Química Industrial

Los precios de venta de los productos químicos dependen de varios factores.

• El costo de producción,
• la cantidad de producción del producto, y
• la rentabilidad de la inversión aceptada.

De manera general los productos se obtienen de dos formas.

1. Continuamente, bajo control automatizado. Costos de construcción y mantenimiento elevada, y costo de mano de obra barata, y
2. Discontinuamente, en pequeñas cantidades y con personal especializado. En estos casos los costos de mano de obra son altos en comparación con las materias primas y los servicios.

La evaluación económica se aplican los principios generales (costos de alternativas de producción, mantenimiento, servicios (vapor, agua de refrigeración, electricidad, otros), ingresos, etc.)

Producto a un precio S

Costo de producción = precio en dll/libra y Q la cantidad de libras vendidas anualmente.

Por ello, el costo de producción c total es  SQ. El costo c no incluye por tanto amortizaciones ni impuestos. Luego:

R = sQ – cQ

De donde R son ingresos brutos del vendedor en dlls/año.

Capital invertido fijo

La compañía debe invertir una cantidad de dinero I para la compra de equipo e instalaciones necesarias para producir. Este dinero se gasta en uno o dos años. Normalmente representa una pequeña parte de la vida del proyecto.

Capital circulante

Esta es la cantidad de dinero invertida en materias primas, productos intermedios y finales, deudores y caja necesaria para poder funcionar. El capital invertido en servicios auxiliares puede o no considerarse capital circulante.

Impuestos exigidos por el gobierno

Los ingresos brutos de una compañía, menos una cantidad que se descuenta para la amortización de los equipos y las instalaciones sufren una fuerte imposición fiscal por parte del gobierno federal. Los impuestos federales son altos, y dependen de la política económica de la administración, de la situación política interior y mundial, y del tipo de negocio a que se dedique la empresa.

Amortización contable y fiscal.

El gobierno federal permite a las compañías realizar determinadas deducciones de sus ingresos brutos antes de efectuar la imposición sobre los beneficios. La planta y los equipos se desgastan físicamente y tienden a la obsolescencia técnica. Mediante la deducción a los ingresos brutos el gobierno permite a la empresa que cada año reduzca el pago de impuesto y a que la empresa ahorre esta cantidad para hacerle frente a los gastos cuando requiera sustituir el equipo gastado u obsoleto.

En ocasiones el gobierno autoriza una amortización más rápida para estimular la inversión en plantas nuevas. La agencia de recaudación permite descontar unas cantidades anualmente para amortizaciones de diversas maneras.

1. método lineal o uniforme.

• Método no lineal o acelerado

El primero tiene la ventaja de ser sencillo, el segundo da una mayor de recuperación de la inversión en los primeros años.

La amortización es un descuento establecido por el departamento del tesoro en los Estados Unidos y por la secretaria de hacienda en México.

Si se conoce la vida real de una planta puede fijarse exactamente la tasa de recuperación del capital mediante una serie uniforme de pagos que a interés compuesto su suma sea igual a la inversión. El tipo de interés que se utiliza en los estudios económicos  es generalmente algo mayor que el correspondiente al que se utiliza para préstamos.

Fuente: J. Happel. D.G. Jordan. Economía de los procesos. Ed. Reverté. España. 1981.

La capacidad para introducir continuamente nuevos productos y procesos ha sido en gran parte causa de la buena rentabilidad, del alto crecimiento y de los grandes cambios de la industria. Antes de empezar el largo y difícil trabajo de comercialización de un proceso o un producto de la industria química, se realizan completos estudios acerca de las perspectivas económicas del nuevo proyecto. Estos trabajos incluyen la investigación y desarrollo técnico, las investigaciones de mercado sobre volúmenes de venta y precios y evaluación económica de las nuevas necesidades de capital, rentabilidad, periodo de recuperación, amortización e impuestos.

La industria química requiere un elevado ritmo de innovación y cambio de sus productos como de sus procesos. Por ello, se esfuerza en crear nuevos productos de propiedades superiores a las existentes y en cambiar los procesos para hacerlos más eficientes.

La industria es una industria con competencia. Esta competencia existe entre compañías que producen y venden el mismo producto o productos intermedios. Es difícil para una empresa desarrollar un producto o proceso sin competencia, debido a que la competencia aumentará mientras mayores sean los beneficios. Sin embargo,  algunas empresas pequeñas pueden ser bastante rentables y representar una seria competencia  a las grandes.

Actualmente existen muchas firmas de ingeniería que pueden contratarse para diseñar y construir plantas químicas. Sólo se requiere del capital necesario para entrar al negocio. Las firmas de ingeniería más agresivas en sus servicios venden el diseño y construcción, e incluso venden el financiamiento. El ejemplo más representativo es la industria del petróleo. El resultado es que 13 de las 50 compañías químicas más importantes de los Estados Unidos son compañías petroleras.

La industria química no emplea gran cantidad de trabajo. En muchos casos, los procesos son continuos, controlados automáticamente y con pocos procesos o etapas del proceso manual. Sin embargo, requiere de trabajadores con experiencia o que puedan formarse en diversas especialidades y para atraerlos esta dispuesta a pagar mejores sueldos. Pero son muy pocos los seleccionados.

Desde 1940 la industria química del caucho sintético y las posteriores de fibras sintéticas y termoplásticas han tenido una gran expansión. A partir de 1970 el margen de beneficio se ha reducido debido al deterioro de los preciso de venta. Cada vez se venden más productos pero a un precio más bajo.

La industria química requiere un elevado ritmo de innovación y cambio de sus productos como de sus procesos. Por ello, se esfuerza en crear nuevos productos de propiedades superiores a las existentes y en cambiar los procesos para hacerlos más eficientes. Sin embargo, algunos de esos materiales se encuentran libres en la naturaleza.

• Aire (oxígeno y nitrógeno),
• Agua (hidronio, hidroxilo, hidrógeno y oxígeno),
• Azufre (ácido sulfúrico),
• Gas natural (carbono e hidrógeno, etano, propano, butano, etileno, propileno y buteno), Fracciones de petróleo (nafta y gasoil),
• Carbonato de calcio (cemento, cal),
• Bauxita (aluminio),
• Sílice o arena (silicato sódico y siliconas),
• Ilmenita (dióxido de titanio),
• Cloruro de sodio (sodio, cloro, hidróxido y carbonato sódico),
• Carbón (energía).

No podemos pasar por alto el papel de las firmas de ingeniería en el desarrollo de la química industrial del siglo XX. Para nuestros fines, esta faceta arranca en 1949 con la formación de Bufete Industrial; cuya primera tarea es el diseño y construcción de la planta de Sulfato de Viesca. A ella se agregarían en los siguientes quince años muchas más. Especialmente dignas de citar fueron Ingeniería Panamericana, Latinoamericana de Ingeniería e ICA, la que aunque fue y sigue siendo la mayor firma en el país, inició su actividad en el campo de la ingeniería civil pero ya para 1959 contaba con una importante división de ingeniería de proceso y detalle.

En el transcurso de los años el desarrollo de estas empresas fue crucial para apoyar el crecimiento industrial, que difícilmente habría podido darse sin ellas. La importancia que tiene no ha disminuido, pero este sector —más que ningún otro— ha sido gravemente afectado por las variables antes citadas: ciclos severos de la industria y apertura y competencia externa, pero a éstas de suma otra variable perniciosa: la extrema dependencia en la obra pública, que ha sido tristemente la llave de relevo que los gobiernos abren y cierran para enfrentar las recurrentes crisis de los últimos 25 años.
Son las firmas de ingeniería las que han pagado el mayor precio, como lo atestiguan las tribulaciones actuales de la que fue la primera y la más experimentada.

En los años 50 hay avances industriales en otros campos de la farmoquímica, ya se fabrican en México sales poco comunes como el ascorbato de quinina (Laboratorios Servet), alcohoil- sulfatiazoles (Midy) y algunas vitaminas fosforiladas del complejo B. En 1950, dos empresas: Pyrina y Salicilatos de México establecen sendas plantas para la fabricación de ácido salicílico y aspirina (hoy producida por Química Monfel).
Las inquietudes de varios químicos formados bajo el paraguas de Syntex y el Instituto de Química, fomentan una década después la producción de antibióticos penicilánicos semisintéticos como la amplicilina, dicloxacilina y otros. De hecho éstas requieren del ácido aminopenicilánico como precursor, y en México se desarrolla un proceso de cristalización directa a muy bajas temperaturas, más simple que la ruta compleja desarrollada en Alemania y Estados Unidos de América. Este esfuerzo, lidereado por Fermentaciones y Síntesis (Fer- sinsa) en Saltillo y Quinonas de México en Ecatepec, permite al país convertirse en exportador neto de semi-sintéticos.
Pocos años después, Fersinsa intenta producir penicilina G por fermentación, proceso lleno de serios problemas prácticos, por la dificultad de competir con muy avanzadas tecnologías de fermentación sumergida— finalmente, después de muchos años logra alcanzar los objetivos de calidad y productividad y para 1984 ya produce eficientemente penicilina G. Casi en paralelo Fermic, con mejor suerte, inicia en 1980 la producción de rifampicina y griseofulvina en la Ciudad de México.

La industria petroquímica nacional nace en 1956 cuando Pemex inicia la producción de azufre subproducto del tratamiento de gas amargo. Casi al mismo tiempo Pemex también arranca la primera unidad de dodecilbenceno (DDB) para su uso en detergentes (mediante la conversión de una pequeña planta de gasolina de alquilación). Estos, mezclas equilibradas del DDB sulfonado, polifosfatos de sodio y sulfato o carbonato sódico como diluyentes se habían empezado a producir tres años antes con componentes importados.
En ese entonces, el desarrollo de la industria petroquímica se encontraba en su fase de muy intenso desarrollo; legos y expertos por igual se asombran ante el alud incesante de nuevos productos derivados de esta tecnología; desde fertilizantes hasta plásticos y fibras sintéticas. En el espíritu nacionalista de la época se manifestaba la preocupación de que no bien había México superado los desafíos de la nacionalización del petróleo y ya se la veía desvirtuada por el avance de muchas empresas extranjeras que actuaban en el campo petroquímico.
Así pues, a fines de 1958 se promulga una nueva ley que reforma al artículo 27 constitucional y crea un campo petroquímico de acceso restringido a inversionistas extranjeros. Quedaron incluidas dentro del ámbito de la legislación (aunque salvaguardadas de una aplicación retroactiva) varias industrias que habían surgido a lo largo de la década.

En 1947 Celanese Mexicana inicia sus operaciones con la producción de rayón viscosa y algún tiempo después acetato de celulosa. Union Carbide inicia la fabricación de resinas ureicas y fenólicas en 1949 y un año después la misma, además de Monsanto Mexicana arrancan la producción de poliestireno, a la que después seguiría el cloruro de polivinilo.
Celulosa y Derivados (más tarde Grupo Cydsa) inicia el desarrollo químico del norte del país con la fabricación de acetato de celulosa, rayón, cloro/sosa, ácido sulfúrico y bisulfuro de carbono necesario para las anteriores fibras. En el curso del tiempo, tanto Cydsa como Celanese y otros continuarían el desarrollo de las fibras sintéticas con la fabricación de nylon 6, fibras poliéster y acrílicas y hasta elastoméricas.
Era pues apreciable el desarrollo del campo petroquímico y sus derivados a fines de la década de los 50; el debate entre los defensores y opositores de las reformas al artículo 27 alcanzó un nivel febril y al final, el tiempo le dio algo más de razón a los primeros que a los segundos: el capital extranjero no abandonó el país, pero tampoco capturó todo el desarrollo previsto, sino que una proporción significativa de las inversiones fueron hechas por el capital nacional.

Dado que la ley hacía recaer en Pemex la responsabilidad exclusiva para la producción y venta de un gran número de productos como el etileno, propileno, benceno, polietileno, amoniaco, etc. (hasta un total, en su caso extremo de casi 30 productos), esta empresa inició un programa de expansión sin precedente: plantas de olefinas, aromáticos, unidades de gas de síntesis, etc., ocuparon su quehacer por varios años. Pero no obstante esto, la tarea era mucho mayor que lo que los recursos humanos y financieros podían enfrentar en un país que seguía creciendo a tasas elevadas, y así la producción de Pemex se fue rezagando frente a lo que el país necesitaba.

El régimen de permisos se inicia con la producción de negro de humo, por Negromex en 1961 (la que pronto se seguiría con la fabricación de hule polibutadieno y estireno- butadieno por su competidor Hules Mexicanos). Celanese reproduce en escala un poco menor su muy notable complejo de Bishop, Texas y en 1963 ya está produciendo en el estado de Guanajuato una gama de productos derivados del acetaldehido, como ácido y anhídrido acéticos, ésteres de éstos, óxido de mesitilo, alcohol diacetona, etc.
Pemex, por su parte, inicia plantas de etileno, polietileno y cloruro de vinilo creando su primer complejo petroquímico en Pajaritos, Ver., y lo que más tarde crecerá hasta ser el centro productor de amoniaco más grande del mundo en Cosoleacaque, al amparo de cuya primera planta nace Fertilizantes del Istmo que produce nitrato de amonio, ácido nítrico y fosfato diamónico.

En el poblado de Viesca, Coahuila, otra salmuera desagradable se aprovecha para producir sulfato de sodio, el cual se absorbía ávidamente en la naciente industria de los deter- gentes sintéticos. La planta —Sulfato de Viesca— fue una de las primeras diseñadas y totalmente construidas en el país, con lo que dio lugar al nacimiento de Bufete Industrial, la primera firma de ingeniería de proceso que hubo en México.
Simultáneamente, y gracias a la disponibilidad de las materias primas que recién se ofertaban, se eleva considerablemente la producción de sulfato de cobre (que poco tiempo después serviría de apoyo para la producción de cobre electrolítico por Cobre de México).
En paralelo con este desarrollo, se inicia la explotación de los domos salinos del Itsmo para extraer azufre mediante el proceso Frasch. Aunque estrictamente esta es una operación minera, por su tecnología es definitivamente una industria de proceso —más asociada a la química que a la minería. Nacen así Azufrera Panamericana y Cía. Azufrera del Golfo, que eventualmente serían parte del sector paraestatal.
De igual manera, y con el impulso que se da en industria petroquímica, se multiplica la producción de amoniaco, de ácido sulfúrico y ya al iniciar la siguiente década aparece Fertilizantes del Istmo (1962) dedicado a la producción de ácido nítrico y nitrato de amonio; de Fertilizantes Fosfatados Mexicanos (1966) que produce ácido fosfórico y superfosfato triple, con la consecuente producción de más ácido sulfúrico necesario para ello. A la par, Pemex crece en la producción de amoniaco; es interesante comparar la capacidad de la primera planta de amoniaco de Guanos y Fertilizantes (50 ton diarias) con la que eventualmente Pemex alcanzó (solamente en Cosoleacaque, Ver., más de 6000).
Nada de lo arriba descrito ocurre secuencialmente, pues la explosión de industrializar ocurre en varios frentes: en 1959 se empieza a producir ácido fosfórico de alto grado y fosfatos de sodio por dos empresas: Monsanto Mexicana y Química Hooker (más tarde Polifos); un par de años antes Alfbeck pro- ducía ya algunos fosfatos de sodio y calcio.
Al comenzar la década de los sesenta, se instalan nuevas producciones en nuestro país: bióxido de titanio en Tampico (Dupont), ácido fluorhídrico en varias localidades y carbonato de sodio —ya no de fuentes naturales como Sosa Texcoco, sino sintético vía el proceso Solvay— en Monterrey (Industria del Álcali). Mención especial merecen, por la innovación que representaron dos instalaciones del Grupo Peñoles: Química del Mar y Química del Rey, orientadas a la producción de sales y óxido de magnesio y sulfato de sodio, éste último en una escala tal que pronto se convierte en exportador neto, dejando atrás la más reducida producción de Sulfato de Viesca.

La química inorgánica tiene una gran virtud cuando se le compara con la orgánica: a pesar de la gran variedad de átomos que pueden intervenir, agradecemos a las propiedades cuánticas del átomo, la definitud de los resultados.

Ajenos a la versatilidad difusa y temperamental de los átomos de carbono, los demás actúan con rigidez casi militar, lo que simplifica mucho la vida de quienes la practican, pero siempre retienen algo de flexibilidad para que el quehacer no sea tan monótono. No es de extrañar, pues, que la química industrial inorgánica suele ser la primera en desarrollarse; sus procesos son más claros (aunque a veces más agresivos) y hay poco espacio para reacciones secundarias indefinidas.

La plataforma de desarrollo de este sector de la industria parte de los productos más convencionales de antaño; a principios del siglo XX ya existen en el país dos factorías de cemento, varias no contadas de yeso y cal y una instalación donde se producen pequeñas cantidades de litargirio pigmento. Después del gran hiato que produce la Revolución aparece la primera unidad de ácido sulfúrico, y al contar con ella, sendas instalaciones para producir sulfato de cobre y pigmentos de cromato de plomo; éste es el panorama general en la década de los años 30, al que habría que agregar por referencia instalaciones de explotación de minerales que no se procesaban más allá de molienda y clasificación, como era el caso del caolín, grafito, etc., así como productos de tostación y reducción como plomo metálico, óxidos de cobre, plomo y zinc, etc., que dieron auge especialmente a Torreón y Fresnillo.
La industria química propiamente dicha arranca en 1938 cuando se incorpora la Compañía Industrial de los Reyes, la que construye una planta primitiva para producir carbonato sódico calcinando el tequesquite del Lago de Texcoco. La baja productividad y calidad del producto pronto llevó al fracaso este primer intento, que sin embargo fue una semilla fértil. En el curso de pocos años, los intentos de remediar las tierras aledañas al lago para reducir su salinidad convergían con los esfuerzos para recuperar el contenido de carbonato sódico en la solución que constituía el lago interior, y cristalizaron en la creación de Sosa Texcoco en 1942 gracias al esfuerzo e ingenio de Antonio Madinaveitia, recién llegado a México como parte de la inmigración republicana española.
Con el auxilio de investigadores de la UNAM y asistencia técnica de Imperial Chemical Industries, se diseñó un proceso en el que se encadenaron: evaporación solar en el muy conocido Caracol, carbonatación de la salmuera así concentrada y separación y calcinación del bicarbonato producido. El ciclo se cerraba, a la manera de medio proceso Solvay calcinando calizas para producir cal (que más tarde se usaría para caustificar el carbonato) y bióxido de carbono.
Sosa Texcoco empezó a producir 100 toneladas diarias de álcalis en 1948 y pronto se convirtió en la industria del álcali más importante de América Latina. Llegó a expandirse hasta casi seis veces su capacidad original, antes de cerrar 45 años después.
Al mismo tiempo que Sosa Texcoco iniciaba operaciones, otra empresa —Alkamex— producía sulfato de aluminio y luego ácido sulfúrico (la primera planta mexicana que usó el proceso catalítico, denominado “de contacto”) en Tlalnepantla. Con estas unidades el país ya disponía de los componentes inorgánicos más básicos.
Pronto se le unieron varias otras instalaciones que se desarrollan a ritmo vertiginoso a partir de 1950: la primera planta de amoniaco sintético en México, construida por Guanos y Fertilizantes en Tultitlán.

A las primeras fábricas de cemento, hierro y acero, cerveza, jabón y azúcar que ya existen al inicio del siglo XX, se incorporan las primeras refinerías petroleras en manos de las grandes firmas mundiales a mediados de los años 20. Las refinerías son de pequeña escala y de tecnología atrasada aún para la época, pues a las empresas petroleras les interesaba mucho más recoger el petróleo que refinarlo en México.
Entre 1920 y 1940 proliferan diversas industrias de proceso ocupadas de la fabricación de jabón, papel, resinas artificiales derivadas de la brea y usadas como primeros aprestos textiles y para papel. De una extensión lógica de la industria jabonera, en los años 30 se destila y refina glicerina e inicia la hidrólisis de grasas para producir ácidos grasos por primera vez en México. Los esfuerzos de Colgate-Palmolive, La Luz, La Corona y algo después Química Michoacana, datan de esa época.

En otra área muy diferente del quehacer químico, empieza a operar una empresa de origen alemán: Beick-Félix-Stein, para producir grenetina y luego ácido sulfúrico (primera unidad en el país y única en emplear el proceso histórico de las cámaras de plomo), superfosfato simple, algunos primitivos pesticidas como el arseniato de cobre y sulfato de este mismo metal.
Ya iniciados los años 40 se instala una fábrica experimental de fibra artificial (cupro-rayón), que años después sería la semilla de Celanese Mexicana, por mucho tiempo la empresa química más grande del país. También data de ese entonces la primera unidad de producción de plásticos: películas de nitro- celulosa producidas por solución y vaciado, y precursora del gran auge de los plásticos 15 años más tarde.
Pero decididamente, el elemento crucial para el desarrollo de muchas otras industrias de proceso, sería la expropiación petrolera. Aunque la industria petroquímica no aparecería sino hasta 20 años después, la necesidad de operar las refinerías que estaban en deplorables condiciones a la salida de los técnicos extranjeros amén de la necesidad de producir ingredientes que se importaban desde siempre pero que el boicot impuesto a México en los primeros años cerró su disponibilidad (particu- larmente el tetraetilo de plomo), obligó a los jóvenes egresados de la Escuela Nacional de Ciencias Químicas a hacer un inau- dito esfuerzo por dominar, proyectar e improvisar.
El esfuerzo no fue en balde, y los químicos e ingenieros no solamente superaron el reto sino crearon escuela con su profesionalismo y entrega, que mucho habría de valer en las décadas siguientes, no sólo en Pemex sino en toda la industria de proceso.

La fabricación del cemento es un proceso industrial de varios minerales, que se divide en tres etapas principales:

Primera etapa. Extracción y trituración

La extracción de los minerales que componen el cemento se realiza a cielo abierto en minas cercanas a las plantas de producción. En las minas se utilizan métodos de explosivos para las rocas más duras, o extracciones mecánicas más simples con bulldozers para extraer el material más suave. Todo el material es transportado a la planta por camiones o bandas transportadoras.

Estas materias incluyen caliza, marga, arcilla, pizarra, etc. De ellas se obtienen los compuestos minerales como Carbonato de calcio, Óxido de silicio y de aluminio, y óxido de fierro.

Segunda etapa. Cocción y clinker

La harina cruda resultante de la etapa de molienda es introducida en un horno de gran tamaño que inicialmente es precalentado a temperaturas superiores a los 850°C. La harina cruda es alimentada por un extremo del horno y por el otro se alimenta el combustible para la cocción.

La Cocción en crudo en hornos rotatorios hasta alcanzar una temperatura cercana a los 2000 ºC , para ser enfriado rápidamente para obtener intermedio denominado clínker.

El clinker se forma únicamente cuando la caliza y arcilla se calcinan a una temperatura entre 1350 y 1450 °C. El horno que se utiliza en esta fase es un cilindro de acero forrado en su interior con ladrillo refractario, donde los materiales y se vuelven líquido, reaccionan y forman compuestos químicos con propiedades cementantes. A este producto se le llama Clinker y es el principal componente del cemento. Este aporta las propiedades de resistencia física, químicas y de coloración del cemento.

Tercera etapa. Molienda del clinker

La molienda final se realiza en los molinos tubulares de bolas en los cuales se mezclan el clínker, yeso y la adición de puzolana (toba). Aquí se logra alcanzar la reducción de tamaño de las partículas y el resultado es el producto final, el cemento gris.

Proceso