Producción de olefinas

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Introducción[editar]

La química orgánica ó química del carbono es la rama de la química que estudia una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, también conocidos como compuestos orgánicos. Fredrich Kekulé es conocido como el padre de la química orgánica.

Los compuestos estudiados pueden dividirse en: compuestos alifáticos, compuestos aromáticos, compuestos heterocíclicos, compuestos fisiológicamente activos preparaciones farmacéuticas, compuestos organometálicos y polímeros.

Los hidrocarburos alifáticos son compuestos orgánicos constituidos por Carbono e Hidrógeno, en los cuales los átomos de Carbono forman cadenas abiertas y ramificadas. Los hidrocarburos alifáticos de cadena abierta se clasifican en alcanos, alcenos o alquenos y alcinos o alquinos.

Dentro de los alcanos están el Propano y Etano que son los productos que se van a usar como materia prima, para la obtención de alquenos, en este caso, propileno y Etileno. Se debe aclarar que este es una de las muchas formas de producción a nivel industrial.

Producción de Etileno y Propileno[editar]

Las olefinas son hidrocarburos con dobles enlaces carbono – carbono. El término olefinas es de olefiant gas, que significa, gas formador de aceite. Estos se encuentran en los procesos industriales más importantes. Existen muchos tipos de olefinas pero las más importantes son el Etileno y el Propileno. El etileno o eteno (H2C=CH2) es un compuesto químico orgánico formado por dos átomos de carbono enlazados mediante un doble enlace. Es uno de los productos químicos más importantes de la industria química. Se halla de forma natural en las plantas.

El 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.

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 Maria Campos (Antiguo Complejo Petroquímico El Tablazo) ubicado en los Puertos de Altagracia, Estado Zulia, Venezuela (Pequiven S.A.).

Está la alimentación de materia prima que es el 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. Este gas pasa por una sección de hornos, en total hay 9 hornos, en los cuales hay 7 hornos con celdas simples y 2 con celdas dobles, cada celda con la misma capacidad que la otra. En estas celdas 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 sobre kg de hidrocarburo; la pirolisis para el Etano ocurre a 843 ºC y de 826 a 843 ºC para el propano.

Durante el craqueo del etano se produce etileno, hidrógeno en mayor proporción; y metano, acetileno, etano, propeno, propileno, 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 (los dos tipos de hornos), mientras que los hornos dobles craquean propano a un 90%, mientras que los sencillos a un 75%, alcanzando una conversión global de 80%. El coque generado no sigue en la mezcla, este se adhiere a los paneles de los hornos, haciendo con el paso del tiempo menos efectivos estos, por lo que se necesitan retirarse de los hornos para los sencillos cada 80 días y para los dobles cada 60 días, y retirarle todo el coque que contiene.

Luego de la pirolisis se necesita descender la temperatura súbitamente, por que si los dejo a la temperatura de la cual salió del horno continuaría reaccionando alterando los resultados y se obtendrían resultados no convenientes para el proceso, por lo que se pasa por un quench enfriador, para descender la temperatura a 333ºc aproximadamente. Luego se enfría de nuevo para luego pasarlo por una torre de lavado con agua, donde se usa agua a contracorriente, a unas condiciones y los compuestos de más de cinco carbonos caen en forma liquida y los compuestos más livianos se salen en forma de vapor. El aceite pesado es retirado, mientras que los compuestos livianos 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. Solo usaremos 4 de los 5, el último sabremos su utilidad más adelante.

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. Para esto primero se pasa por un horno convertidor que tiene 2 funciones esenciales, la primera agregar a la mezcla n-Butil mercapno, luego se controla la temperatura del horno para que el gas procedente del compresor hasta llegar a los 200ºC a esa temperatura el n-Butil mercapno se convierte en ácido sulfhídrico más un ion butilo, el ácido sulfhídrico debe estar presente en la mezcla entre 3 y 50 ppm. Luego que termina de darse este proceso se pasa a la sección de conversión de acetileno; 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 hidrogene etileno, y solo hidrogene al acetileno y propadieno, que lo hace en conjunto con el H2S, el H2S actúa como un promotor (Las reacciones que se llevan a cabo en el convertidor catalítico se verán en la figura 2)esta reacción dura 60 días, no se puede dejar más tiempo por que se podría hidrogenar el etilenos, que es las, materia que queremos obtener como producto.

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 darán las reacciones de la figura 3. Luego que reaccionan se 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 a una torre es llevado a una secadora, pero antes paso por un tambor donde se separan los compuestos mas pesaos de las más livianos. Los más livianos pasan a un despojador de dripolenos, mientras que los más livianos pasan por un tambor para retirar los líquidos, para luego eliminar la humedad. Después de esto es comprimido nuevamente por el compresor que no utilizamos de los 5, para luego pasar a la sección de enfriamiento.

En la sección de enfriamiento la temperatura es bajada a -34ºC, de aquí en adelante lo que queremos es purificar el compuesto lo más que se pueda, tratando de retirar las impurezas o subproductos que no son necesarios.

Luego de la sección de Enfriamiento se procede a pasar por al torre predemetanizadora, esta tiene 30 patos y una temperatura de 15ºC, a la cual los compuesto como el hidrógeno, metano, con algunos rastros de etano y etileno son evaporados, para eliminar los compuestos mayores a dos carbonos se pasa por la torre desmetanizadora 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.

Los compuesto que condensaron en las torres de predemetanizador y demetanizador 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, en la cual hay dos torres, una de 90 platos y la otra de 50 platos, aquí se separa el etilenos del etano, en las dos torres de forma paralela. Para obtener el etileno con un 95.95% de pureza, mientras que el etano que se produjo es re circulado para los hornos de pirolisis.

Luego los compuestos que condensaron en la torre deetanizadora 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 %; los compuestos pesados que están en la torre fraccionadora de propano y propilenos pasan a una torre debutanizadora, esta se encarga de separar los compuestos pesados del propano sube en forma de vapor por la torre hacia un reactor de regeneración.

Inicialmente se creía habían cantidades significativas de acetileno en las corrientes de etano provenientes de la debutanizadora, pero como no sucedió esas predicciones, no se implementó el reactor de hidrogenación. El etano obtenido de vuelve a reciclar en el horno de pirolisis. Los compuestos más pesados que salieron por la torre debutanizadora, son enviado a la planta de dripoleno para proceder a retirarle el dripoleno.

El Propileno y el Etileno, son las materias primas básicas fundamentales para la obtención de un sin fin de productos.