PETROLEO Educadores Contenidos 1. Qué es el petróleo?.................................. 1 2. Cómo se originó y cómo se genera el petróleo?................... 1 3. Etapas......................................... 4 3.1. Exploración y producción............................ 4 3.2. Transporte.................................... 6 3.3. Refino....................................... 6 3.4. Petroquímica y productos derivados...................... 11 3.5. Distribución y comercialización......................... 13 3.5.1. Logística y redes de distribución...................... 13 3.5.2. Distribución y comercialización...................... 15 4. Importancia del petróleo y sus derivados...................... 15 5. Curiosidades...................................... 16 1 Qué es el petróleo? Petroleum, del latín petra (piedra) y oleum (aceite), que significa aceite de roca. El petróleo crudo es un aceite mineral natural más o menos viscoso cuyo color puede variar desde el negro hasta el verde amarillento y el rojizo y al que acompañan cantidades variables de gas, agua salada, lodo y material rocoso. El petróleo crudo está compuesto por una mezcla compleja de hidrocarburos (compuestos orgánicos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno) y otras impurezas y metales. La composición media del petróleo sería 85 %C, 12 %H y 3 % S+O+N, además de varios elementos metálicos. En función de la región en la que se encuentre, los procesos geológicos-físico-químicos a los que se ha sometido, y los compuestos orgánicos que contiene hace que varíen sus propiedades físicas: densidad, viscosidad, punto de ebullición, etc.
PETROLEO 2 2 Cómo se originó y cómo se genera el petróleo? La historia del petróleo comienza hace unos 50 millones de años, cuando aún la mayor parte del planeta estaba cubierto de agua. Minúsculas plantas y animales poblaban los mares y océanos. Cuando morían iban a parar al fondo de los mares y quedaban cubiertos a gran profundidad por capas de arena y arcilla. La enorme presión de estas capas de sedimentos superpuestas, la ausencia de oxígeno y la acción del calor y de los microorganismos fueron transformando los restos orgánicos conjuntamente con los sedimentos en rocas generadoras de petróleo o rocas madre. Roca madre: roca sedimentaria que contiene un bajo porcentaje variable (0,5 a 15 %) de hidrocarburos. Con el calor de la tierra la materia orgánica y la acción de los microorganismos presentes en los sedimentos se transforma en hidrocarburos mediante un proceso lento y continuo que puede durar millones de años. Por eso se considera que el petróleo es un recurso no renovable, pues el tiempo que tarda en formarse es enorme comprado con la duración de la civilización humana. Al estar a mucha profundidad, la roca madre está sometida a mucha presión haciendo que el petróleo generado vaya moviéndose entre capas permeables y tendiendo a subir hacia la superficie (su densidad es menor que la del agua), aunque por lo general este petróleo no puede alcanzar la superficie porque se encuentra con barreras o sellos impermeables que le impiden continuar, acumulándose y dando origen a un yacimiento. En realidad el petróleo se encuentra embebido o infiltrado en cierto tipo de rocas porosas, al igual que una esponja contiene agua. Otro ejemplo sencillo de comprender es la arena de la playa, donde es fácil distinguir entre arena seca y arena húmeda. Esta última tiene los poros (espacios que hay entre los granos) llenos o saturados de agua, mientras que en la arena seca los poros están llenos de aire. En un yacimiento los poros de la roca madre están saturados con petróleo (o gas). Sabías que menos del 0.5 % de los sedimentos depositados en la historia geológica del planeta constituyen rocas madre eficaces?
PETROLEO 3 Esquema de una roca madre que almacena petróleo. Este se acumula en los poros de la roca. Esquema de de las capas del terreno y la formación de petróleo
PETROLEO 4 3 Etapas 3.1 Exploración y producción Exploración es el término usado en la industria petrolera para designar la búsqueda de petróleo o gas. Desde el siglo XIX se han ido desarrollando nuevas y muy complejas tecnologías que se acompañan por la formación de técnicos y científicos especializados. En la exploración petrolera participan geólogos, geofísicos, geoquímicos, ingenieros, etc. Para encontrar nuevos yacimientos se usan diferentes técnicas y metodologías avanzadas que integran conocimientos de geología, geoquímica y química. Algunos ejemplos son: Métodos aéreos y espaciales: para analizar la topografía Reconocimientos geológicos: para establecer el hábitat de los hidrocarburos. Métodos geofísicos (gravimétrico, magnético y sísmico) para tener una primera aproximación de cómo es la estructura del subsuelo antes de perforar Métodos geoquímicos: para detectar la presencia de hidrocarburos a través del análisis químico de las muestras del suelo Tipos de pozos y perforaciones.
PETROLEO 5 Una vez realizada la perforación de sondeos exploratorios se trata de acceder directamente a las capas del subsuelo susceptibles de contener hidrocarburos y ponerlos en producción comunicando el yacimiento con la superficie. En base a la información que se recoge de los métodos exploratorios, se realiza un cálculo aproximado de tamaño potencial del yacimiento. Una vez determinada la existencia probable de un yacimiento petrolífero, la única manera de confirmarlo y analizar su verdadero potencial es perforándolo. Para ello se construyen las torres metálicas que conforman el pozo, tanto en el mar sobre unas plataformas, como en tierra. Sabias que en muchas ocasiones para alcanzar las reservas de hidrocarburos de los yacimientos profundos en aguas oceánicas es necesario atravesar 2km de agua, 1km de roca y una capa de sal de hasta 2km de espesor? Sabías que en el siglo XIX, 1859, en las primeras extracciones de petróleo se perforaban una decena de metros y hoy se superan los 7000 metros? Terminada la perforación, el pozo está listo para empezar a producir. Aquí puede ocurrir que el petróleo del yacimiento sea impulsado hacia la superficie de forma natural debido a la presión y sin necesidad de ayuda, o que sea necesario empujarlo o bombearlo. El petróleo crudo producido en cada pozo se transporta por tubería a una instalación de superficie donde se realiza la primera separación. En ella el crudo se separa del agua y gas asociados. Una vez separado, el crudo se almacena en tanques. En el caso de plataformas petroleras en el mar, el crudo de transporta mediante oleoductos submarinos o grandes barcos petroleros hacia las plantas de refino y tratamiento o almacenamiento.
PETROLEO 6 3.2 Transporte Los hidrocarburos tienen que viajar desde los yacimientos hasta las refinerías donde se procesa para obtener los productos derivados. Esto se hace a través de barcos petroleros u oleoductos. Los oleoductos son el conjunto de instalaciones que sirve de transporte por tubería del petróleo crudo y los productos petrolíferos líquidos, en bruto o refinados. El término oleoducto comprende la tubería pero también las instalaciones necesarias para su explotación: depósitos de almacenamiento, estaciones de bombeo, red de transmisiones, conexiones y distribuidores, equipos de limpieza, control medioambiental, etc. Los oleoductos tienen distintas capacidades de transporte, dependiendo del tamaño de la tubería. En líneas generales, el diámetro de los oleoductos varía entre 15 cm y 1m. Además pueden ir por la superficie o subterráneos, donde alcanzan los 2 m de profundidad. La velocidad estimada del crudo dentro de los oleoductos es de 5 km/h. Los oleoductos de petróleo crudo comunican los depósitos de almacenamiento de los campos de extracción con los depósitos costeros o, directamente, con los depósitos de las refinerías. El petróleo circula por el interior de la conducción gracias al impulso que proporcionan las estaciones de bombeo, cuyo número y potencia están en función del volumen a transportar, de la viscosidad del producto, del diámetro de la tubería, de la resistencia mecánica y de los obstáculos geográficos a sortear. En condiciones normales, las estaciones de bombeo se encuentran situadas a 50 kilómetros unas de otras. Los barcos petroleros son los mayores barcos de transporte que existen hoy en día en el mundo. Son enormes depósitos flotantes que pueden llegar a medir mas de 400 metros de largo. 3.3 Refino El petróleo crudo no se puede utilizar tal cual se extrae de los yacimientos. Se transporta a las refinerías donde se obtienen los productos de consumo que se comercializan. Las refinerías son grandes y complejas instalaciones donde se lleva a cabo el refino del petróleo. El refino es el conjunto de procesos industriales que separan el crudo en sus distintos componentes a través de procesos termoquímicos.
PETROLEO 7 Los pasos básicos son: Separar: Separacción de las fracciones de hidrocarburos según los rangos de ebullición (también llamados cortes). Purificar: Eliminación de azufre y obtención de ciertos hidrocarburos. Convertir: Conversión de productos pesados a ligeros. Mezclar (blending): Mezcla de productos para obtener las especificaciones requeridas para su distribución y comercialización Los distintos hidrocarburos que componen el crudo se separan en diversas fracciones. Cada fracción es adecuada para una aplicación específica: como combustible o materia prima para la fabricación de productos.
PETROLEO 8 Diagrama de flujo de una refinería. En primer lugar, se calienta en un horno a altas temperaturas antes de pasar a la torre de destilación. La unidad de destilación, es el auténtico corazón de la refinería. En su interior el crudo se separa en sus distintos componentes según su punto de ebullición. Lo primero que se extrae del crudo son los componentes más ligeros, entre ellos, los llamados gases licuados del petróleo. Esta fracción se trata en el proceso de desulfuración y tratamiento para eliminar impurezas y mejorar sus propiedades y calidad. Así se obtienen gases licuados del petróleo como el butano y el propano, dos combustibles muy utilizados en la vida diaria. Descendiendo por la torre, en el siguiente nivel, destilan las naftas. Esta fracción pasa por la unidad de reformado catalítico, donde se mejorarán el octanaje y la calidad. Dando lugar a uno de los componentes principales de las gasolinas. En los complejos petroquímicos las naftas se someten a un proceso de ruptura de moléculas llamada craqueo, en el que se producen materias primas básicas, como el etileno y el propileno, que más tarde en la plantas químicas se utilizan para la producción de productos intermedios esenciales en la fabricación de plásticos para bolsas, filmes para agricultura, calzado y muchos productos más.
PETROLEO 9 Funcionamiento de una torre de destilación. Volviendo a la unidad de destilación, en otro nivel inferior se obtiene el queroseno, que tras un tratamiento con hidrógeno se convierte en el combustible que propulsa los aviones. A continuación destilan los gasóleos, que tras pasar por distintas unidades, entre las que destaca la unidad de desulfuración, se convierten en los principales componentes del gasóleo diesel para automoción y de los gasóleos utilizados en calefacción y otros medios de transporte. Con el objetivo de aprovechar al máximo cada barril de petróleo, la parte más pesada del crudo o residuo atmosférico que no ha destilado en la primera fase, se puede destinar a la formación de fuelóleo, o tratarse de nuevo en las unidades de destilación a vacío. En la unidad de destilación a vacío se obtienen nuevas fracciones que se someten en la zona de conversión a distintos procesos químicos para convertirlas en componentes más li-
PETROLEO 10 geros, que podrán formar parte de los combustibles comerciales. Los asfaltos, los productos más pesados, se obtienen del fondo de la columna de destilación atmosférica. Las gasolinas y gasóleos comerciales son el resultado de los diferentes componentes obtenidos en las unidades de la refinería y mezclados en las unidades de mezcla o blending atendiendo a las especificaciones del mercado. La refinería utiliza en muchos puntos del proceso, vapor, electricidad e hidrógeno. En las unidades de servicios se producen internamente, aprovechando productos del propio proceso de refino y gas natural. Resumiendo, los productos que se obtienen en una refinería son: gases licuados del petróleo (GLP) que son butano y propano, gasolina de automoción, naftas, queroseno o combustible de aviación, gasóleo ligero, gasóleo pesado, aceites lubricantes, fueloleo, y residuos con los que se fabrican ceras y asfaltos. Productos que se obtienen de una refinería. Sabías que las refinerías funcionan los 365 días del año las 24 horas del día y que pueden ser tan grandes como cientos de campos de fútbol?
PETROLEO 11 3.4 Petroquímica y productos derivados La petroquímica es la rama de la tecnología que se dedica a obtener productos químicos derivados del petróleo. El 95 % del petróleo extraído se destina a producir combustibles y lubricantes y con el 5 % restante se producen el 90 % de los objetos de uso cotidiano, y que están fabricados principalmente de plásticos. Derivados del petróleo. Aplicaciones. En cualquier ámbito del día a día, los productos químicos y sobre todo los plásticos, son indispensables. Íntimamente ligadas al petróleo se encuentran la industria textil, que fabrica fibras sintéticas que sustituyen a la lana o el algodón, la industria del caucho que fabrica nuevos productos con iguales propiedades y a veces superiores a las del caucho natural o la industria de envases y embalajes como el polietileno como alternativa al cristal.
PETROLEO 12 Cómo sería nuestra vida diaria sin los productos derivados del petróleo? Desde que nos levantamos por la mañana hasta que nos acostamos por la noche, usamos y estamos rodeados constantemente de productos derivados del petróleo: Ámbito doméstico: productos de droguería y de higiene personal, sofás, colchones, cubos de reciclado, electrodomésticos, electrónica y domótica, cables, muebles, etc. Colegio y oficinas: papeleras para reciclaje, bolígrafos, carpetas de plásticos, rotuladores, pantallas, mochilas, plastilina, pegamentos, reglas, sillas, etc. Ámbito industrial: energía, pilas de combustible, etc. Arquitectura y edificación: aislantes térmicos de fachadas, suelos y techos, tuberías, cubiertas, fachadas, metacrilatos, etc. Ocio y deporte: accesorios deportivos, cascos, chalecos salvavidas, motos, zapatillas de deporte, las camisetas, trajes de esquí, trajes de neopreno para bucear, espinilleras para jugar al futbol, bañadores, tablas de surf, esquíes, raquetas, etc. Tecnología: ordenadores, teléfonos móviles, dvds, auriculares, pantallas, etc. Agricultura: plasticos de los invernaderos, fertilizantes, tuberías de riego, etc. Envases y embalajes: botellas de plástico PET, bandejas de porexpan, cajas para transporte de alimentos, pallets, bolsas de la compra, film transparente, envases para alimentación, envases de yogures, Tupper, containers, etc. Movilidad: elementos que componen coches, aviones, trenes, barcos, bicicletas, motos, autobuses, camiones, etc.
PETROLEO 13 Arte y diseño: creaciones plásticas, cientos de posibilidades en cuanto a tamaños, texturas, colores y características Protección: cascos, guantes, zapatos, gafas, elementos de la seguridad vial (parachoques y otros protectores), alfombras antideslizantes, protectores para los enchufes, airbags, ropa reflectante, chalecos antibalas, ropa ignifuga, hospitales de campaña, ropa impermeable, máscaras de oxígenos de los aviones, lanchas de socorro, paracaídas, etc. Protección del medio ambiente: placas solares, hélices de las turbinas eólicas, etc. Cuidado de la salud: material desechable, capsulas, prótesis, jeringas, blisters, bolsas de sangre, batas quirúrgicas, máscaras, guantes, etc. Sabías que los plásticos suponen sólo un 4 % de la producción total de petróleo? Sabías que los plásticos, una vez utilizados, pueden ser reciclados para la obtención de otros productos o ser usados como fuente de energía? 3.5 Distribución y comercialización Con esta etapa se cierra la cadena industrial iniciada en la exploración de los hidrocarburos. El destino final del petróleo y sus derivados es el consumidor final. En el proceso de distribución intervienen distribuidores mayoristas y minoristas, y se emplean todos los medios posibles para el transporte y venta. Aquí se agrupan las operaciones finales: transportar los productos salidos de la refinería, almacenarlos en depósitos y puntos de venta y, por último, expenderlos a los clientes gracias a una red de comercialización que cubra el conjunto del territorio. 3.5.1 Logística y redes de distribución Logística de productos petrolíferos: Almacenamiento y transporte de productos finales desde las refinerías o centros de importación hasta consumidores finales o EESS. Básica: principalmente red de oleoductos de productos y, minoritariamente gabarras, vagones-cisterna y camiones-cisterna. Capilar: principalmente a través de camión-cisterna, dada su versatilidad.
PETROLEO 14 Suministro a aeronaves: Redes de hidrante y dispensers Unidades repostadoras Bunkering: Se realiza mediante gabarras, tuberías, aparatos surtidores en puerto (pesca marítima) o camiones-cisterna. Logística de la distribución de petróleo en España.
PETROLEO 15 3.5.2 Distribución y comercialización La comercialización incluye el conjunto de actividades destinadas al suministro de los productos derivados del petróleo al consumidor final a través de dos canales de distribución: Estaciones de Servicio (Gasolinas, Go. A y Go. B). Ventas Directas (Go. A, Go.B, Go. C, querosenos y fuelóleos). Canales de la distribución. 4 Importancia del petróleo y sus derivados El petróleo y su gama casi infinita de productos derivados le convierten en uno de los factores más importantes del desarrollo económico y social en todo el mundo. En una u otra de sus muchas formas lo usamos cada día de nuestra vida. El petróleo es un recurso natural no renovable que aporta el mayor porcentaje del total de la energía que se consume en el mundo. La importancia del petróleo no ha dejado de crecer desde sus primeras aplicaciones industriales a mediados del siglo XIX.
PETROLEO 16 Porcentajes de consumo de energía en 2010. 5 Curiosidades En las noticias siempre hablan del barril de petróleo crudo usado como referencia... sabes que es esto? El barril de petróleo es la unidad de volumen empleada para el crudo petrolífero. Tiene su origen en las antiguas barricas en que se transportaba y tiene un valor aproximado de 159 litros. La referencia se refiere a su zona de procedencia. Veamos cuáles son los crudos de referencia: Brent Blend, compuesto de quince crudos procedentes de campos de extracción en los sistemas Brent y Ninian de los campos del Mar del Norte, este crudo se almacena y carga en la terminal de las Islas Shetland. La producción de crudo de Europa, África y Oriente Medio sigue la tendencia marcada por los precios de este crudo. West Texas Intermediate (WTI) para el crudo estadounidense.
PETROLEO 17 Dubái se usa como referencia para la producción del crudo de la región Asia-Pacífico. Tapis (de Malasia), usado como referencia para el crudo ligero del Lejano Oriente. Minas (de Indonesia), usado como referencia para el crudo pesado del Lejano Oriente.