Produccion de Etileno y Polietileno

 

REPÚBLIC REPÚBLICA A BOLIVARIANA BOLIVARIANA DE VENEZUELA VENE ZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NÚCLEO CARABOBO-ISABELICA INGENIERÍA PETROQUÍMICA

OBTENCION DE ETILENO Y PROPILENO

PROF.: EDISON PEÑA SECCION: 6S-D-02

 

CARACTERISTICAS DEL ETILENO Y PROPILENO El Etileno o eteno, CH2=CH2, peso molecular 28,05  grs., es el hidrocarburo olefínico o insaturado más sencillo. Es un gas incoloro e inflamable, con olor débil y agradable. Se usa mucho como materia prima en la industria química orgánica sintética. El Propileno o propeno (CH2=CH–CH3) es un hidrocarburo perteneciendo a los alquenos, incoloro e inodoro. Es un homólogo del etileno. Como todos los alquenos presenta el doble enlace como grupo funcional.

 

CARACTERISTICAS DEL ETILENO Punto -169,4º Punto de de fusión ebullición -103, 8ºCC Densidad del vapor 0,9852 (aire=1) Viscosidad a 0º C 0,000093 poises Calor de vaporización al Pto. de ebull. 118,5 cal/grs Calor de hidrogenación 32,8 Kcal/mol Calor de combustión (bruto) 337,28 Kcal/mol Temperatura crítica 9,90º C Presión crítica 50,7 Atm. Densidad crítica 0.227 Límite de inflamabilidad en el aire Min 3-3,5% Max 16-29% Temperatura de autoignición en aire 490º C a Presión Atm.

 

CARACTERISTICAS DEL PROPILENO Nombre (IUPAC (IUPAC)) sistemático Propeno Formula molecular C3H6  Identificadores Numero CAS 115-07-1 Propiedades físicas Estado de agregación gaseoso Densidad 1810 kg /  /m m3; 1,81 g 1,81 g /  /cm cm3  Masa molar Punto de fusión Punto de ebullición Temperatura de ignición

42.08 42.08 g  g /  /mol mol   -185,3ºC -48ºC 460ºC

 

CARACTERISTICAS DEL ETILENO MÉTODO DE OBTENCIÓN

La mayor parte del etileno y propileno producido mundialmente se obtiene por craqueo con vapor (steam cracking) de hidrocarburos de refinería (etano, propano, nafta y gasóleo, principalmente). También se obtiene el etileno a partir del reformado catalítico de naftas o a partir de gas natural (Oxidative Coupling of Methane, OCM).mik

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO   Las olefinas son hidrocarburos con dobles enlaces carbono –  carbono. El término olefinas es de olefiant  gas, que significa, gas formador aceite. Estosmás se encuentran en los procesos deindustriales importantes. Existen muchos tipos de olefinas pero las más importantes son el Etileno y el Propileno

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO Existen varias formas para obtener olefinas, pero nosotros nos vamos a centrar en la producción de Etileno y Propileno a partir del gas natural o Propano y Etano; esta misma materia prima es la que se usa en la Planta de Olefinas I y II, este documento es en referencia a Olefinas I del Complejo Petroquímico Ana María Campos (Antiguo Complejo Petroquímico El Tablazo) ubicado en los Puertos de Altagracia, Estado Zulia.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 1. LA ALI ALIME MENTA NTACIÓ CIÓN N La cual consiste en propano y etano a un 95% y 95.5% de pureza respectivamente, esto ocurre de forma liquida a una presión de 17,6 kg/cm2 y 38 ºC. Esta mezcla pasa por una sección de hornos en la cual se va a realizar la pirolisis con una mezcla de vapor de agua con los hidrocarburos, con una relación de 0,3 kg de vapor de agua por kg de hidrocarburo; la pirolisis para el Etano ocurre a 843 ºC y de 826 a 843 ºC para el propano.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 2. EL C CR RAQUEO Durante el craqueo del etano se produce etileno, hidrógeno en mayor proporción; y metano, acetileno, etano, propeno, propano, propadieno, hidrocarburos más pesados, coque, dióxido de carbono, monóxido de carbono, agua en menor proporción. Mientras que el craqueo del propano se produce básicamente lo mismo la una diferencias es que el etileno, Propileno, hidrógeno se encuentran en mayor proporción. Y el resto de los subproductos permanecen constantes. Los hornos tienen capacidad de craquear etano a un 64% de conversión, mientras que los hornos dobles craquean propano a un 90%

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 3. EN ENFR FRIA IAMI MIEN ENTO TO Y CO COMP MPRE RESI SIÓN ÓN Luego de la pirolisis se necesita descender la temperatura súbitamente, por que si los dejo a la temperatura de la cual salió del horno resultados. Luego secontinuaría hace pasar reaccionando la mezcla por alterando una torre los de lavado con agua, donde se usa agua a contracorriente donde los compuestos de más de cinco carbonos condensan y los compuestos más livianos se salen en forma de vapor donde son llevamos a un compresor, donde este consta de 5 partes, debido a que se necesita aumentar mucho la presión, es más factible aumentar la presión por partes, y no súbitamente.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 4. CON CONVER VERSIO SION N DEL DEL ACE ACETIL TILEN ENO O Y PR PROP OPADI ADIENO ENO En la muestra de mezclas de compuestos existe una cantidad considerable de acetileno, este no se puede dejar en esta mezcla ya que es dañino para los catalizadores de las industrias que se basan en esta materia prima, a tal punto que los desactiva o envenena. Para esto se lleva a una torre de conversión de acetileno, que tiene doble función, convertir el acetileno y propadieno en etileno y Propileno respectivamente. En esta área la mezcla obtenida en el horno de conversión se le agrega un catalizador que esta hecho de cobalto, níquel y cromo soportado en alúmina, este catalizador es altamente selectivo, este va a evitar que en el convertidor de acetileno se que hidrogene soloelhidrogene al acetileno y propadieno, lo hace elenetileno, conjuntoy con H2S.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 5. EL ELIM IMIN INAC ACIO ION N DE DELL H2 H2SS  Ahora tenemos en el proceso una cantidad de H2S que se deben retirar, para ello se lleva a una torre de lavado caustico, en esta se usa soda en contracorriente con agua, la soda con una concentración de 7%, en la reacción hay CO2 y H2S que al hacerlas reaccionar con la soda producen sulfuro de sodio y carbonato de sodio, que son condensados por su alto peso molecular. Los elementos más livianos salen en forma de vapor.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 6. ENFRIAMIENTO En la sección de enfriamiento la temperatura es bajada a -34ºC, de aquí en adelante quesequeremos es purificar el compuesto lo más loque pueda, tratando de retirar las impurezas o subproductos que no son necesarios.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 6. DE DESM SMEETA TAN NIZA ZAD DO Luego de la sección de Enfriamiento se procede a pasar por la torre desmetanizadora para eliminar los compuestos mayores a dos carbonos que opera a unas condiciones en el fondo de 0 ºC y en la parte superior de 90 ºC cual se logra separar la mayoría de los compuestos de 2 carbono y luego el metano e hidrógeno que se evaporan y suben por la columna son llevamos a la sección de enfriamiento para luego recolectarlos y enviarlo como combustible para el primer horno para la pirolisis.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 7. SEP SEPAR ARACI ACION ON Y OBT OBTEN ENCI CION ON DE DELL EETIL TILEN ENO O Los compuesto que condensaron en la torre desmetanizadora son llevamos a la torre de deetanizadora, que separa el etano y etileno de los compuestos más pesados, en este caso el acetilenos y etileno suben por la torre, y el resto se condensa; el etileno y etano se llevan a una torre fraccionadora de Etano/Etileno, esta posee una temperatura de -21ºC y una presión de 21 kg/cm², aquí se separa el etileno del etano. Para obtener el etileno con un 95.95% de pureza, mientras que el etano que se produjo es recirculado para los hornos de pirolisis.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO 8. SEP SEPAR ARACI ACION ON Y OBT OBTEN ENCI CION ON D DEL EL P PROP ROPILE ILENO NO Luego los compuestos de 3 o mas átomos de carbonos que condensaron en las secciones anteriores son llevados a una torre de fraccionamiento de Propileno y Propano, esta tiene unas condiciones de 21.3 kg/cm² y una temperatura de 62ºC en esta se separa el Propileno de los otros compuestos más pesados, cuando se separa el Propileno, en el quedan remanentes importantes de propano, por ello se lleva a otra columna secundaria de Propileno/Propano, en este se elimina la mayoría de las impurezas quedando una producción de Propileno al 95,6 %.

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO

 

OBTENCION DEL ETILENO Y PROPILENO ETAPA DE SEPARACION DEL ETILENO/PROPILENO

 

 APLICACIONES DEL ETILENO

 

EL POLIETILENO Los polietilenos son importantes polímeros olefínicos que cada año van alcanzando un crecimiento más significativo. La combinación de propiedades útiles, fabricación fácil y buenos aspectos económicos ha originado que se les considere como materiales comerciales. Son resinas termoplásticas producidas mediante procesos a alta y baja presión en los que se usan varios sistemas catalíticos complejos. Como resultado se obtienen varias familias de polímeros (de baja densidad, de baja densidad lineal y de alta densidad), cada uno con características muy diferentes de comportamiento y cualidades técnicas. Por lo general, todos los polietilenos poseen propiedades eléctricas excelentes, una resistencia inmejorable a los disolventes orgánicos y a compuestos químicos. Son materiales translúcidos, de peso ligero, resistentes y flexibles.

 

TIPOS DE POLIETILENO POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) El polietileno de baja densidad (low density polyethylene, LDPE. El LDPE se hace comúnmente por polimerización del etileno a alta presión para formar moléculas de polietileno. Es un polímero termoplástico de cadena larga altamente ramificado con una densidad de 0.915 a 0.925 g/cm3 y peso molecular de hasta 4x106. El proceso también es capaz de producir polietileno de densidad media (medium density polyethylene, MDPE) de hasta aproximadamente 0.935  g/cm3.

 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) PROCESO DE OBTENCIÓN El LDPE se produce por polimerización del etileno a través de radicales libres y a presión y temperatura elevadas. Las temperaturas varían de 150 a 300ºC. Las presiones abarcan desde 103 a 345 MPa. El proceso de polimerización conlleva tres pasos básicos: iniciación, propagación y terminación.

 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) REACCIONES DE POLIMERIZACION La iniciación requiere de un iniciador, usualmente un peróxido, que se 1), descompone en elradicales libres (ecuación los cualestérmicamente reaccionan con etileno (ecuación 2): Iniciador: 2(R) 2R' 1) R' + CH2CH2 RCH2CH2' 2) La propagación ocurre a medida que prosigue la reacción (ecuación 3). RCH2CH2' + CH2CH2

RCH2CH2CH2CH2' 3)

 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) REACCIONES DE POLIMERIZACION (CONTINUACIÓN) La terminación de una cadena en crecimiento ocurre cuando dosradical grupos de radicales libres (ecuaciónse4) combinan o cuando un hidrógeno se transfiere de una cadena a otra (ecuación 5). RCH2CH2' + 'CH2CH2R RCH2CH2CH2CH2R 4) RCH2CH2' + 'CH2CH2R RCH2CH3 + RCHCH2 5)

 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) PROCESO EN AUTOCLAVE Se usan dos métodos comerciales en la producción del LDPE: en autoclave y en tubo. El proceso en autoclave emplea un reactor autoclave con agitación y flujo continuo con una relación L/D que va de 2:1 a 20:1. El reactor puede estar dividido por bastidores a fin de formar una serie de zonas de reacción bien agitadas. El proceso en autoclave puede producir resinas de LDPE con un amplio intervalo de distribuciones de pesos moleculares.

 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) PROCESO EN TUBO En el proceso tubular, el reactor consiste en un tubo largo con relaciones L/D mayores que 12000:1. Debido a que no hay agitación mecánica, la operación continua puede producir un flujo tapón. Aquí, la distribución de pesos moleculares generalmente está entre los extremos conseguibles mediante el autoclave.

 

POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (LDPE) En ambos procesos, los separadores descendentes del reactor operan a presiones más bajas, separando el etileno que no reaccionó del polímero. Sólo de un 10 a un 30% del etileno es convertido en polietileno por paso a través del reactor. Del separador, se extruye el polietileno fundido a través de una nodulizadora sumergida en agua para formar gránulos o "pellets". Éstos son secados y almacenados en silos hasta que son cargados en vagones de ferrocarril, cajas o bolsas.

 

POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (LLDPE) POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (LLDPE) El polietileno lineal de baja densidad (linear low density polyethylene, LLDPE) se puede describir como un copolímero de etileno/ð-olefina que tiene una estructura molecular lineal. Los comonómeros más usados comercialmente son el buteno, el hexeno y el octeno. Las resinas LLDPE tienen pesos moleculares de 10000 a 100000 con grados variables de cristalinidad.

 

POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (LLDPE) CARACTERISTICAS

Es un material termoplástico duro y resistente que consiste en un esqueleto lineal con ramificaciones laterales cortas de densidad entre los 0.905 a 0.945  g/cm3. Las propiedades del LLDPE en el estado fundido y en la parte terminada son funciones del peso molecular, la distribución de pesos moleculares, DPM, y de la densidad de la resina. La longitud y posición de las cadenas laterales también afecta las propiedades del producto, las cuales son en gran parte controladas por el comonómero usado en el proceso de producción.

 

POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (LLDPE) PROCESO DE OBTENCIÓN El proceso básico de polimerización requiere de la copolimerización del etileno y el monómero de elección (ð-olefina) usando un catalizador. Las presiones y temperaturas del reactor varían dependiendo del proceso empleado. Tanto el tipo de comonómero como el proceso de producción afectan las propiedades físicas de la resina. Los comonómeros comúnmente usados son 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno

 

POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (LLDPE) PROCESO DE OBTENCIÓN (continuación) Dos tipos de sistemas a baja presión se usan principalmente en la producción de LLDPE: el proceso en lecho fluidifizado en fase gaseosa y los procesos en disolución. El LLDPE también se puede producir en plantas de polietileno de baja densidad y alta presión (low density polyethylene, LDPE) usando la tecnología de modificación retroactiva proporcionada (a nivel de Estados Unidos) por Arco y Dow.

 

POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD (LLDPE) El proceso en lecho fluidificado en fase gaseosa consiste en la alimentación en forma continua etileno, hidrógeno, un catalizador con titanio y un comonómero a un reactor de lecho fluidificado que opera a una presión de 2.1 MPa y 80-100ºC. La mayoría de las resinas de LLDPE se producen de ordinario con 1-buteno como comonómero. Se ha producido nuevas clases de LLDPE usando ð-olefinas de peso molecular más elevado como comonómeros en su proceso en fase gaseosa. El producto polimérico y el gas se descargan intermitentemente del reactor y el gas se separa del polímero. El polímero, en forma pulverizada, es transportado luego por aire para su almacenamiento o hacia las máquinas de compresión.

 

POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (HDPE) POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (HDPE) El HDPE es un material termoplástico parcialmente amorfo y parcialmente cristalino. El grado de cristalinidad depende del peso molecular, de la cantidad de comonómero presente y del tratamiento térmico aplicado. La cristalinidad de una resina de HDPE determinada puede variar dentro de una amplia gama debido a la tasa de enfriamiento de la masa fundida. El HDPE abarca el intervalo de densidades de 0.941 a 0.967 g/cm3

 

POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (HDPE) PROCESO DE OBTENCIÓN El HDPE se manufactura mediante un proceso a baja presión. Por comparación, el polietileno de baja densidad (HDPE) se manufactura mediante un proceso a alta presión. La presión en la fabricación del HDPE está por debajo de 14 MPa. En muchos casos, está por debajo de 7 MPa.

 

POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (HDPE) PROCESO DE OBTENCIÓN (continuación) Hay tres procesos comerciales importantes usados en la polimerización del HDPE: los procesos en disolución, en suspensión y en fase gaseosa. Los catalizadores usados en la fabricación del HDPE, por lo general, son o del tipo óxido de un metal de transición o del tipo Ziegler - Natta

 

POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (HDPE) Como se mencionó, junto con el índice de fusión y la densidad, la distribución de pesos moleculares es una propiedad distintiva del HDPE. A medida que se polimeriza el HDPE, se producen moléculas de polímero de muchas longitudes diferentes (pesos moleculares). Si una resina de HDPE tiene un intervalo estrecho de longitudes moleculares, se dice que tiene una DPM (distribución de pesos moleculares) estrecha. La DPM es una  gráfica del peso molecular contra el número de frecuencia de un peso molecular determinado. A medida que se ensancha la DPM del HDPE, se incrementan la procesabilidad y la resistencia a la fusión, en tanto que decrecen la resistencia al impacto y la tenacidad a baja temperatura.

 

USOS Y APLICACIONES DEL PILIETILENO El polietileno ha encontrado amplia aceptación en virtud de su buena resistencia química, falta de olor, no toxicidad, poca permeabilidad para el vapor de agua, excelentes propiedades eléctricas y ligereza de peso. Se emplea en tuberías, fibras, películas, aislamiento eléctrico, revestimientos, envases, utensilios caseros, aparatos quirúrgicos, juguetes y artículos de fantasía.

 

USOS Y APLICACIONES DEL PILIETILENO CABLES Como aislante para los cables submarinos. En esta aplicación, la escasa de permisividad y la resistencia al agua son de especial utilidad. En 1940, era usado como aislante en los cables de alta frecuencia usados especialmente en las instalaciones de radar, y en este caso es el factor de potencia el que tiene la máxima importancia. Muchos otros tipos de cables para usos militares y civiles han empleado también el PE como aislante. Más recientemente, una salida importante para el PE se ha encontrado en la construcción de cables en los cuales el polímero se usa no como aislante eléctrico, sino como envoltura exterior

 

USOS Y APLICACIONES DEL PILIETILENO ENVASES, VASIJAS Y TUBOS El PE se usa muchos en forma de botellas, vasos y otros recipientes, tanto encomo la industria parapara la manipulación de materias corrosivas en el hogar diversos líquidos. En esas aplicaciones, las principales ventajas son la inercia, el poco peso y menor probabilidad de que se rompa, comparado al vidrio. Los tubos de pared gruesa se usan para el transporte de agua, especialmente en las granjas y en las minas, donde la facilidad para colocar las tuberías, la resistencia a las condiciones corrosivas del suelo y el poco peso son factores importantes

 

USOS Y APLICACIONES DEL PILIETILENO PELÍCULA La película de polietileno en un espesor de 0,0250,250 mm total absorbede una proporción la producción polietileno. Su elevada uso se debasó originalmente en su combinación de buenas propiedades mecánicas con una baja permeabilidad al vapor de agua, y por ello sirve para empaquetar productos alimenticios, y en este caso la transparencia, la tenacidad y la resistencia al desgarramiento son las cualidades importantes.

 

USOS Y APLICACIONES DEL PILIETILENO Polietileno de baja Polietileno de alta densidad densidad película termocontraíble caños envasamiento automático envases soplados botellas bolsas industriales bidones film para agro contenedores industriales bolsas de uso general cajones cables eléctricos bolsas de supermercado (aislantes) bolsas tejidas tuberías para riego macetas tubos

 

FABRICACIÓN DE ARTÍCULOS DE POLIETILENO El polietileno se suministra generalmente en forma de  gránulos de unos 3mm de diámetro, ya en su estado natural o con un antioxidante o un pigmento. La mayor parte de los artículos terminados hechos con polietileno se fabrican por extrusión. La temperatura de extrusión varía considerablemente, según la naturaleza del artículo terminado, entre temperaturas próximas al punto de fusión para secciones gruesas y temperaturas próximas a la temperatura de descomposición (300 ºC) cuando el objeto es de acción delgada y puede enfriarse rápidamente sin que se deforme.

 

FABRICACIÓN DE ARTÍCULOS DE POLIETILENO MOLDEO POR INYECCION

 

VALORIZACIÓN DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS Significa el abanico de posibilidades que ofrecen los residuos plásticos para su tratamiento: Reciclado mecánico Recuperación energética Reciclado químico Rellenos Sanitarios •

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