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Evolución de La Calidad del Diesel en México

Nicolás Rodríguez Martínez
José Antonio Rosas Jaramillo
Subdirección de Producción

Introducción

El problema de la contaminación ambiental es un fenómeno que se ha enfatizado en las últimas dos décadas, su origen y causas son muy variadas; en general esta situación es producto de algunos factores entre los que destacan:

La alta densidad de población de las zonas urbanas5ct.jpg (27396 bytes)

La concentración de la actividad industrial

Densidad de vehículos en circulación

Las condiciones climatológicas y metereológicas adversas

Actualmente, a nivel internacional, el problema ambiental juega un papel preponderante en las políticas del desarrollo de los países. En los principios del desarrollo industrial se presentaba un binomio que lo integraban los productores de los energéticos y los consumidores de los mismos. Como se sabe, la energía que mueve al mundo es el eje motriz del desarrollo de las naciones.

Así, hasta hace algunos años, el productor de los combustibles obtenía energéticos que satisfacían integralmente las necesidades del consumidor, En los últimos años, esta relación recíproca se ha visto interrumpida por el fenómeno del deterioro del entorno ambiental, producto de las diferentes actividades antropogénicas.

Resultante de esta preocupación por preservar los recursos que nos ha dado la naturaleza, nace una nueva mística del desarrollo de los países y se origina un fenómeno simbiótico que da origen a un triángulo estratégico: la combinación del productor de los energéticos, el sector que los consume y las normas ambientales que regulan las actividades; para con ello buscar soluciones al problema ambiental y lograr el desarrollo sostenido en las naciones.

Al hacer la referencia al crecimiento sustentable de los países, se está considerando a los combustibles como un factor importante dentro del mismo, comprendidos los utilizados por la industria automotriz, los que juegan un papel preponderante junto a los de servicio industrial:

Las gasolinas

El Diesel

El Gas Licuado del Petróleo (LPG)

El Gas Natural Licuado (LNG)

El Gas Natural Comprimido (CNC)

Los dos primeros son considerados combustibles convencionales y los tres restantes, son identificados hoy en día como los energéticos alternos. Cabe mencionar, que los tres últimos reciben esta clasificación por ser productos cuya combustión es casi limpia y no impactan el medio ambiente, con el sistema de manejo integral, con los dispositivos de inyección específicamente diseñados, así como la integración con el convertidor catalítico.

Las gasolinas, y el Diesel denominados convencionales, en un principio y que en la actualidad se ha desarrollado una nueva generación de ellos, son identificados como combustibles reformulados. Un energético reformulado, es aquel en el que se han llevado a cabo modificaciones en su formulación con el fin de minimizar su impacto al ambiente, el emplearse en las diversas actividades que el desarrollo de los países demanda.

Evolución tecnológica de los motores a Diesel

El primer motor a Diesel se desarrolló en 1892 por el doctor Rudolph Diesel; era una máquina que consumía carbón pulverizado como combustible. Producto de la problemática que representaba el quemado del energético, el inventor buscó combustibles que pudiesen sustituir al originalmente utilizado, encontrando que algunos tipos de aceites derivados del petróleo satisfacían las necesidades del motor.

Así, nace con la máquina el combustible que hoy en día se conoce en la industria petrolera como Diesel, en honor al descubridor de tan revolucionario invento que cambió drásticamente el desarrollo del mundo.

Los motores a Diesel han tenido a lo largo del tiempo una serie de modificaciones significativas, a partir de 1970, como resultado de la restricción aplicada en los Estados Unidos de Norteamérica a los vehículos a Diesel, en lo relativo a la opacidad de los humos que emitían las máquinas, hasta llegar a las actuales que satisfacen normas ambientales estrictas.

Actualmente los motores de reciente desarrollo muestran entre sus innovaciones las siguientes:

Modificaciones al diseño de los pistones y anillos

Incorporación de turbocargadores

Modificaciones del diseño de los inyectores

Incorporación de dispositivos anticontaminantes (trampas de partículas y convertidores catalíticos)

Toda esta serie de cambios en la tecnología del motor han dado como resultado los vehículos actuales, con niveles de emisión notoriamente inferiores a los que se tenían en los años setenta.

Las máquinas a Diesel tienen aplicaciones muy diversas en las diferentes actividades antropogénicas entre las que se pueden citar, entre otras:

Camiones de servicio ligero y pesado

Autobuses de servicio urbano y de pasajeros

Locomotoras

Propulsión de motores de embarcaciones

En maquinaria agrícola y de la industria de la construcción

En la generación de energía eléctrica

En general, en cualquier actividad en donde se demande de una máquina de potencia eficiente, ahí encontraremos un motor a Diesel. Esto se debe a que es la máquina de combustión interna que más aprovecha la energía, así como la de mayor durabilidad y confiabilidad comparada con otras de su tipo.

Se ha citado, que en los próximos 20 años los vehículos a Diesel serán una alternativa para las ciudades densamente pobladas y con problemas en la calidad del aire.

Evolución de la calidad del Diesel en México

En México, el consumidor principal del Diesel es el parque automotriz, que representa alrededor del 75% de la demanda y la diferencia, 25%, es empleado por otras actividades (agrícolas, industriales, etc.).

En nuestro país hasta antes de 1986, existían dos calidades de Diesel indentificadas como 2-D y No. 1; sus características principales las diferenciaba su contenido de azufre. Estos productos cumplían los requerimientos de los consumidores y su producción se lograba acorde con la tecnología e infraestructura disponible en la industria petrolera en esos años.

Estos niveles altos de azufre ocasionaban el deterioro de los motores por ataque, como resultado de los óxidos de azufre producidos en su combustión; para compensar este efecto se formulaban aceites lubricantes que contenían en su preparación sustancias químicas que los neutralizaban, pero que implicaba el uso de niveles elevados de ellas para proteger efectivamente los motores.

Para coadyuvar a la reducción de las emisiones de bióxido de azufre a nivel nacional, a partir de 1986 se inició el proceso de sustitución del Diesel Nacional (posteriormente llamado Diesel) por Diesel Especial (al que se le identificó como Diesel Desulfurado); proceso que se concluyó en los primeros meses de 1993, esto es a partir del año siguiente para el parque automotriz sólo se comercializa en el país Diesel Desulfurado cuyo contenido máximo de azufre es 0.5% y se mantiene la restricción de no incluir productos de desintegración al energético que se consume en el Valle de México.

Dentro de las estrategias seguidas para reducir el impacto ambiental en la Zona Metropolitana del Valle de México, desde 1991 se iniciaron pláticas con las empresas fabricantes de motores, las autoridades ambientales y Pemex Refinación, tendientes a reducir las emisiones de bióxido de azufre y partículas provenientes de la utilización del diesel.

Después de efectuar los análisis correspondientes y revisar las acciones que se han realizado en este campo, principalmente en los Estados Unidos, se concluyó que la mejor alternativa era la introducción a partir de 1994 de los motores de tecnología de punta y cuya operación demandaba de un diesel de calidad óptima.

Durante el año anterior, como resultado de la aplicación de la normatividad de emisiones más estricta a nivel internacional para motores a Diesel, se hace referencia a la reglamentación de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos de Norteamérica, identificada como EPA-94, se introduce al Valle de México en la misma fecha que el vecino país del norte (octubre de 1993), el Diesel Sin.

Este nuevo producto presenta entre sus características relevantes la décima parte del contenido de azufre del Diesel Desulfurado, esto es 0.05% en peso máximo de 32%. En este campo, nuestro país se coloca a la vanguardia al ofrecer un producto de calidad ecológica internacional.

Cabe mencionar que el Diesel Sin tiene características similares al denominado Diesel de Bajo Azufre de la Unión Americana (conocido como Low Sulphur Diesel, cuya aplicación se identifica en el vecino país del norte como ON HIGHWAY), con la particularidad que el norteamericano tiene un mayor contenido de aromáticos que el producido en nuestro país.

En el mundo, se cuenta con este tipo de energético en Estados Unidos, Finlandia y Suecia. En principio se consideró que estaría disponible a partir de 1995 en Japón, Canadá y en la Comunidad Europea en 1996. Esto coloca a México a la vanguardia internacional en materia de la calidad del Diesel.

En cuanto al contenido de azufre del Diesel mexicano, sólo se tiene el mismo nivel en Estados Unidos; en lo relativo a concentración máxima de aromáticos, ésta se establece en el vecino país del norte, en los demás no se fija el parámetro antes citado. Por otro lado, el Diesel Sin tiene un mayor cetano que los producidos en los países seleccionados.

En el rubro de otras aplicaciones, en 1993 se introduce el Diesel Marino y el Industrial; el primero utilizado principalmente para servicio de las embarcaciones pesqueras nacionales y el segundo para su uso en la industria estos dos productos presentan un contenido máximo de azufre de 0.5%; la diferencia entre los dos es principalmente que el segundo se destina única y exclusivamente para el quemado en flama abierta..

Innovaciones tecnológicas a las instalaciones

En los inicios de la industria petrolera, la corriente que daba origen al Diesel se obtenía de las plantas de destilación atmosférica y de ahí se enviaba al consumidor, sin efectuarse ningún proceso posterior.

La calidad de los productos obtenidos mostraban niveles de azufre elevados y por tanto los automotores que los consumen, se diseñaban bajo el concepto de compensar estos factores adversos a través del aceite lubricante.

Al pasar los años y como resultado de la aplicación de las normas ambientales, el diseño de los motores ha ido demandando de combustibles cada vez más limpios, conjugando así lubricantes de mejor calidad; todo esto dió como resultado cambios dramáticos en los procesos a que se someten las corrientes que dan origen al producto final.

Actualmente, el proceso más usado para el mejoramiento de la calidad del Diesel en lo relativo a su contenido de azufre es el hidrotratamiento, al que se someten en los gasóleos primarios, gasóleos de vacío, productos de desintegración, así como las obtenidas en las plantas de hidrodesintegración. Este proceso se puede llevar a cabo en reactores de lecho fijo o de lecho fluidizado (embullente). Recientemente, se han incorporado a estas instalaciones las denominadas de hidrodesaromatizado, cuyo objetivo es reducir el contenido de aromáticos en el producto.

Para lograr la producción de estos combustibles, se han llevado a cabo una serie de mejoras en las instalaciones entre las que se pueden citar la selección de catalizadores avanzados, selección y adecuación de la corriente de proceso, optimización de las condiciones de operación e innovaciones tecnológicas de las plantas. Todas estas acciones se realizaron con el decidido soporte técnico proporcionado por el Instituto Mexicano del Petróleo.

Catalizadores

Los catalizadores de hidrotratamiento, juegan un papel importante hoy en día en la industria de la refinación del petróleo, porque permiten eliminar compuestos no deseables como el azufre, el nitrógeno y los hidrocarburos aromáticos presentes en las diferentes corrientes empleadas en la formulación de productos finales, tales como la gasolina y el Diesel. Así de esta manera, se logra la obtención de combustibles limpios o bien de cargas a procesos posteriores evitando el envenenamiento de los catalizadores usados.

Estos productos se han mejorado con el tiempo, con varias formulaciones a fin de obtener combustibles o cargas limpias. Los catalizadores están compuestos por dos partes: el soporte y los metales activos, los primeros son materiales cuya base son las aluminas y estos se han modificado en su forma.

Los metales, son utilizados para hidrotratar las corrientes usadas en la formulación del Diesel. Con el Molibdeno, como metal base, actualmente se está empleando Tungsteno y como promotores el Cobalto o el Níquel.

Actualmente, se busca incrementar la cantidad de metal base hasta niveles que van del 122 al 16% para el Molibdeno y el 4 a 6% para el Cobalto, éste último usado para eliminar azufre; mientras que el Níquel favorece la reducción del nitrógeno y presenta una eliminación moderada de azufre.

El Instituto Mexicano del Petróleo, buscando coadyuvar en los esfuerzos emprendidos por Pemex Refinación para obtener combustible cada vez más limpios y de calidad ecológica, ha aprovechado el desarrollo y puesto en operación desde 1978 sus catalizadores, los cuales han evolucionado acorde a las necesidades de calidad de los productos.

El primer catalizador para el hidrotratamiento de corrientes para la producción de Diesel fue del tipo Molibdeno-Níquel, de forma esférica y denominado IMP-DSD-1. Actualmente, el IMP cuenta con nuevas generaciones identificadas a la fecha como IMP-DSD-10, 11 y 14; estos son de forma trilobular, diseñados por computadora y probados a nivel de planta piloto, sus metales activos son Molibdeno y Cobalto que son los que se utilizan en la producción del Diesel Sin en la industria nacional de refinación.

Impacto ambiental del uso del Diesel en los vehículos

En los años 70, a los vehículos a Diesel se les consideraba como sucios, productos de la alta densidad de humos que emitían, consecuencia de una combustión ineficiente y lo que mostró el incipiente desarrollo tecnológico de los motores.

Al pasar los años, esta imagen ha cambiado como resultante de las mejoras tecnológicas incorporadas a los motores y la instalación de dispositivos anticontaminantes, así como la inclusión en la formulación del producto de aditivos multifuncionales, que coadyuvan a un mejor funcionamiento de los motores y a la reducción de emisiones contaminantes.

En los últimos años, los aditivos agregados al Diesel han auxiliado en la prevención del desgaste de los componentes del motor, en el mejoramiento de su propiedades de fluidez a baja temperatura en regiones con condiciones climatológicas adversas y todo esto dá como resultado final una operación eficiente de la máquina, que redunda en un mínimo impacto al medio ambiente.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

  1. Especificaciones de Petróleos Mexicanos /Petróleos Mexicanos/Revisión 1993
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  3. Norma Oficial Mexicana / NOM-PA-CCAT-007/93/junio 23 de 1993
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  5. Diesel Emissions & Diesel Fuels /Warren J. Slodowske Manager Enviromental Staff Enginee Manufactures Association/June 1993
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  7. Pronósticos del Efecto de la Introducción del Diesel Sin en las Emisioness de SO2 a la Atmósfera./ Subdirección General de Investigación Aplicada, Gerencia de Energéticos Alternos y Química, Ambiental /Septiembre de 1993
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  9. Winter Diesel Fuel Quality Survey/Worldeidde 19944/Paramins, 1994
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  11. Fuel Trendds, 1994/Lubrizol Company, 1994