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SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN SEMANA 3 Procesos extractivos Todos los derechos de autor son de la exclusiva propiedad de IACC o de los otorgantes de sus licencias. No está permitido copiar, reproducir, reeditar, descargar, publicar, emitir, difundir, poner a disposición del público ni utilizar los contenidos para fines comerciales de ninguna clase. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN APRENDIZAJE ESPERADO Analizar métodos, aplicación en la industria, equipos y maquinarias, además de diagramas de flujo de los procesos extractivos de gas y petróleo. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN APRENDIZAJE ESPERADO Analizar métodos, aplicación en la industria, equipos y maquinarias, además de diagramas de flujo de los procesos extractivos de gas y petróleo. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN APRENDIZAJES ESPERADOS ................................................................................................................. 2 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 1. TIPOS DE PROCESOS EXTRACTIVOS EXTRACT IVOS II .................................. ................ ................................... ................................... .................................... ..................... ... 5 1.1 GAS .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... .............................. ............ 5 1.1.1 CARACTERÍSTICAS CARACTER ÍSTICAS ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 5 1.1.2 METODOS DE EXTRACCIÓN EXTRACCIÓ N ................................. ............... ................................... ................................... .................................... ..................... ... 6 1.1.3 APLICACIÓN APLICAC IÓN INDUSTRIAL .................................. ................ ................................... ................................... .................................... ...................... .... 12 1.1.4 EQUIPOS Y MAQUINARIAS MAQUINAR IAS .................................. ................ ................................... ................................... .................................... .................... 13 1.1.5 DIAGRAMAS DIAGRAM AS DE FLUJO .................................. ................ ................................... ................................... .................................... ......................... ....... 16 1.2 PETRÓLEO PETRÓL EO................................. ................ .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... .................... 18 1.2.1 CARACTERISTICAS CARACTER ISTICAS ................................. ................ ................................... ................................... ................................... .................................. ................ 18 1.2.2 METODOS DE EXTRACCIÓN EXTRACCI ÓN ................................. ............... ................................... ................................... .................................... .................... 19 1.2.3 APLICACIÓN APLICAC IÓN EN LA INDUSTRIA .................................. ................ ................................... ................................... ............................... ............. 22 1.2.4 EQUIPOS Y MAQUINARIAS MAQUINAR IAS .................................. ................ ................................... ................................... .................................... .................... 24 1.2.5 DIAGRAMAS DIAGRAM AS DE FLUJO .................................. ................ ................................... ................................... .................................... ......................... ....... 26 COMENTARIO FINAL .......................................................................................................................... 29 REFERENCIAS ..................................................................................................................................... 30 IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN INTRODUCCIÓN Entre los distintos tipos de procesos industriales que se pueden encontrar están aquellos en los cuales el objetivo principal es lograr la separación o extracción de sustancias de interés económico contenidas en algún tipo de mezcla, como en el caso de los procesos de extracción minera, de petróleo y gas natural. De acuerdo a la naturaleza física del petróleo y el gas natural es que se define su separación. En este sentido, se encuentran las separaciones sólido-sólido, como la de los minerales, y sólido-gas, como la del gas natural; en ambas la sustancia a separar se IACC-2017 encuentra contenida en una mezcla solidogas, sólido-líquida o sólido-sólido. En este documento se describirá en forma general los procesos extractivos del gas natural y del petróleo, sus etapas y características. Cada etapa será objeto de estudio y se analizarán los métodos que aplican los ingenieros para su diseño. Asimismo, se identificarán las operaciones unitarias, principios físico-químicos involucrados y los términos químicos utilizados. SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 1. TIPOS DE PROCESOS EXTRACTIVOS II 1.1 GAS 1.1.1 CARACTERÍSTICAS El gas natural es una mezcla de hidrocarburos de origen fósil, que se encuentra en estado gaseoso en el interior de la tierra, constituyendo así una fuente de energía no renovable. Sus principales características son: En cuanto a la composición química, esta varía en función del yacimiento del cual se extrae. Generalmente, está compuesto por metano, etano, propano, butano, pentano, una pequeña proporción de nitrógeno, dióxido de carbono, ácido sulfúrico, helio e impurezas (vapor de agua, derivados del azufre), siendo el metano el componente que se encuentra en mayor proporción (70%-97%). • Es más liviano que el aire, por lo que no se acumula en lugares abiertos o ventilados, aminorándose el peligro de explosión. • Es inodoro, razón por la cual antes de ser distribuido a los hogares e industrias se le adiciona una sustancia denominada odorante. • • No es tóxico, por lo que no genera envenenamiento en caso de ser inhalado. Es menos inflamable que otros combustibles que se utilizan tanto en los hogares como en las industrias. • Es más amigable con el medioambiente en comparación con otras fuentes de energía, ya que emite un bajo nivel de partículas, permitiendo que se reduzca la contaminación del aire. • Es importante mencionar que todos sus componentes se someten a un proceso de separación para quedarse solamente con el metano y etano, dando origen al gas natural seco, que es el que se distribuye por los gasoductos para ser usado en los hogares y en las industrias. Mediante la ruptura de los enlaces que forman sus átomos es posible liberar la energía contenida en ellos, en un proceso llamado combustión, para luego aprovecharla. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Composición del gas natural. Fuente: https://goo.gl/aDcuZi (p. 1) El proceso de extracción del gas natural está formado por un conjunto de etapas u operaciones, cuyo objetivo es lograr la extracción del gas desde los yacimientos y procesarlo para su posterior utilización como fuente de energía. Las operaciones o etapas son :     Exploración. Extracción. Tratamiento. Almacenamiento y distribución. 1.1.2 METODOS DE EXTRACCIÓN 1.1.2.1 EXPLORACIÓN Las acumulaciones de gas natural se ubican bajo la superficie de la tierra a miles de metros de profundidad y para su localización es necesario aplicar distintas técnicas basadas en propiedades geofísicas y geológicas, magnéticas y sísmicas, para concluir con el sondaje exploratorio. Una vez detectada la presencia del gas natural, se recopilan suficientes datos acerca de la profundidad de su ubicación, volumen aproximado, características de las rocas ubicadas sobre el yacimiento y su composición química, mediante la construcción de una torre de estructura metálica en la cual se instala una sonda para acceder a la bolsa de gas. Con toda esta información se evalúa si será o no rentable la explotación del hallazgo. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN El actual procedimiento que se utiliza para la detección del yacimiento de gas natural es la exploración sísmica, a través de la cual se obtiene una imagen del subsuelo, pudiéndose así detectar la presencia de gas. Esta técnica consiste en generar de manera artificial ondas acústicas, las cuales se desplazan por las capas del subsuelo y son reflejadas hacia la superficie, siendo captadas y registradas mediante detectores denominados geófonos. La exploración sísmica es una técnica más perfeccionada, genera mejores resultados y es una actividad de bajo impacto para el medioambiente. Detección de gas natural por exploración sísmica. Fuente: https://goo.gl/61oYgs 1.1.2.2 EXTRACCIÓN Existen dos tipos de yacimientos de gas: 1. No asociados o independientes: en donde solo se encuentra gas. 2. Asociado o mezclado: ya que aparece en yacimientos de petróleo y con otros gases e hidrocarburos. El método de extracción de los gases naturales generalmente es por perforación del suelo. Luego, se ingresan tubos y, dependiendo de la necesidad, puede ser que el gas ascienda por sí solo o requiera un sistema de propulsión (cuando está líquido junto a otros componentes). Hay dos tipos de perforaciones comunes de donde se extrae el gas natural, las cuales son: IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 1- Perforación terrestre: se aplica cuando el gas natural se encuentra en el continente, se emplea maquinaria pesada que permite penetrar las capas de la corteza terrestre, incrementando la profundidad de la perforación hasta llegar al yacimiento. 2- Perforación submarina: se realiza cuando el yacimiento se encuentra ubicado en el mar. Las instalaciones y equipos se sitúan en una plataforma sobre el océano (en aguas profundas) que puede estar apoyada sobre flotadores o descansar sobre cimientos anclados en la base submarina. Debe tener resistencia a los movimientos de la marea y a las condiciones climáticas de la zona. Para este tipo de extracción se utiliza maquinaria semisumergible. 1.1.2.3 TRATAMIENTO Una vez extraído el gas natural se tiene que tratar para que cumpla con los estándares de calidad y pueda dársele un uso doméstico y comercial. El tratamiento que se efectúa es la separación, en donde se elimina el agua y demás impurezas hasta obtener una mezcla compuesta únicamente por metano y etano, dando origen así al gas natural seco, que será el que se distribuirá por los gasoductos hasta los hogares y las industrias. Algunos mecanismos de separación son: - - Por fuerza de gravedad. Consiste en la separación de partículas sólidas contenidas en gases y líquidos a través de un método que sedimenta aprovechando la gravedad. Por fuerza centrífuga. Corresponde a la decantación selectiva de los componentes insolubles en una mezcla sometida condiciones de gravedad artificial. Por cambio en la cantidad de movimiento . Consiste en la aplicación de un brusco cambio de dirección sumado a un incremento en la cantidad de movimiento, de manera que las partículas de las fases livianas se moverán más rápido que las de la fase pesada, produciéndose así la separación. Por fuerza electrostática. Consiste en someter la emulsión a un campo eléctrico intenso, generado por la aplicación de un alto voltaje entre dos electrodos cuyo efecto produce la atracción entre las gotas de agua que al aumentar de tamaño permiten la sedimentación por gravedad. Para efectuar la separación se utilizan separadores, de los cuales existen diversos tipos que se clasifican según: - Número y tipo de fases a tratar. Forma y posición del separador. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Para su elección, se deben considerar los siguientes factores: - Ventajas y desventajas entre separadores y depuradores. El número de etapas necesarias. Diseño del equipo, diámetro, longitud, tiempo de residencia. Métodos para seleccionar los separadores. Procedimiento para iniciar y detener el funcionamiento del separador. A continuación, se puede apreciar un separador vertical, en el cual las gotas del líquido tienden a separarse de la fase gaseosa debido aque la fuerza de gravedad es mayor que la fuerza de arrastre del fluido. Diagrama de un separador vertical. Fuente: https://goo.gl/MGpGih Deshidratación: El agua se debe eliminar, ya que disminuye la capacidad calorífica del gas natural. Para este objetivo se utiliza etilenglicol en un proceso de absorción. Este método implica la selección de un desecante líquido que cumpla con las siguientes condiciones: - Alta eficiencia de absorción. No debe ser corrosivo ni tóxico. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN - No debe reaccionar con los gases de hidrocarburos. En la adsorción se utilizan desecantes sólidos y el vapor de agua se adhiere a la superficie sólida. El gas húmedo (1) (ver figura Nº 1) circula a través del separador de entrada (2), donde se desprende de algunas impurezas, entra a la absorbedora justamente a su punto de rocío, inicia su recorrido ascendente (3), se pone en contacto con el TEG pobre que a su vez desciende desde el tope de la columna (4), se seca durante el ascenso y deja finalmente la unidad por su parte superior (5), como gas seco. Esta corriente intercambia calor con el TEG pobre (10), siendo su temperatura final 108 °F. Figura Nº1. Deshidratación del gas con glicol. Fuente: https://es.slideshare.net/potacis/deshidratacin-con-teg (slide 5) Desulfuración: En esta etapa se eliminan el H 2S (ácido sulfúrico) y CO 2 (dióxido de carbono), ambos gases ácidos que en presencia de agua pueden formar soluciones corrosivas que dañan válvulas, tuberías y equipos La remoción del ácido sulfúrico se debe a su toxicidad. Disuelto en agua es corrosivo para el acero. En el caso del dióxido de carbono, su remoción es para evitar la formación de hielo seco o dióxido de carbono sólido. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Estos procesos pueden desarrollarse en una o varias etapas, incluyendo reciclado de etapas múltiples cuyo objetivo es lograr la mayor separación posible de impurezas. Estos procedimientos pueden ser por absorción (proceso húmedo) o adsorción (proceso seco). El sistema de biofiltración del esquema (figura Nº 2) consiste en una columna de vidrio de relleno con un empaque de fibra vegetal que cuenta con un distribuidor de líquidos en el tope. El soporte del relleno está construido a partir de una malla de cobre que permite el paso de ambas fases (líquida y gaseosa). El flujo de gas natural a desulfurar se mide con un rotámetro y a la salida de este se conecta un divisor de flujo de tipo Y donde una de las corrientes se dirige al fondo de la columna y la otra hacia un manómetro. La alimentación del lodo residual al sistema se realizó con una bomba peristáltica, midiéndose a partir de un flujómetro. Figura Nº 2. Esquema del sistema de biofiltración para desulfuración de gas natural  Fuente: https://goo.gl/Sy2en3 Recuperación de hidrocarburos líquidos o condensados: Para la recuperación de hidrocarburos líquidos se aplica: Refrigeración simple: se separan el propano y los hidrocarburos más pesados. Absorción refrigerada: separación de los componentes pesados por contacto con un aceite de absorción. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Expansión de Joule Thompson: separación del 45% de hidrocarburos líquidos, es simple y barata. Turbo expansión: separación del 98% del propano, 100% de butano y más pesados. Estabilización del condensado: Se separan los hidrocarburos más livianos y el condensado se estabiliza para su almacenamiento. Esto quiere decir que se baja la presión de vapores de los componentes más livianos para así eliminarlos. La finalidad de este proceso es además controlar la presión de vapor y asegurar la recuperación de los componentes comerciales. 1.1.2.4 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN Puede ser transportado por carreteras a través de camiones con estanques de menor tamaño, gasoductos, marítimo y fluvial (barcos). Gasoducto con señales de advertencia en carretera. Fuente: https://goo.gl/6ppJYn 1.1.3 APLICACIÓN INDUSTRIAL La habilitación del gas para ser ocupado implica un tratamiento para adaptar sus propiedades a los requerimientos de la industria, para esto el ingeniero a cargo de las operaciones de producción debe implementar las siguientes acciones. Los tipos de productos del gas natural que se obtienen de su procesamiento son: Directos:  Metano. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN  Etano.  Propano.  Butano.  Gasolina natural.  Petroquímicos:  Etileno.  Amoniaco.  Metanol. El gas natural se puede utilizar en las siguientes aplicaciones en la industria: Destaca su uso en el sector residencial, donde puede sustituir al combustible y la electricidad para ser aplicado en calentamiento del agua para redes sanitarias, calefacción de casas habitaciones y para las cocinas de estas. En el sector industrial también sustituye al combustible, la electricidad y el carbón, y se utiliza para la generación de vapor, distintos sistemas de calefacción, cocción de alimentos, fundición de metales en hornos, entre otros. Es importante destacar que el gas natural es de las energías más baratas que ofrece el mercado y con gran estabilidad en sus precios, además posee alta potencia calorífica. En el caso de la aplicación en la industria, este realiza una combustión más limpia, por lo que los equipos requieren menor mantención. 1.1.4 EQUIPOS Y MAQUINARIAS Junto al petróleo, el gas natural comparte muchos de los equipamientos y procedimientos para su extracción y tratamiento, lo cual se describirá con más detalle en la sección del petróleo. Los equipos más importante en donde se diferencia de los hidrocarburos son los estanques de acero que se encuentran en las plantas de almacenamiento, en donde se refrigera el gas natural a -161 °C y a presión atmosférica. Estos tienen doble pared: una de hormigón armado recubierto de acero al carbono y una interna de acero niquelado al 9%. Además, deben cumplir con normas de seguridad para resistir terremotos y fuertes vientos. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN La refrigeración permite que el producto se mantenga líquido a una mínima presión, disponer de un volumen menor y utilizar menos acero en la construcción de los estanques. Tanque de almacenamiento de gas. Fuente: https://goo.gl/qwmjyC Los compresores, por su parte, son las máquinas que aumentan la presión de los gases y se utilizan al inicio del proceso de almacenamiento. A continuación, se puede observar un compresor para gas de proceso estacionario. Fuente: https://goo.gl/HyXuow Luego de que el gas es llevado a los estanques, este es impulsado por una bomba de alta capacidad hacia los cilindros de gas o camiones distribuidores. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Bomba de alta capacidad. Fuente: https://goo.gl/vy6zU2 1.1.4.1 INSTALACIÓN Y FUNCIONAMIENTO Cuando se desea instalar una planta de gas, lo primero que se debe revisar es el entorno en donde se va a emplazar, el cual debe contar con áreas suficientemente amplias y estar alejado de las zonas urbanas con alta densidad de población. A continuación, se puede apreciar un diagrama de las instalaciones de gas: Fuente: https://goo.gl/qVW9uT (p. 21) IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN El funcionamiento de la planta consta de una primera parte que es donde se recibe el gas mediante remolques. Luego, el gas es traspasado a un compresor para posteriormente bombear el contenido hasta los tanques de gas. Después de que el gas es comprimido este va directo a las bombas de llenado para así pasar a suministro de muelle y ser distribuido según lo comprometido en ventas.  A continuación, se invita a conocer cómo funciona el reglamento de gas en instalaciones domiciliarias. https://goo.gl/k31CgX 1.1.5 DIAGRAMAS DE FLUJO El gas que proviene de los pozos es llevado a la planta mediante tuberías, para luego ser separados los líquidos de la fase gaseosa por medio de un separador. Posteriormente, el gas proveniente del separador es llevado por un colector de gas para ser deshidratado. Luego, el agua y el condensado liviano son llevados a la estabilización de condensados junto con los líquidos de un colector. Cada una de estas etapas requiere de ciertas condiciones y especificaciones propias, las cuales son estudiadas y determinadas previamente por los ingenieros encargados. Diagrama de flujo del gas natural. Fuente: https://goo.gl/QBDcjQ  IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN El proceso de gas natural siempre es más fácil mirarlo desde una perspectiva industrial. El siguiente diagrama de flujo grafica la secuencia que siguen las distintas etapas del gas natural para su comercialización: Fuente: https://goo.gl/cqA4Yp  A continuación, se invita a conocer la empresa ENAP, creada en  junio del 1950 en Magallanes para, en primera instancia, extraer petróleo de la zona. Hoy ya ha expandido sus horizontes y se la encuentra además en la Quinta Región. https://www.enap.cl/pag/25/885/enap_en_magallanes IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 1.2 PETRÓLEO 1.2.1 CARACTERISTICAS El petróleo es un recurso no renovable, que se encuentra colmando la porosidad de las rocas, y que corresponde a un líquido compuesto por mezclas de hidrocarburos naturales. Es un combustible que puede ser usado para la manufactura de un sinfín de materiales debido a su variada composición, es por esto que se le destaca como un componente versátil. Puede cambiar de estado (líquido, sólido, gaseoso) dependiendo de las variaciones de temperatura y presión. Algunas de sus propiedades son: Densidad: su peso específico tiene que ver con agentes físicos y la composición química. Es más liviano que el agua (0,75 – 0,95 kg/l). Color: de amarillo a rojo pardo y negro. El aceite (crudo) verde por la fluorescencia. El aceite mediano tiene un tono ámbar y los de más peso específico (debido al aumento del porcentaje de asfalto) son por lo general más oscuros. Los hidrocarburos puros son incoloros, pero puede que la oxidación cause cierta coloración Volatilidad: depende de los puntos de ebullición de los componentes del petróleo crudo. Tensión superficial y fuerza capilar : propiedades físicas con total incidencia en cómo se desplazan los hidrocarburos a través de las rocas. La tensión superficial del petróleo (si contiene gas disuelto) es completamente baja, lo que produce una disminución en los efectos de la fuerza capilar en el desplazamiento de petróleo crudo en medios porosos a causa de gases de alta presión. El agua al tener más fuerza capilar que el petróleo ocupa los poros pequeños forzando al petróleo a dirigirse a los poros grandes. Composición química: se compone principalmente de hidrógeno y carbono (11% a 14% H y 83% a 87% C). Contiene ciertas impurezas naturales en las cuales intervienen elementos como: oxígeno, nitrógeno, mercaptanos, azufre, etc. Es posible encontrar también sales minerales (impurezas). Puede clasificarse mediante las series de hidrocarburos predominantes que lo forman. De acuerdo al número de átomos de carbono y de la estructura de los hidrocarburos que integran el petróleo, se obtienen distintas propiedades que caracterizan y determinan su comportamiento, como combustibles, lubricantes, ceras o solventes. La tabla a continuación presenta las series representadas con las fórmulas condensadas. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Hidrocarburos predominantes Parafinas Nafténicos Aromáticos Asfálticos Fórmula general C n H2n+2 C n H2n+4 C n H2n+6 C n H2n+8 A continuación, se muestra una imagen donde se pueden ver los distintos tipos de petróleos crudos: Clases de petróleos crudos de algunos campos conocidos (según Gruse y Stevens). Fuente: https://goo.gl/YWfb29 1.2.2 METODOS DE EXTRACCIÓN 1.2.2.1 EXPLORACIÓN En primer lugar, se detecta un yacimiento y se cuantifican sus reservas de hidrocarburos. Se generan pozos para producir las reservas mediante estudios sísmicos, geológicos y de subsuperficie. De los pozos productores puede fluir crudo, gas y agua, los cuales son aislados en separadores. El procedimiento es similar al del gas natural, ya que por lo general estos componentes se encuentran juntos (mezclados o en capas cercanas). IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Exploración sísmica en el océano. Fuente: https://goo.gl/4jEpz5 De la imagen, los componentes presentes traducidos son: 1. Survey ship: barco de reconocimiento. 2. Source of shock waves (air gun): fuente de ondas sísmicas (pistola de aire). 3. Hydrophones: hidrófono, transductor acuático que transforma las ondas sonoras recibidas dentro del agua (en forma de presión) en energía eléctrica (no como un generador tipo represa, sino que uno medible por aparatos electrónicos para interpretar los datos). 4. Sea bed: cama o fondo oceánico. 5. Sedimentary rock layers: capas de rocas sedimentarias. 6. Unconformity: inconformidades de rocas. 7. Impermeable rocks: rocas impermeables. 8. Water: agua. 9. Porous reservoir rock: reserva de rocas porosas. 10. Oil: petróleo. 11. Path of reflected waves: trayectoria o camino de las ondas reflejadas. 1.2.2.2 EXTRACCIÓN El petróleo se extrae luego de las perforaciones del terreno y la instalación de tuberías para facilitar el acceso al hidrocarburo. Generalmente la propulsión del petróleo desde el subsuelo se realiza a través de bombas mecánicas. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Extracción y propulsión del petróleo Fuente: https://goo.gl/5t2f8f  El petróleo es extraído a la superficie de forma mecánica, con bombas de gran capacidad y trabajo en serie. Sin embargo, existen casos en que no existe presión por lo que se deben emplear otros métodos de extracción, como por ejemplo el de la bomba que se acciona mediante movimientos oscilatorios para extraer el petróleo hacia la superficie. 1.2.2.3 TRATAMIENTO DEL PETRÓLEO El petróleo una vez que se extrae es tratado con diversos productos químicos, además de tratamiento térmico para eliminar impurezas y separarlo del gas natural. La primera etapa de la refinación consiste en separarlo en distintas partes, para luego proceder a calentarlo en calderas y pasarlo por columna de fraccionamiento. Las fracciones con mayor masa molecular se van a la parte inferior de la columna donde luego serán extraídas, y las partes más ligeras suben con el vapor por la columna. En la torre de fraccionamiento se obtienen distintos resultados según el calor aplicado. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 1.2.2.4 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN El crudo se transporta por medio de oleoductos o camiones a los puntos de entrega, pero también se carga en grandes barcos para su distribución vía marítima, cuando se requiere recorrer grandes distancias (a otros continentes, por ejemplo). El gas distribuido mediante gasoductos no viaja combinado con el petróleo, ya que anteriormente se hizo la separación, y no comparte los mismos ductos ni envasado en barriles, además, el agua se reinyecta ya que no presenta riesgos ambientales. Barriles de petróleo. Fuente: https://goo.gl/uYw5Zs 1.2.3 APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA Los hidrocarburos son una fuente totalmente relevante al momento de generar energía necesaria para las distintas industrias, los hogares y en general para el buen desarrollo de nuestra vida cotidiana. A causa de la aplicación de diversos procesos de transformación, como la refinación de los hidrocarburos, se propone al consumidor una amplia gama de productos. 1. Energéticos:  se refiere a los combustibles utilizados para transporte, la agricultura, la generación de corriente eléctrica y uso doméstico. 2. Productos especiales: que corresponden a los lubricantes, asfaltos, y en general productos de uso industrial. La mayor demanda de hidrocarburos se concentra en la fabricación de los combustibles que se utilizan en los hogares, en los medios de transporte motorizados y en las industrias. Los IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN combustibles que más se comercializan en nuestro país corresponden a las gasolinas, el kerosene y el diesel. La industria petroquímica hace uso de los componentes que se encuentran en los hidrocarburos procesando compuestos mucho más elaborados que sirven de materia prima para las demás industrias, productos de uso habitual como son los plásticos, acrílicos, fibras sintéticas, pinturas, etc. Desventajas. 1. Contaminación por derrames:  debido a la insolubilidad del petróleo en el agua es muy difícil de limpiar. Cuando el petróleo líquido se derrama se adhiere a cualquier superficie, ya sea rocas, seres vivos, etc. 2. Recurso no renovable: el ser humano no puede crear este tipo de recurso por lo que se estima que la explotación de este recurso podría acabar en un futuro no muy lejano. 3. Contaminación por combustión: la combustión de petróleo o sus derivados es la principal causante de dióxido de carbono y causante de lluvia ácida debido a partículas de óxido de azufre y óxido nitroso. 4. Conflictos bélicos y basura: como ya se mencionó, el petróleo como recurso no renovable es blanco de las distintas potencias económicas y políticas del mundo, lo que desencadena conflictos bélicos por su posesión. A su vez, la producción de materiales a base de este componente, como el plástico, genera una contaminación a gran escala debido a la lenta (casi ínfima) degradación de este tipo de materiales derivados del petróleo. Ventajas. 1. Economía:  la relación entre el costo del petróleo y la extracción de este genera mucha ganancia, ya que el bajo costo de la extracción se contrasta con el alto precio de venta, además la industria del petróleo está asociada a casi todas las otras industrias manufactureras. 2. Fácil almacenamiento:  al ser una sustancia no corrosiva su transporte es relativamente sencillo, pudiendo ser fácilmente transportado en barriles. 3. Alta densidad energética:  a pesar de que actualmente se buscan combustibles alternativos, hoy no existe ningún combustible que provenga de fuentes renovables que ofrezca en su combustión una energía mayor que la que consume su fabricación. Por eso el reemplazo del petróleo como combustible aún no es factible. Por cada kilogramo, el petróleo ofrece 42.000 kilojoules de energía. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 1.2.4 EQUIPOS Y MAQUINARIAS La extracción: Se realiza de acuerdo a las características de cada yacimiento. Para que un pozo comience a producir se introduce un tipo de cañón que comienza a perforar la tubería de revestimiento en los orígenes del yacimiento. El petróleo mana por esos orificios hacia el pozo para luego ser extraído mediante una tubería de menor grosor, conocida como tubing o "tubería de producción". En la extracción de petróleo en el mar se utiliza una plataforma petrolífera que se caracteriza por poseer grandes dimensiones en su estructura. A continuación, es posible apreciar los elementos que conforman los tubos de perforación de una plataforma petrolífera. Fuente: https://goo.gl/aJJP6r Plataforma marina de petróleo. Fuente: https://goo.gl/fEcmaz IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 1.2.4.1 INSTALACIÓN Y FUNCIONAMIENTO Las instalaciones de los yacimientos petrolíferos suelen ser bastante aparatosas, ya que deben soportar una cantidad importante de procesos. Las plataformas petrolíferas, por ejemplo, son estructuras de gran tamaño que trabajan para extraer el petróleo de los yacimientos marinos, pero además sirven de soporte para el transporte de material, como vivienda para trabajadores y como torre de telecomunicación. Hay algunos yacimientos que poseen energía propia, la que ha sido generada por la presión ejercida en zonas subterráneas y por componentes que van ligados al petróleo, los cuales pueden ser agua o gas. Estos componentes tienen la capacidad de ser liberados por sí solos, y el petróleo será extraído mediante un equipo llamado “árbol de navidad”, formado por un   conjunto de válvulas que regulan su paso. Al no existir presión, es posible utilizar otros métodos de extracción. El más popular ha sido por mucho tiempo el "balancín" o "machín", el que mediante un constante balanceo activa una bomba en el interior del pozo que succiona el petróleo y lo lleva hacia la superficie. El petróleo que se extrae habitualmente viene acompañado de gas natural, sedimentos y agua, por lo que se debe disponer previamente de la infraestructura para separación, producción y almacenamiento. Una vez que se han separado estos elementos, el petróleo es enviado a los tanques de almacenamiento y a los oleoductos que lo transportarán con destino a las refinerías o puertos de exportación. Perforación de pozos: Para verificar la presencia de petróleo en un lugar es necesario realizar una perforación directa de un pozo en el sitio de investigación geológica. El pozo donde ocurre la primera perforación en el área geológicamente inexplorada se denomina "pozo exploratorio" y en el lenguaje petrolero se clasifica como "A-3". Según la profundidad estimada del pozo, las formaciones que se van a instalar y las condiciones características del subsuelo, se seleccionan las maquinarias y equipos de perforación. Los componentes principales que conforman un equipo de perforación, y sus empleos, son los siguientes: 1. Torre de perforación o taladro: corresponde a una estructura metálica en donde se concentra la mayoría del trabajo de perforación. 2. Tubería o "sarta" de perforación: corresponde a los tubos de acero que se unen a medida que la perforación avanza. 3. Brocas: son los componentes que perforan el subsuelo permitiendo la apertura del pozo. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN 4. Malacate:  unidad que funciona enrollando y desenrollando el cable de acero con el cual se baja y levanta la "sarta" de perforación y que soporta el peso de esta. 5. Sistema de lodos: corresponde al sistema que prepara, bombea y circula constantemente el lodo de perforación, el cual cumple diversos objetivos: lubricar la broca, sostener las paredes del pozo y sacar el material sólido que se va perforando a la superficie. 6. Sistema de cementación: es el que prepara e inyecta un cemento especial con el cual se pegan a las paredes del pozo tubos de acero que componen el revestimiento del mismo. 7. Motores:  corresponde al conjunto de unidades que inyectan la fuerza propulsora que requiere todo el proceso de perforación. Los primeros siete puntos son similares a los de la extracción de gas, ya que la mayoría de las veces se extraen ambos de los yacimientos, al presentarse en forma conjunta. 8. Refinación del petróleo: cuando el petróleo es extraído es llevado luego a una refinería, en donde el petróleo crudo es sometido a un proceso de destilación y a distintos procesos químicos que permiten disociar cada elemento compositivo de este recurso para aprovechar al máximo sus componentes. 1.2.5 DIAGRAMAS DE FLUJO El petróleo, como bien se comentó anteriormente, es un compuesto muy versátil, por lo que su tratamiento será de suma importancia a la hora de definir su función. Destilación del petróleo crudo. Fuente: https://goo.gl/q5L2AH IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN A continuación, se puede apreciar un diagrama de flujo de la refinación petrolera en donde se destacan las etapas separación, conversión y purificación para llegar a su derivado. Separación: se separa el petróleo crudo en fracciones por diferencia de punto de ebullición.  Destilación atmosférica  Destilación al vacío Conversión: se cambia la estructura molecular que en un principio presentaban los hidrocarburos.  Viscorreducción  Craqueo térmico y catalítico  Coquización  Hidroconversión. Purificación: se eliminan impurezas.  Hidrotratamiento  Hidro de sulfuración IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN Diagrama refinación del petróleo. Fuente: https://goo.gl/EEoxcH IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN COMENTARIO FINAL Como se verificó en el documento, tanto el gas como el petróleo comparten muchos aspectos en cuanto a su tratamiento, como es el caso del proceso de exploración, extracción e incluso la forma de transporte, debido a que en la naturaleza pueden aparecen combinados en el mismo yacimiento o en capas cercanas. Localización típica del gas natural y petróleo en capas cercanas. Fuente: https://goo.gl/x6RjaD Se puede decir que además del petróleo y el gas natural existen otras fuentes de energía (no combustibles) que son renovables y que entran en competencia con la energía que provee el petróleo, por ejemplo la energía solar y la energía eólica. Sin embargo, el sol deja de ofrecer su energía de noche o en días nublados, y el viento puede detenerse con frecuencia. Al contrario, una vez extraído, el petróleo es una fuente constante y confiable de energía. Es importante además recalcar que estas fuentes de energía no son renovables y producen muchos desperdicios que impactan en el medioambiente, por lo que se hace sumamente importante el mantener una política ambiental de país y de largo plazo frente a los desechos y emanaciones producto de la extracción y tratamiento del gas natural y el petróleo. IACC-2017 SEMANA 3 – PROCESOS EXTRACTIVOS, QUÍMICOS Y DE LA CONSTRUCCIÓN REFERENCIAS Petrascheck, Ph. W. y Castells, C. (1965). Yacimientos y criaderos: un estudio sucinto de los t esoros del subsuelo . Barcelona: Ediciones Omega. PARA REFERENCIAR ESTE DOCUMENTO, CONSIDERE: IACC (2017). Procesos extractivos. Procesos Extractivos, Químicos y de la Construcción. Semana 3. IACC-2017