Producción de olefinas

Presentación del tema: "Producción de olefinas"— Transcripción de la presentación:

1 Producción de olefinas
Comercialización de etileno

2 Objetivos: conocer el concepto de olefina, sus características sus propiedades y el método de fabricación de estas. Conocer la producción comercial del etileno y sus derivados para usos comerciales y domésticos.

3 Olefinas Las olefinas son compuestos químicos que contienen por lo menos un doble enlace carbono – carbono. También conocida como polipropileno o de polietileno, es una cadena larga de polímero de fibra sintética. Se crea cuando el etileno y/o propileno se polimerizan en condiciones muy específicas. La olefina se crea cuando los polímeros se funden en un líquido, a continuación, se ejecuta a través de una máquina llamada hilera, lo que obliga al producto en una fibra larga a través de pequeños agujeros. Los alquenos u olefinas pertenecen a un tipo de hidrocarburos insaturados que se podrían definir como alcanos que han perdido un par de átomos de hidrógeno. En lugar de estos átomos de hidrógeno, las olefinas produjeron un doble enlace entre dos carbonos.

4 Se utilizan como monómeros en la industria petroquímica para la obtención de poliolefinas, como es el polietileno, formado por la polimerización del etileno.  El nombre viene de las propiedades que presentaban los primeros alquenos, el etileno principalmente, que al reaccionar con halógenos daban lugar a compuestos líquidos, viscosos, transparentes e insolubles en agua.

5 Proceso de producción de olefinas
Las olefinas más importantes son el etileno y el propileno. En esta lista de las olefinas más importantes también se encuentran el butadieno, n-buteno e isopreno. El etileno y el propileno se obtienen a través del proceso de desintegración térmica. La desintegración térmica es un proceso que se utiliza en la producción de destilados ligeros y gasolinas. En la desintegración térmica se somete a la carga, que puede ser propano, etano o butano, a temperaturas de alrededor de 455ºC y a presiones superiores a la presión atmosférica. Con este proceso se reduce la viscosidad de fracciones residuales.

6 El proceso de olefinas comienza con el suministro de gas natural por medio de PDVSA GAS a través del lago de Maracaibo. Este gas es licuado en la planta de LGN (Licuado de Gas Natural) y transformado en Etano y Propano. Estos dos hidrocarburos son sometidos por un proceso llamado “craqueo” produciéndose el Etileno y el Propileno, los cuales servirán para la elaboración de Polímeros en las diferentes empresas mixtas petroquímicas y en las empresas transformadoras de resinas plásticas. Con la transformación de los Polímeros obtenemos una gama de productos plásticos, como jeringas, bolsas plásticas, botellas, cauchos, pinturas, nailon, poliéster y otros más.

7 Propiedades físicas de las olefinas
Acidez de las olefinas La polaridad del doble enlace carbono – carbono de las olefinas provoca que éstas sean más ácidas que los alcanos. En cambio, el grado de acidez de las olefinas es menor que el de los ácidos carboxílicos y también que los alcoholes. Polaridad de las olefinas La polaridad de las olefinas depende totalmente de su estereoquímica. Al presentar un doble enlace, las olefinas o alquenos tienen una primera molécula cis. Las moléculas cis se distinguen porque los sustituyentes están de un solo lado del doble enlace. Las olefinas tienen propiedades físicas muy similares a las de los alcanos. Sin embargo, el doble enlace de carbono – carbono evidencia variaciones en dos características en especial: la acidez y la polaridad.

8 Características de las olefinas
Las principales características de las olefinas son: - Mayor densidad que el agua - Insolubles en agua - Son incoloras - Presentan un doble enlace carbono – carbono. - Su isomería es de cadena, como las parafinas. - Se clasifican como hidrocarburos insaturados. - Su isomería es geométrica o cis – trans. - El isómero cis suele ser más polar, tener un punto de ebullición mayor y un punto de fusión menor que el isómetro trans.

9 CRAQUEO DE OLEFINAS En la actualidad el etileno se produce, junto con otras olefinas de 3 y 4 átomos de carbono mediante proceso petroquímicos de craqueo con vapor de hidrocarburos: fundamentalmente naftas, gasoil y etano, aunque también propano y butanos.

10 Producción de olefinas por craqueo con vapor de hidrocarburos
El craqueo térmico con vapor de hidrocarburos se produce en reactores tubulares en ausencia de catalizador a temperaturas por encima de los 750ºC, según reacciones de deshidrogenación y de fisión beta, todas ellas endotérmicas. Con alimentaciones ligeras la deshidrogenación es preponderante; con alimentaciones pesadas las reacciones preponderantes son las de fisión, adquiriendo especial importancia las reacciones de condensación de olefinas y moléculas con dobles enlaces conjugados, que mediante sucesivas deshidrogenaciones, dan lugar a la indeseable formación de coque. La corriente saliente del horno se enfría y destila en una columna de fraccionamiento, en la que se separan los gases olefínicos de las gasolinas de pirólisis, y aquellos se comprimen, se secan y se les elimina el CO2 que llevan consigo, sometiéndoles a una serie de destilaciones sucesivas, primero a bajas temperaturas y luego a altas temperaturas.

11 Pirólisis. La alimentación se precalienta y vaporiza parcialmente en la sección de convención del horno, inyectándole seguidamente vapor recalentado, con lo que se completa la vaporización, y se la introduce en la zona convectiva del horno para recalentar la mezcla antes de entrar en la zona de radiación en la que tienen lugar de forma consecutiva y simultánea las reacciones comentadas. Como la capacidad del horno es limitada, deben disponerse varios en paralelo; uno de ellos diferente para pirolizar el etano y el propano separados en las unidades de fraccionamiento de colas, que se reciclan. La diferencia consiste en que los hidrocarburos ligeros requieren menor tiempo de residencia, menores temperaturas y menor relación vapor de agua/HC que las naftas. El gas saliente del horno de pirólisis debe enfriarse rápidamente en una caldera de recuperación de calor (en la que se genera vapor de muy alta presión) y, a continuación, se termina su enfriamiento hasta los ºC mediante mezcla con la corriente de fondo del fraccionador principal previamente enfriado en un refrigerante, con aire o con agua de refrigeración. Fraccionamiento primario. En una columna de destilación atmosférica se rectifica la corriente saliente del horno de pirólisis, separándose por fondo un gasoil o fuel oil de pirólisis negro, rico en olefinas, que suele quemarse como combustible en el horno. En el condensador de cabeza se separa el agua y una nafta que, por contener gran cantidad de olefinas y aromáticos tiene un buen número de octano, y recibe el nombre de gasolina de pirólisis. Sin embargo, debe ser estabilizada mediante tratamiento con hidrógeno para que no polimerice, es decir, para que no forme “gomas”. Los gases salen como incondensables. Compresión. El gas craqueado se comprime hasta unos 40kg/cm2 en un compresor con 4 ó 5 etapas, con refrigeración intermedia, para evitar la polimerización de las olefinas. En los refrigerantes intermedios condensa el agua junto con naftas ligeras, que se unen a la gasolina de pirólisis separada en el fraccionador primario. Generalmente a la salida de la tercera etapa el gas se lava con una solución de hidróxido sódico para eliminar el H2S y el CO2 que lleva consigo. Al final de la última etapa el gas se seca mediante alúmina activada o tamices moleculares, que también retienen el CO2 residual, de modo que su punto de rocío sea inferior a -100ºC. Fraccionamiento a baja temperatura. El gas seco se enfría y se introduce en la desmetanizadora, en la que se separa el hidrógeno, el CO y el metano. El condensador de esta columna es el punto más frío del sistema, utilizándose como líquido refrigerante etileno de un circuito auxiliar. La separación de metano en esta columna debe ser lo más completa posible, pues todo el metano retenido en la corriente de fondo impurificará al etileno producto. Por otra parte no debe escapar etileno con el metano e hidrógeno. Normalmente el CO y el hidrógeno se introducen en un reactor de metanización y el metano producido, junto con el separado en la columna se emplea como fuel-gas. La corriente de fondo de la desmetanizadora pasa a la desetanizadora, en la que se separa la corriente C2 por cabeza, que seguidamente pasa al convertidor de acetileno, en el que este hidrocarburo se hidrogena selectivamente a etileno, debiendo desaparecer casi por completo pues su presencia en el etileno producto final es muy peligrosa. El gas saliente del convertidor de acetileno se enfría, devolviendo los condensados a ala desmetanizadora. La fracción no condensada pasa al splitter de C2, del que se obtiene por fondo etano, que se recicla a pirólisis, y por cabeza etileno impurificado con restos de metano (“low grade”). El etileno de alta pureza se obtiene en una extracción lateral superior. Fraccionamiento a alta temperatura. La corriente de fondo de la desetanizadora pasa a la despropanizadora, en la que se separan por cabeza los C3. Los más pesados se separan seguidamente en fracción C4 y en una segunda gasolina de pirólisis que lleva consigo los C5 y superiores. En algunos casos también se recupera la fracción C5. La fracción C3 pasa a otro reactor de hidrogenación selectiva para eliminar el metilacetileno. A la salida la fracción C3 pasa al splitter del que se obtiene por cabeza el propileno y por cola el propano, que se recicla al horno de pirólisis junto con el etano. De la fracción C4 se separa el butadieno y los butenos y de las gasolinas de pirólisis se separan los BTX. Las proporciones en que aparecen los distintos productos de la pirólisis en el gas saliente del horno son distintas según sea la naturaleza y el intervalo de destilación de la alimentación.

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13 ETILENO Compuesto orgánico de mayor consumo en la industria petroquímica, principalmente en la fabricación de polímeros como polietileno. Así como también en la obtención industrial del alcohol etílico, oxido de etileno, etilen- glicol, estireno y cloruro de vinilo (se obtiene el PVC, cloruro de polivinilo, usado para fabricar piezas y tubos con características metálicas). El etileno es un gas que se almacena y transporta con dificultad en condiciones criogénicas, por lo que su producción y consumo se realiza dentro de grandes complejos industriales en los que se encuentra integrada la refinería de tipo petroquímico y las plantas de producción de derivados. Es un producto altamente reactivo participando en reacciones de oxidación, polimerización, halogenación, alquilación,… ETILENO: El mercado de etileno como tal es bastante reducido, siendo la gran mayoría procesado en plantas de producción de derivados. Existen dos especificaciones de referencia, el más puro (high grade), también denominado grado polímero con contenidos muy bajos de metano, etano y, sobre todo, acetileno, y el de menor pureza (low grade) también denominado grado químico.

14 El mercado de etileno como tal es bastante reducido, siendo la gran mayoría procesado en plantas de producción de derivados. Existen dos especificaciones de referencia, el más puro (high grade), también denominado grado polímero con contenidos muy bajos de metano, etano y, sobre todo, acetileno, y el de menor pureza (low grade) también denominado grado químico. Propiedades físicas Apariencia Incoloro Densidad 1.1780 kg/m3; 0,001178g/cm3 Masa molar 28,05 g/mol Punto de fusión 104 K (-169 °C) Punto de ebullición 169,5 K (-104 °C) Temperatura crítica 282,9 K (10 °C) Presión crítica 50,7 atm

15 La producción anual de etileno es aproximadamente de 120 millones de toneladas, cuyo destino aproximado es el siguiente: 50% a la fabricación de polietilenos tanto de alta como de baja densidad. 18% a la fabricación de cloruro de vinilo monómero para producir principalmente PVC. 12% a la fabricación de óxido de etileno el cual se emplea básicamente en la fabricación de glicoles. 8% a la fabricación de etilbenceno, para posteriormente fabricar estireno y sus polímeros derivados. 12% a derivados diversos.

16 POLIETILENO El polietileno procede de la polimerización del etileno y dependiendo del tipo de proceso empleado se obtiene uno de los dos tipos fundamentales de polietileno, el de baja densidad y el de alta densidad. El polietileno más antiguo es el de baja densidad que se obtiene en procesos a altas presiones, éste es un polímero termoplástico, blando y elástico de densidad 0,92. Su estructura es ramificada con abundantes ramificaciones cortas (grupos etilo y butilo principalmente) y algunas ramificaciones largas. Posteriormente se desarrollaron procesos que trabajaban a bajas presiones y temperaturas en presencia de catalizadores organometálicos, de estos procesos se obtuvo un producto más duro y rígido con una densidad de 0,96: el polietileno de alta densidad. POLIETILENO: El polietileno de alta densidad. Este producto no tiene ramificaciones largas y su estructura es más compacta consiguiendo un mayor grado de cristalinidad. El peso molecular medio de estos polímeros es muy superior a de los de baja densidad.

17 El polietileno es actualmente el polímero más consumido en el mundo con una producción cercana a las 60 millones de toneladas/año. Sus usos son muy diversos: adhesivos, almacenamiento, industria del automóvil, fundas de cables, plásticos agrícolas, embalajes y tuberías.

18 Proceso de fabricación del Polietileno de Baja Densidad (PEBD)
El etileno fresco y el reciclado del circuito de baja presión se mezclan con el iniciador y el agente de transferencia (para controlar el peso molecular) en la aspiración del compresor primario, de este compresor sale a unas 300 atm. uniéndose a su descarga con el etileno reciclado del sistema de alta presión antes de entrar en el hiper compresor, que proporciona una presión de a 2600 atm. En los reactores tubulares, el etileno comprimido se calienta primero hasta unos 250ºC para iniciar la reacción y seguidamente se refrigera con agua para eliminar el calor de reacción. Estos reactores tienen una longitud de 1,5km y producen un polímero con una distribución de pesos moleculares ancha. La conversión por paso es del orden del 35% y el tiempo de residencia de 60 a 300s. En los reactores tipo autoclave, la conversión resultante se limita al 10-16% y el etileno se introduce frío para favorecer el balance térmico. El producto tiene una distribución de pesos moleculares más estrecha y mayor grado de ramificación. Proceso de fabricación del Polietileno de Baja Densidad (PEBD) El proceso de fabricación es un proceso a alta presión. Los reactores empleados pueden ser tanto de tipo autoclave como de tipo tubular. El iniciador normalmente es oxígeno o un peróxido orgánico.

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20 La reacción tiene lugar en fase homogénea en condiciones supercríticas
La reacción tiene lugar en fase homogénea en condiciones supercríticas. A la salida del reactor la corriente se expansiona y en el separador de alta presión se separa parte del etileno no reaccionado, que se refrigera y purifica para eliminar las ceras arrastradas. El polímero fundido que todavía contiene etileno disuelto, se vuelve a expansionar hasta una presión por encima del etileno fresco, reciclándose a la aspiración del compresor primario el etileno desgasado en el separador de baja presión, después de separar los aceites y ceras arrastrados. El polietileno fundido, junto con los antioxidantes y otros aditivos, se extruye y corta mediante chorros de agua, que produce unos gránulos esféricos que se secan y transportan a los silos reumáticamente.

21 Proceso de fabricación del Polietileno de Alta Densidad (PEAD)
En la mayoría de estos procesos (a baja presión) se pueden distinguir las siguientes etapas: • Preparación y activación del catalizador • Purificación y secado de monómeros, para evitar el envenenamiento del catalizador. • Polimerización • Separación del monómero no convertido (y reciclo, si es necesario) • Secado y extrusión del polímero.

22 Los procesos de baja presión se diferencian entre sí básicamente por la técnica de polimerización empleada y por el tipo de reactor. Se pueden distinguir cuatro tipos de procesos: • Polimerización en disolución. El monómero y el catalizador se disuelven en un hidrocarburo inerte, en condiciones de presión y temperatura que no se produzca la precipitación del polímero. • Polimerización en una suspensión (o slurry) del catalizador (y polímero) en un hidrocarburo inerte. • Polimerización en masa. El polímero resultante está suspendido en el monómero. • Polimerización en fase vapor. La reacción se realiza en un lecho fluidizado con las partículas del catalizador.

23 Proceso de fabricación del Polietileno de Alta Densidad (PEAD)
La figura 4 muestra el proceso de fabricación mediante polimerización en suspensión. Ésta es la técnica de polimerización más madura y es la más flexible permitiendo fabricar una gran gama de polímeros y copolímeros de muy diferentes pesos moleculares.

24 Cloruro de vinilo monómero (VCM)
El VCM es un gas en condiciones normales, con temperatura de ebullición de -14ºC. Se fabrica a partir de etileno y cloro y es la materia prima para la fabricación del plástico PVC (policloruro de vinilo). El mercado del VCM va por tanto directamente asociado al mercado de PVC. El crecimiento anual actual es del orden del 4-5% y la producción supera las 20 millones de toneladas anuales. Hoy en día el proceso de producción empleado es el proceso balanceado en el cual se fabrica el VCM mediante una reacción de cloración y mediante una reacción de oxicloración. Cloruro de vinilo monómero (VCM) Todo esto pese a las previsiones que se hicieron indicando una disminución en su consumo. Las razones para que las previsiones no se hayan cumplido son por un lado la versatilildad del PVC con múltiples y diversos usos y por otro lado la mejora en el control de emisiones. Los procesos actuales consiguen altos rendimientos, un bajo consumo neto de energía (gracias al aprovechamiento del calor de reacción y de los calores residuales), bajos costes de personal y mantenimiento y bajos niveles de emisión de contaminantes.

25 Descripción del proceso
En la primera sección el dicloroetileno (EDC) se produce mediante una reacción de cloración directa mientras que en la segunda sección se produce mediante una reacción de oxicloración. Las dos reacciones son exotérmicas. El EDC que se produce en la cloración directa se puede alimentar directamente al horno de craqueo (tercera sección) mientras que el obtenido en la oxicloración necesita pasar por una etapa de purificación antes de entrar en la sección de craqueo. La tercera sección es el craqueo del EDC para formar VCM. Tras el craqueo los productos (VCM, HCl y EDC no convertido) pasan a una etapa de destilación de donde se obtiene el VCM producto y se separan el HCl y el EDC que se reciclan a oxicloración y destilación de EDC respectivamente

26 Tratamiento de las emisiones
En la planta de producción de VCM se tienen principalmente dos tipos de emisiones, unas de tipo gaseoso que pasan a la unidad de recuperación de HCl y otras que pasan a la unidad de tratamiento de aguas residuales. La unidad de recuperación de HCl oxida los productos de esta corriente a altas temperaturas (1250ºC) para obtener CO2, agua y HCl que es reciclado. El calor de la combustión se aprovecha para generar vapor de media presión. El tratamiento de las aguas residuales incluye una neutralización del HCl con sosa cáustica.

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31 Conclusión: las olefinas como materia orgánica son utilizadas para la producción de diferentes hidrocarburos de los cuales el mas importante entre estos es el etileno por su alta versatilidad en la obtención de sus productos derivados los cuales tienen un alto impacto tanto en la industria y la agroindustria. El etileno se encuentra libre en la naturaleza formando parte de las frutas las cuales lo utilizan en su biosíntesis en su proceso de maduración.