combustible que resulta se le llama gasolina polimerizada. El otro proceso de síntesis que usa los gases de las desintegradoras es el llamado proceso de alquilación. Es una reacción química de una olefina con una parafina ramificada, en presencia de un catalizador. El producto resultante tendrá también ramificaciones; es decir, los carbonos no estarán en una sola línea.
En este proceso se hacen reaccionar las olefinas como el etileno, el propileno y los butenos, con el isobutano, que es un hidrocarburo parafínico ramificado con cuatro carbonos en su molécula. Al producto obtenido en el proceso anterior se le llama gasolina alquilada. Su alto índice de octano se debe principalmente a las múltiples ramificaciones de los hidrocarburos que lo forman. Por lo general esta gasolina también se usa para hacer gasavión, que es el combustible que emplean las avionetas que tienen motores de pistón.
Procesos para mejorar la Gasolina Natural
La gasolina natural o primaria está compuesta por el número adecuado de carbonos, pero la forma en que están colocados dentro de la molécula no le imparten un buen octanaje. Para mejorar la calidad de esta gasolina existen dos tipos de procesos en las refinerías, que son la isomerización (ver Figura 2) y la reformación. Ambos requieren catalizadores.
En el primer caso los hidrocarburos lineales de los que está compuesta la gasolina natural se ramifican, lo que permite que se incremente su octanaje. Así sucede, por ejemplo, con el heptano normal, que tiene siete átomos de carbono formando una cadena lineal. Como dijimos anteriormente, su índice de octano es de cero. Pero si lo isomerizamos y lo hacemos altamente ramificado obtenemos el isoheptano, que tiene 110 de octano.
Fig. 2. Isomerización. Modificación de los hidrocarburos para elevar octanajes.
El segundo proceso o sea la reformación, no sólo favorece la ramificación de los hidrocarburos como en el caso anterior, sino que también les permite ciclizarse, formando anillos de seis átomos de carbono, y después perder átomos de hidrógeno dándonos los hidrocarburos cíclicos llamados aromáticos.
Éstos están constituidos principalmente por benceno (C₆H₆), tolueno (C₆H₆CH₃), y xilenos (C₆H₆(CH₃)₂).
A los grupos CH₃, que contienen los anillos bencénicos del tolueno y los xilenos, se les llama metilos, El tolueno tiene un solo metilo, mientras que el xileno tiene dos, los cuales, dependiendo de la forma de su unión al anillo bencénico, se llaman ortoxileno, metaxileno, o paraxileno. Estos hidrocarburos aromáticos le imparten un alto índice de octano a la gasolina reformada (proveniente de la reformación catalítica de la gasolina natural).
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