HISTORIA DEL PETROLEO

EL PETRÓLEO se conoce desde la prehistoria. La Biblia lo menciona como betún, o como asfalto. Por ejemplo vemos que en el Génesis, capítulo 11 versículo 3, se dice que el asfalto se usó para pegar los ladrillos de la torre de Babel; asimismo el Génesis, capítulo 4 versículo 10, nos describe cómo los reyes de Sodoma y Gomorra fueron derrotados al caer en pozos de asfalto en el valle de Siddim.

También los indígenas de la época precolombina en América conocían y usaban el petróleo, que les servía de impermeabilizante para embarcaciones. Durante varios siglos los chinos utilizaron el gas del petróleo para la cocción de alimentos.

Sin embargo, antes de la segunda mitad del siglo xviii las aplicaciones que se le daban al petróleo eran muy pocas.

Fue el coronel Edwin L. Drake quien perforó el primer pozo petrolero del mundo en 1859, en Estados Unidos, logrando extraer petróleo de una profundidad de 21 metros. También fue Drake quien ayudó a crear un mercado para el petróleo al lograr separar la kerosina del mismo.

Este producto sustituyó al aceite de ballena empleado en aquella época como combustible en las lámparas, cuyo consumo estaba provocando la desaparición de estos animales.Pero no fue sino hasta 1895, con la aparición de los primeros automóviles, que se necesitó la gasolina, ese nuevo combustible que en los años posteriores se consumiría en grandes cantidades. En vísperas de la primera Guerra Mundial, antes de 1914, ya existían en el mundo más de un millón de vehículos que usaban gasolina.

En efecto, la verdadera proliferación de automóviles se inició cuando Henry Ford lanzó en 1922 su famoso modelo "T". Ese año había 18 millones de automóviles; para 1938 el número subió a 40 millones, en 1956 a 100 millones, y a más de 170 millones para 1964. Actualmente es muy difícil estimar con exactitud cuántos cientos de millones de vehículos de gasolina existen en el mundo.

Lógicamente el consumo de petróleo crudo para satisfacer la demanda de gasolina ha crecido en la misma proporción. Se dice que en la década de 1957 a 1966 se usó casi la misma cantidad de petróleo que en los 100 años anteriores. Estas estimaciones también toman en cuenta el gasto de los aviones con motores de pistón.

Posteriormente se desarrollaron los motores de turbina (jets) empleados hoy en los aviones comerciales, civiles y militares. Estos motores usan el mismo combustible de las lámparas del siglo pasado, pero con bajo contenido de azufre y baja temperatura de congelación, que se llama turbosina.

Desde luego, cuando se introdujeron los aviones de turbina, el uso de la kerosina como combustible de lámparas era casi nulo, debido al descubrimiento de la electricidad, de tal manera que en 1964 cerca del 80% del consumo total de ésta era para hacer turbosina.

Otra fracción del petróleo crudo que sirve como energético es la de los gasóleos, que antes de 1910 formaba parte de los aceites pesados que constituían los desperdicios de las refinerías. El consumo de los gasóleos como combustible se inició en 1910 cuando el almirante Fisher de la flota británica ordenó que se sustituyera el carbón por el gasóleo en todos sus barcos. El mejor argumento para tomar tal decisión lo constituyó la superioridad calorífica de éste con relación al carbón mineral, ya que el gasóleo genera aproximadamente 10 500 calorías/kg., mientras que un buen carbón sólo proporciona 7 000 caloría s/kg.Más tarde se extendió el uso de este energético en la marina mercante, en los generadores de vapor, en los hornos industriales y en la calefacción casera.

El empleo del gasóleo se extendió rápidamente a los motores diesel. A pesar de que Rudolph Diesel inventó el motor que lleva su nombre, poco después de que se desarrolló el motor de combustión interna, su aplicación no tuvo gran éxito pues estaba diseñado originalmente para trabajar con carbón pulverizado.

Cuando al fin se logró separar la fracción ligera de los gasóleos, a la que se le llamó diesel, el motor de Rudolph Diesel empezó a encontrar un amplio desarrollo.

La principal ventaja de los motores diesel en relación a los motores de combustión interna estriba en el hecho de que son más eficientes, ya que producen más trabajo mecánico por cada litro de combustible. Es de todo conocido que nuestros automóviles sólo aprovechan del 22 al 24% de la energía consumida, mientras que en los motores diesel este aprovechamiento es del 35%.

Por lo tanto, estos motores encontraron rápida aplicación en los barcos de la marina militar y mercante, en las locomotoras de los ferrocarriles, en los camiones pesados, y en los tractores agrícolas.

Después de este breve análisis de la historia del desarrollo y uso de los combustibles provenientes del petróleo, vemos claramente que el mayor consumidor de estos energéticos es el automóvil.

Así pues, como el automóvil sigue siendo el "rey", la mayor parte de las refinerías petroleras están diseñadas para proveer de gasolina a " Su ajestadad".

Después de la aparición del automóvil, el mundo empezó a moverse cada vez más aprisa, requiriendo día a día vehículos de mayor potencia, y por lo tanto mejores gasolinas.

¿En qué consisten éstas mejores gasolinas? ¿Cómo se logran? ¿Cuáles son sus consecuencias? ¿Qué productos químicos usados para subir el octanaje de las gasolinas son base de las fibras sintéticas? ¿Cuáles son los materiales usados para fabricar más gasolina, que a su vez sirven como materia prima para hacer detergentes sintéticos, plásticos, solventes, lubricantes, alimentos, etc.?

¿QUÉ ES EL PETRÓLEO?

Cualquiera que tenga un cierto sentido de observación puede describir el petróleo como un líquido viscoso cuyo color varía entre amarillo y pardo obscuro hasta negro, con reflejos verdes. Además tiene un olor característico y flota en el agua.

Pero si se desea saber todo lo que se puede hacer con el petróleo, esta definición no es suficiente. Es necesario profundizar el conocimiento para determinar no sólo sus propiedades físicas sino también las propiedades químicas de sus componentes.

Como dijimos anteriormente, el petróleo es una mezcla de hidrocarburos, compuestos que contienen en su estructura molecular carbono e hidrógeno principalmente.

El número de átomos de carbono y la forma en que están colocados dentro de las moléculas de los diferentes compuestos proporciona al petróleo diferentes propiedades físicas y químicas. Así tenemos que los hidrocarburos compuestos por uno a cuatro átomos de carbono son gaseosos, los que contienen de 5 a 20 son líquidos, y los de más de 20 son sólidos a la temperatura ambiente.

El petróleo crudo varía mucho en su composición, lo cual depende del tipo de yacimiento de donde provenga, pero en promedio podemos considerar que contiene entre 83 y 86% de carbono y entre 11 y 13% de hidrógeno.

Mientras mayor sea el contenido de carbón en relación al del hidrógeno, mayor es la cantidad de productos pesados que tiene el crudo. Esto depende de la antigüedad y de algunas características de los yacimientos. No obstante, se ha comprobado que entre más viejos son, tienen más hidrocarburos gaseosos y sólidos y menos líquidos entran en su composición.

Algunos crudos contienen compuestos hasta de 30 a 40 átomos de carbono.

En la composición del petróleo crudo también figuran los derivados de azufre (que huelen a huevo podrido), además del carbono e hidrógeno.

Además, los crudos tienen pequeñas cantidades, del orden de partes por millón, de compuestos con átomos de nitrógeno, o de metales como el fierro, níquel, cromo, vanadio, y cobalto.

Por lo general, el petróleo tal y como se extrae de los pozos no sirve como energético ya que requiere de altas temperaturas para arder, pues el crudo en sí está compuesto de hidrocarburos de más de cinco átomos de carbono, es decir, hidrocarburos líquidos. Por lo tanto, para poder aprovecharlo como energético es necesario separarlo en diferentes fracciones que constituyen los diferentes combustibles como el gasavión, gasolina, turbosina, diesel, gasóleo ligero y gasóleo pesado.

EL PETRÓLEO Y SU FORMACIÓN

Del petróleo se dice que es el energético mas importante en la historia de la humanidad; un recurso natural no renovable que aporta el mayor porcentaje del total de la energía que se consume en el mundo. Aunque se conoce de su existencia y utilización desde épocas milenarias, la historia del petróleo como elemento vital y factor estratégico de desarrollo es relativamente reciente, de menos de 200 años.

Los mayores depósitos de petróleo y los principales productores se encuentran en el Medio Oriente, América Latina (México y Venezuela), África, Europa Occidental, Rusia, Norteamérica y el Lejano Oriente.

Este hidrocarburo puede estar en estado líquido o en estado gaseoso. En el primer caso es un aceite también llamado crudo. En el segundo se conoce como gas natural. Según la teoría más aceptada, el origen del petróleo, y el gas natural es de tipo orgánico (Materia orgánica contenida en las rocas sedimentarias).

Esta materia orgánica está formada fundamentalmente por el fitoplancton y el zooplancton marino, al igual que por resto vegetales y animales, todo lo cual se deposito en los grandes lagos y el lecho de los mares. Estos depósitos se compactan conformando lo que geolicamente se conoce como “Formaciones Sedimentarias “o estratos de rocas sedimentarias. Entre esas capas sedimentarias fue donde se llevo a cabo el fenómeno natural que le dio lugar a la creación del petróleo y el gas natural.

YACIMIENTOS DEL PETRÓLEO

Muchos de los hidrocarburos de uso frecuente se obtienen del petróleo natural. El petróleo es un líquido formado por una mezcla de hidrocarburos en sus tres estados. Contiene también pequeñas cantidades de compuestos de azufre, oxigeno y nitrógeno. El petróleo se encuentra en la naturaleza impregnado rocas de tipo sedimentario como son las arenas o calizas, que se encuentra a profundidades muy diversas. Los principales yacimientos se encuentran en las Repúblicas exsoviéticas, en estados Unidos, en Centroamericana, en el norte de suramericana, en Rumania, y en Oriente Medio: Kuwait, Arabia, Lidia, etc. La extracción del petróleo se realiza mediante la perforación del terreno y un entubado hasta alcanzar el yacimiento. Según la parte alcanzada por la perforación saldrá primero el gas acumulado, el petróleo o el agua salada que le acompaña generalmente.

La mayoría de autores (Álvaro y Royo y Gómez, 1936, Bateman, 1961, Petraschesk, 1965, Hosterman, 1970, entre otras) considera que hay dos tipos principales de yacimientos de arcilla, los cuales se describen a continuación:

·         : Generalmente las partículas arcillosas formadas por la meteorización ARCILLAS SEDIMENTARIASde rocas ígneas aluminicas son arrastradas por corrientes de agua u notro agente y posteriormente depositadas, formando bancos conocidos con el nombre de arcillas sedimentarias. De acuerdo al ambiente en donde se depositan ya sean: Arcillas Marinas, Arcillas de Estuario, Arcillas Lacustre, Arcillas de pantano, Arcillas fluviales.

·         ARCILLAS RESIDUALES O DE RESIDUO: Se forman por la descomposición debida a la meteorización de los componentes aluminicos de rocas ígneas, especialmente de los feldespatos. Estos productos de descomposición permanecen en ese lugar, originando yacimientos arcillosos. Ejemplos de estas arcillas residuales son el caolín y la bentonita principalmente.

EXPLORACIÓN

La ciencia de la exploración consiste básicamente en identificar y localizar esos lugares, lo cual se basa en investigaciones de tipo geológico.

Uno de los primeros pasos en la búsqueda del petróleo es la obtención de fotografías aéreas, imágenes satelitales o imágenes de radar de un área de interés. Esto permite elaborar diversos tipos de mapas que identifican características de un área determinada, tales como vegetación, topografía, corrientes de agua, tipo de roca, fallas geológicas, anomalías térmicas. Esta información permite identificar áreas de mayor potencial, en los que se pueden encontrar las formaciones sedimentarias y estructuras que contengan hidrocarburos. También se utilizan sistemas magnéticos y gravimétricos desde aviones previstos de magnetómetros y gravímetros o en la superficie, con lo cual se recoge información (densidad) que permite diferenciar los tipos de roca del subsuelo.

Así mismo los geólogos emprenden arduos trabajos de campo en los que describe la geología de superficie y toman muestras de roca y suelo para diversos análisis de laboratorio.

Con estos estudios se tiene una primera aproximación de la capacidad de generación de hidrocarburos y de la calidad de rocas almacenadoras que pueda haber en un lugar.

PERFORACIÓN PETROLERA

Si el sitio escogido para el pozo exploratorio está en un área remota, son muchas las labores que deben realizar para poder empezar la perforación. La compañía petrolera tendrá que adelantar la construcción de carreteras y proveer todos los medios de transporte necesarios. Deberá edificar viviendas y talleres y planear el suministro de agua, electricidad y otros servicios indispensable. Una vez que se haya terminado todo este preparativo, podrá iniciarse el levantamiento de la torre, la instalación de la maquinaria y, la perforación del pozo exploratorio. La torre de perforación es una armazón muy recia, generalmente de unos 50 metros de alto, formada con barras de acero. Su oficio primordial es el de subir y bajar el equipo de perforación.

Esta torre tiene varias plataformas, una es su parte más alta, la otra es su parte media y una tercera reforzada cerca de su base, la cual se denomina piso de la torre. La herramienta de perforación es semejante al berbiquí y la broca del carpintero, por la forma como trabajan. La broca de perforación, compuestas de uñas metálicas, se fija a una tubería, la cual a su vez se tornilla una barra cuadrada llamada Kelly. Esta barra atraviesa el orificio cuadrado de un disco de acero (la mesa rotatoria) ubicado en el piso de la torre. Un motor hace girar la mesa rotatoria de tal manera que la barra también gira, y al hacerlo la broca perfora las capas terrestres. Cuando la broca ha alcanzado una profundidad de 8 a 10 metros se devuelve a la superficie con el objeto de agregar un tubo adicional entre la broca y el kelly. Luego se introduce en el pozo y se continúa la perforación. La barra, el tubo y la broca constituyen la zarta de perforación. Mientras la perforación esta en progreso se bombea por la zarta un lodo especial preparado con arcilla, agua y varios productos químicos. El lodo regresa a la superficie por el espacio anular entre la tubería de perforación y la pared del orificio perforado, arrastrando consigo los pedazos de rocas cortados por el taladro. Ya en la superficie, la corriente del lodo pasa a través de una criba con el objeto de retener los pedazos de rocas, y continúa hacia la bomba para ser utilizada nuevamente. Muestras de los pedazos de rocas se recogen para examinarlas, ya que indican la clase de formación que atraviesa el taladro. El lodo de perforación tiene también otras finalidades, tales como el enfriamiento de la broca y la formación de una especie de argamasa sobre las paredes del pozo la cual impide que éstas se derrumben.

A medida que la broca penetra en el subsuelo, un mayor número de secciones de tubo se agregan a la tubería de perforación. Para ello es necesario levantarla dentro de la torre para que el extremo superior de la tubería este sobre el nivel de la mesa rotatoria.

Unos soportes especiales la sostienen mientras que se destornilla la barra y se agrega otra sección de tuberías. Se baja la zarta con este nuevo tubo y se sostiene con los soportes; luego se atornilla nuevamente la barra. La tubería de perforación baja por el orificio hasta que la barra pasa de nuevo a través de la mesa rotatoria. Arranca el motor que mueve la mesa y la perforación continua. Después de algún tiempo, la broca se desgasta y debe remplazarse por una nueva.

Para esto, toda la tubería de perforación tiene que sacarse a la superficie, desatornillarse en secciones de unos 30 metros a medida que va saliendo, y colocarse verticalmente en el piso de la torre. Después de cambiar la broca se atornilla la tubería y se baja de nuevo al pozo, sección por sección. Las paredes del pozo perforado tienen la tendencia a derrumbarse, a pesar de la capa protectora de lodo, especialmente en formaciones de arena o arcilla. Por tal razón, se coloca una tubería de revestimiento de acero para fortalecer las paredes; esto se hace al comienzo, cuando el pozo ha alcanzado poca profundidad; de nuevo, cuando el pozo llega a su final, y algunas veces también en su parte media.

VELOCIDAD DE LA PERFORACIÓN

La velocidad a la cual se perfora un pozo petrolero varia de acuerdo con al dureza de la roca. Algunas veces la broca puede cortar hasta unos 60 metros por hora; pero si se atraviesa una capa de roca muy dura, el progreso es mucho mas lento y puede llegar a ser de solo 35 cm. por hora. La perforación continúa hasta que se encuentre petróleo, o se abandone toda esperanza de encontrarlo. La profundidad de los pozos varía entre 1.000 y 3.500 metros.

PRODUCCIÓN

La producción o explotación del petróleo se hace de acuerdo con las características propias de cada yacimiento.

Para poner un pozo a producir se baja una especie de cañón y se perfora la tubería de revestimiento a la profundidad de las formaciones donde se encuentra el yacimiento. El petróleo fluye por esos orificios hacia el pozo y se extrae mediante una tubería llamada “tubing” o “tubería de producción”.

Si el yacimiento tiene energía propia, generada por la presión y por los elementos que la acompañan al petróleo (por ejemplo gas y agua), este saldrá por sí solo. En este caso se instala en la cabeza del pozo un equipo llamado “Árbol de Navidad”, que consta con un conjunto de válvulas para regular el paso del petróleo.

Si no existe esta presión, se emplean otros métodos de extracción. El mas común ha sido el” Balancín” o “Machin”, el cual, mediante un permanente balanceo, acciona una bomba en el fondo del pozo que succiona el petróleo hacia la superficie.

El petróleo extraído generalmente viene acompañado de sedimentos, agua y gas natural, por la que deben construirse previamente las facilidades de producción, separación y almacenamiento.

Una vez separado se esos elementos, el petróleo se envía a los tanques de almacenamiento y a los oleoductos que lo trasportan hacia las refinerías o hacia los puertos de explotación.

EL TRANSPORTE DEL PETRÓLEO

El crudo que fluye debe realizar viajes largos y antes de ser utilizado debe transportares a la refinería para su transformación en productos de petróleo, estos productos deben distribuirse a los consumidores. En los primeros años, el crudo se empacaba en barriles, hoy en día se utilizan medios como los oleoductos para el transporte terrestre y los buques-tanques para el transporte marítimo.

MÉTODOS MODERNOS PARA TRANSPORTAR EL PETRÓLEO

Un oleoducto es simplemente una larga tubería de un diámetro hasta de 70 centímetros, y se extiende por kilómetros o cientos de kilómetros sobre la tierra hasta llegar a la refinería. El oleoducto esta construido en largas secciones soldadas que se pintan o cubren con materiales protectores para evitar el deterioro. La instalación de tuberías es una tarea ingeniera generalmente en zonas selváticas. También se presenta el problema de cruce de ríos y paso por montañas o selvas densas. La instalación de los oleoductos es bastante costosa. El petróleo crudo se recolecta en tanques centrales de almacenamiento, y de ahí se bombea al oleoducto. Los buques-tanques son barcos de carga especialmente para el transporte del petróleo o sus productos. Los oleoductos y los buques-tanques se utilizan para el transporte en volumen y a largas distancias. Pero cuando ellos deben ser enviados a los principales centros distribuidores o estaciones de servicio, se usan envases. Así, por muchas rutas y métodos, los productos del petróleo llegan al consumidor, quien los utiliza para su transporte, su bienestar y su placer en tierras a menudo muy apartadas de los campos petroleros donde el aceite inicio su viaje.

CONVENIO INTERNACIONAL PARA PREVENIR LA CONTAMINACIÓN DEL MAR POR BUQUES MARPOL 73/78.

Uno de los mayores obstáculos en la aplicación del MARPOL es la falta de conocimiento de su contenido por parte de administradores marítimos, armadores, oficiales mercantes, oficiales navales, y en general de la mayoría de las gentes de mar. La aplicación del MARPOL envuelve la participación de diferentes sectores y es necesario que cada uno tenga conocimiento de sus responsabilidades y deberes.

REFINACION

Una refinaría es un enorme complejo donde ese petróleo crudo se somete en primer lugar a un proceso de destilación o separación física y luego a procesos químicos que permiten extraerle buena parte de la gran variedad que componentes que contiene o derivados que pueden salir de este.

El petróleo tiene una gran variedad de compuestos, al punto de que el se pueden obtener por encima de los 2000 productos.

El petróleo se puede igualmente clasificar en cuatro categorías: parafínico, naftenico, asfáltico o mixto y aromático.

Los productos que se sacan del proceso de refinación se llaman derivados y los hay de dos tipos: los combustibles, como la gasolina, A.C.P.M., etc., y los petroquímicos, tales como polietileno, benceno, etc. Las refinerías son muy distintas unas de otras, según las tecnologías y los esquemas de proceso que se utilicen, así como su capacidad.

En Colombia hay dos grandes refinerías: el Complejo Industrial de Barrancabermeja y la Refinería de Cartagena. A la primera se le llama complejo porque también posee procesos petroquímicos.

Proceso de la Refinación

Destilación Básica

La herramienta básica de refinado es la unidad de destilación. El petróleo crudo empieza a vaporizarse a una temperatura algo menor que la necesaria para hervir el agua. Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas, y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes. El primer material destilado a partir del crudo es la fracción de gasolina, seguida por la nafta y finalmente el queroseno. En las antiguas destilerías, el residuo que quedaba en la caldera se trataba con ácido sulfúrico y a continuación se destilaba con vapor de agua. Las zonas superiores del aparato de destilación proporcionaban lubricantes y aceites pesados, mientras que las zonas inferiores suministraban ceras y asfalto. A finales del siglo XIX, las fracciones de gasolina y nafta se consideraban un estorbo porque no existía una gran necesidad de las mismas; la demanda de queroseno también comenzó a disminuir al crecer la producción de electricidad y el empleo de luz eléctrica. Sin embargo, la introducción del automóvil hizo que se disparara la demanda de gasolina, con el consiguiente aumento de la necesidad de crudo.

Craqueo térmico

El proceso de craqueo térmico, o pirólisis a presión, se desarrolló en un esfuerzo para aumentar el rendimiento de la destilación. En este proceso, las partes más pesadas del crudo se calientan a altas temperaturas bajo presión. Esto divide (craquea) las moléculas grandes de hidrocarburos en moléculas más pequeñas, lo que aumenta la cantidad de gasolina —compuesta por este tipo de moléculas— producida a partir de un barril de crudo. No obstante, la eficiencia del proceso era limitada, porque debido a las elevadas temperaturas y presiones se depositaba una gran cantidad de coque (combustible sólido y poroso) en los reactores. Esto, a su vez, exigía emplear temperaturas y presiones aún más altas para craquear el crudo. Más tarde se inventó un proceso de coque facción en el que sé recirculaban los fluidos; el proceso funcionaba durante un tiempo mucho mayor con una acumulación de coque bastante menor. Muchos refinadores adoptaron este proceso de pirólisis a presión.

Alquilación y craqueo catalítico.

En la década de 1930 se introdujeron otros dos procesos básicos, la alquilación y el craqueo catalítico, que aumentaron adicionalmente la gasolina producida a partir de un barril de crudo. En la alquilación, las moléculas pequeñas producidas por craqueo térmico son recombinan en presencia de un catalizador. Esto produce moléculas ramificadas en la zona de ebullición de la gasolina con mejores propiedades (por ejemplo, mayores índices de octano) como combustible de motores de alta potencia, como los empleados en los aviones comerciales actuales.

En el proceso de craqueo catalítico, el crudo se divide (craquea) en presencia de un catalizador finamente dividido. Esto permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante alquilación, isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje para motores especializados. La fabricación de estos productos ha dado origen a la gigantesca industria petroquímica, que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina, fertilizantes, azufre, disolventes y materias primas para fabricar medicinas, nylon, plásticos, pinturas, poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes.