Pro Pile No

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2011

BIOPLASTICOSPROPILENO, POLIPROPILENO, POLIETILENOOBTENCION DE POLIMENROS SUSTRAIDOS DE LA NATURALEZA, COMO LA FECULA DE MAIZ, EL ALMIDON DE LA PAPA, Y LOS ZACARIDOS DE LA CAA DE AZUCAR

BUSTAMANTE ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA AMBIENTAL Y PROCESOS INDUSTRIALES MARZO DE 2011

AUNQUE LOS PROCESOS COMERCIALES DE OBTENCIN DEL POLIPROPILENO SON VARIADOS, SE LES PUEDE CLASIFICAR, DEPENDIENDO DEL MEDIO DE REACCIN Y DE LA TEMPERATURA DE OPERACIN, EN TRES TIPOS:

PROCESOS EN SOLUCIN PROCESOS EN SUSPENSIN PROCESOS EN FASE GAS

EN LA ACTUALIDAD MUCHAS DE LAS NUEVAS UNIDADES DE PRODUCCIN INCORPORAN PROCESOS HBRIDOS, EN LOS QUE SE COMBINA UN REACTOR QUE OPERA EN SUSPENSIN CON OTRO QUE OPERA EN FASE GAS. LOS PROCESOS EN SOLUCIN, PRCTICAMENTE EN DESUSO, SON AQUELLOS EN LOS QUE LA POLIMERIZACIN TIENE LUGAR EN EL SENO DE UN DISOLVENTE HIDROCARBONADO A UNA TEMPERATURA DE FUSIN SUPERIOR A LA DEL POLMERO. ENTRE SUS VENTAJAS HAN CONTADO CON LA FCIL TRANSICIN ENTRE GRADOS, GRACIAS A LA PEQUEA DIMENSIN DE LOS REACTORES EMPLEADOS. LOS PROCESOS EN SUSPENSIN (SLURRY), ESTN CONFIGURADOS PARA QUE LA REACCIN TENGA LUGAR EN UN HIDROCARBURO LQUIDO, EN EL QUE EL POLIPROPILENO ES PRCTICAMENTE INSOLUBLE, Y A UNA TEMPERATURA INFERIOR A LA DE FUSIN DEL POLMERO. DENTRO DE ESTE TIPO DE PROCESOS EXISTEN MARCADAS DIFERENCIAS EN LA CONFIGURACIN DE LOS REACTORES (DE TIPO BUCLE O AUTOCLAVE) Y EN EL TIPO DE DILUYENTE UTILIZADO, LO QUE AFECTA A LAS CARACTERSTICAS DE LA OPERACIN Y AL RANGO DE PRODUCTOS QUE SE PUEDE FABRICAR. LOS PROCESOS EN FASE GAS ESTN CARACTERIZADOS POR LA AUSENCIA DE DISOLVENTE EN EL REACTOR DE POLIMERIZACIN. TIENEN LA VENTAJA DE PODERSE EMPLEAR CON FACILIDAD EN LA PRODUCCIN DE COPOLMEROS CON UN ALTO CONTENIDO EN ETILENO (EN OTROS PROCESOS SE PUEDEN PRESENTAR PROBLEMAS AL AGREGAR ALTAS CONCENTRACIONES DE ETILENO, PUESTO QUE SE HACE AUMENTAR LA SOLUBILIDAD DEL POLMERO EN EL MEDIO DE REACCIN). DESTILACIN DEL PROPILENO UNOS DE LOS MTODOS MS UTILIZADOS PARA OBTENER EL PROPILENO ES LA DESTILACIN A PARTIR DE G.L.P. (GAS LICUADO DE PETRLEO) CON UNA PROPORCIN MAYORITARIA DE COMPONENTES LIVIANOS (PROPANO, PROPILENO, ETC).

EL PROCESO DE DESTILACIN SE COMPONE DE UNA SERIE DE PASOS QUE VAN ELIMINANDO LOS DIFERENTES COMPONENTES NO DESEADOS HASTA OBTENER PROPILENO. PRIMERO, SE DULCIFICA LA MEZCLA EN LA MERICHEM EN LA CUAL DE SEPARAN COMPONENTES TALES COMO ANHDRIDO CARBNICO O MERCAPTANOS. LUEGO, SE SEPARAN LOS COMPONENTES LIVIANOS EN UNA COLUMNA DE DESTILACIN DEETANIZADORA, TALES COMO METANO, ETANO O NITRGENO. DESPUS DE ESTO LLEGA EL PASO MS COMPLEJO, QUE ES EL DE SEPARAR EL PROPILENO DEL PROPANO, LOS CUALES POSEEN UN PESO ESPECFICO MUY SIMILAR, POR LO TANTO SE NECESITA UNA COLUMNA DE DESTILACIN SPLITTER MUY LARGA CON GRAN CANTIDAD DE PLATOS Y CON UN SISTEMA MUY COMPLEJO DE REFLUJO DE CONDENSADO. PARA FINALIZAR, SE ELIMINAN LOS LTIMOS COMPONENTES RESIDUALES, COMO ARSINA, Y SE OBTIENE EL PROPILENO LISTO PARA POLIMERIZAR. NITRGENO MONXIDO DE CARBONO OXGENO METANO ETILENO ETANO PROPANO PROPILENO I-BUTANO N-BUTANO BUTILENO 1-3 BUTADIENO METIL-ACETILENO PROPILENO 0,40% 5 PPM 20 PPM 0,10% 0,14% 0,85% 37,06% 58,80% 0,90% 0,15% 1,51% 0,8% 0,12% 0,12%

DEETANIZADORA

SPLITTER

ANHDRIDO CARBNICO SULFHDRICO MERCAPTANOS SULFURO CARBONILO ARSINA AGUA PROCESO NOVOLEN

50PPM 25 PPM 25 PPM 25 PPM 1 PPM 50 PPM

MERICHEM

EL PROPILENO, EL ETILENO Y/O ALGUNO DE LOS DEMS COMONMEROS UTILIZADOS SE ALIMENTAN A LOS REACTORES. SE AGREGA HIDRGENO PARA CONTROLAR EL PESO MOLECULAR EN EL MEDIO DE REACCIN. SE ELIGEN LAS CONDICIONES DE POLIMERIZACIN (TEMPERATURA, PRESIN Y CONCENTRACIN DE LOS REACTIVOS) DEPENDIENDO DEL GRADO QUE SE DESEE PRODUCIR. LA REACCIN ES EXOTRMICA, Y EL ENFRIAMIENTO DEL REACTOR SE REALIZA POR LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR LA DESCOMPRESIN (FLASH) DE LA MEZCLA DE LOS GASES LICUADOS DEL REACTOR CON LAS CORRIENTES DE ALIMENTACIN. LA EVAPORACIN DE LOS LQUIDOS EN EL LECHO DE POLIMERIZACIN ASEGURA QUE EL INTERCAMBIO DE CALOR EXTREMADAMENTE EFICIENTE. EL POLVO DE POLIPROPILENO SE DESCARGA DESDE EL REACTOR Y SE SEPARA EN UN TANQUE DE DESCARGA A PRESIN ATMOSFRICA. EL COMONMERO SIN REACCIONAR SE SEPARA DEL POLVO Y SE COMPRIME, Y FINALMENTE SE RECICLA O SE RETORNA AGUAS ARRIBA A LA UNIDAD DE DESTILACIN PARA SU RECUPERACIN.

EL POLMERO SE PONE EN CONTACTO CON NITRGENO EN UN TANQUE DE PURGA PARA DESPOJARLO DEL PROPILENO RESIDUAL. EL GAS DE PURGA SE RECUPERA, EL POLVO SE TRANSPORTA A LOS SILOS DE POLVO, Y POSTERIORMENTE POR EXTRUSIN SE CONVIERTE EN PELLETS, DONDE SE INCORPORA UNA GAMA COMPLETA DE ADITIVOS BIEN DISPERSADOS. PROCESO LIPP ES UN PROCESO SIMILAR AL NOVOLEN. ES EL ADOPTADO POR PETROKEN S.A. PARA LA PRODUCCIN DE HOMOPOLMEROS.

CONSISTE EN HACER REACCIONAR EL PROPILENO JUNTO CON HIDRGENO Y EL CATALIZADOR EN UN REACTOR. LUEGO DE TERMINADO ESTE PASO, SE SEPARA EL POLIPROPILENO DE RESIDUOS DE LA REACCIN, COMO MONMEROS, CATALIZADOR, ETC., LOS CUALES SON REFLUJADOS AL REACTOR. LUEGO SE SUCEDEN LOS MISMOS PASOS DE TERMINACIN QUE EN EL PROCESO NOVELEN. PROCESO SPHERIPOL PARA DESCRIBIR CON MS DETENIMIENTO LOS PROCESOS, HABLAREMOS DE UNO DE LOS MS EMPLEADOS EN LA ACTUALIDAD: EL PROCESO SPHERIPOL. DISEADO COMO HBRIDO CON DOS REACTORES EN SERIE, EL PRIMERO PARA TRABAJAR EN SUSPENSIN Y EL SEGUNDO EN FASE GAS, ES UN PROCESO VERSTIL, QUE PERMITE PREPARAR DIFERENTES TIPOS DE PRODUCTOS CON PROPIEDADES PTIMAS. EL PRIMER REACTOR ES DE TIPO BUCLE (O LOOP), EN EL CUAL SE HACE CIRCULAR CATALIZADOR Y POLMERO A GRAN VELOCIDAD PARA QUE PERMANEZCAN EN SUSPENSIN EN EL DILUYENTE. EL DILUYENTE ES EN REALIDAD EL MISMO PROPILENO LQUIDO QUE, DADAS LAS CONDICIONES DE OPERACIN, FACILITA LA EVACUACIN DEL CALOR GENERADO POR LA REACCIN AL MISMO TIEMPO QUE PERMITE AUMENTAR EL RENDIMIENTO DEL SISTEMA CATALTICO. EN EL SEGUNDO REACTOR DE FASE GAS SE INCORPORA ULTERIORMENTE EL POLMERO PRODUCIDO EN EL REACTOR LOOP. EN ESTA FASE SE PREPARAN GRADOS CON CARACTERSTICAS ESPECIALES AADIENDO UN COMONMERO ADEMS DEL MONMERO. TRAS SEPARAR EL POLMERO FABRICADO DE LAS CORRIENTES DE PROPILENO, Y DE DESACTIVAR EL CATALIZADOR, EL POLVO DE POLIPROPILENO OBTENIDO SE ENVA A LA LNEA DE ACABADO DONDE SE AADEN ADITIVOS Y SE LE DA LA FORMA DE GRANZA REQUERIDA PARA SU DISTRIBUCIN COMERCIAL.

EN EL CAMPO DE LOS PROCESOS, LOS LTIMOS DESARROLLOS HAN IDO DIRIGIDOS A LA OPTIMIZACIN CON OBJETO DE MEJORAR LAS PROPIEDADES DE LOS POLMEROS, AUMENTAR LAS CAPACIDADES DE PRODUCCIN Y REDUCIR COSTES. LA ADECUACIN DEL PROCESO AL SISTEMA CATALTICO EMPLEADO ES UN PARMETRO FUNDAMENTAL CON VISTAS A ESTE OBJETIVO.

3.3.2. OLEFINAS SUPERIORES RAMIFICADAS

LAS OLEFINAS RAMIFICADAS DE SEIS TOMOS DE CARBONO EN ADELANTE SE OBTIENEN PREFERENTEMENTE POR OLIGOMERIZACIN O COOLIGOMERIZACIN DE OLEFINAS INFERIORES, COMO PROPILENO, I-BUTENO Y N-BUTENOS. EN LA TABLA SIGUIENTE SE RESUMEN LAS SUSTANCIAS DE PARTIDA, LOS PRODUCTOS DE REACCIN Y LOS PROCESOS DE PRODUCCIN:

TABLA 6. PRODUCTOS EMPLEADOS Y PROCESOS DE PREPARACIN DE OLEFINAS RAMIFICADAS.

MATERIA PRIMA PROPILENO

TIPO DE PROCESO DIMERIZACIN CON AIR3

PRODUCTO OBTENIDO 2-METIL-I-

PENTENO PROPILENO PROPILENO PROPILENO N-BUTENOS I-BUTENO DIMERIZACIN ALCALINOS CON METALES 4-METIL-IPENTENO I-NONENOS I-DODECENOS CON I-HEPTENOS

TRI Y TETRAMERIZACIN CON H3PO4 + CODIMERIZACIN DIMERIZACIN PREFERENTE PO4H3/SOPORTE, PERO TAMBIN

CON CAMBIADORES DE IONES O CON DIISOBUTENOS SO4H2

LAS OLIGOMERIZACIONES DE OLEFINAS, SEGN LOS CATALIZADORES EMPLEADOS, SE PUEDEN CLASIFICAR EN TRES GRUPOS PRINCIPALES:

CATLISIS CON CIDOS MINERALES, COMO H3PO4 O H2SO4, CAMBIADORES CIDOS DE IONES.

AS COMO CON

CATLISIS METALRGANICA COCATALIZADORES.

CON

AL-ALCOHILOS

Y

EVENTUALMENTE

CON

CATLISIS METALORGNICA CON METALES ALCALINOS.

PASO 1:

EL PROCESO DE LA UOP EN QUE SE USA H3PO4/SIO2 EN LECHO ESTTICO EST MUY EXTENDIDO INDUSTRIALMENTE. SEGN STE, POR EJEMPLO, FRACCIONES RICAS EN PROPILENO, SE OLIGOMERIZAN A 170-220C Y 40-60 BARS CON CONVERSIN DE UN 90% DE PROPILENO, FORMANDO UNA MEZCLA DE REACCIN LQUIDA CONSTITUIDA PRINCIPALMENTE POR TRI- Y TETRAPROPILENO. AMBOS PRODUCTOS SIRVEN PARTICULARMENTE PARA LA ALCOHILARILLDERIVADOS HAN PERDIDO IMPORTANCIA COMO MATERIAS PRIMAS PARA DETERGENTES, A CAUSA DE SU DIFCIL DEGRADACIN BIOLGICA (VER APARTADO 13.1.4.). EL TETRAPROPILENO EST ENCONTRANDO CADA VEZ MS APLICACIN COMO OLEFINA PARA HIDROFORMILACIN EN FORMA ANLOGA A LA DEL DI-I-BUTENO QUE SE DESCRIBE A CONTINUACIN.

LA OLIGOMERIZACIN DEL I-BUTENO CON SULFRICO O CAMBIADORES CIDOS DE IONES (PROCESO BAYER), SE MENCION YA AL TRATAR DE LAS TRANSFORMACIONES DE LA FRACCIN C4 (VER APARTADO 3.3.2). EL DIISOBUTENO, DESPUS DE HIDROGENADO, SE EMPLEA COMO ADITIVO PARA CARBURANTES. ADEMS, ES PUNTO DE PARTIDA PARA LA OBTENCIN DE I-NONANOL POR HIDROFORMILACIN E HIDROGENACIN, QUE SE EMPLEA PARA LA OBTENCIN DE PLASTIFICANTES.

PASO 2:

LA DIMERIZACIN Y CODIMERIZACIN DE OLEFINAS INFERIORES CON TRIALCOHILALUMINIO SLO O CON OTROS COCATALIZADORES DE LA SERIE DE LOS METALES DE TRANSICIN, SE DIFERENCIAN DESDE DOS PUNTOS DE VISTA: SI SE CATALIZA LA REACCIN SLO CON TRIALCOHILALUMINIO, SE ALCANZA UNA GRAN SELECTIVIDAD. SI ADEMS SE USA UN COCATALIZADOR, COMO, POR EJEMPLO, UNA SAL DE NQUEL, AUMENTA LA ACTIVIDAD DEL SISTEMA A COSTA DE LA SELECTIVIDAD. PARA AMBAS INDUSTRIALES. MODALIDADES SE HAN DESARROLLADO APLICACIONES

SEGN EL PROCESO DE LA GOODYEAR-SCIENTIFIC-DESIGN, EL PROPILENO SE DIMERIZA CON TRIPROPILALUMINIO A 200C Y 200 BARS PARA DAR 2-METIL-1PENTENO, QUE ES UN MATERIAL QUE SE EMPLEA PARA LA OBTENCIN DE ISOPRENO (VER APARTADO 5.2.2).

CH3 H2C CH + H2C=CHCH3

CH3 R3AI H2C=C-CH2CH2CH3 (14)

EL OTRO TIPO DE PROCESO, LLAMADO , LO HA DESARROLLADO LA IFP. SEGN STE, SE PUEDEN HOMODIMERIZAR EN FASE LQUIDA EL PROPILENO O EL BUTENO, AS COMO TAMBIN CODIMERIZAR. ESTE L