TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DEL Etileno APARTIR DEL GAS NATRUAL

8/16/2019 TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DEL Etileno APARTIR DEL GAS NATRUAL

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Producción de Etileno A partir del Gas Natural

INTRODUCCION

En EE.UU. la materia prima dominante para la obtención de olefinas C 2/C3 es el gas

natural rico en etano, propano y butano (llamado gas natural , as! como

los gases de refiner!a. "ll! se encuentran en cantidad muy abundante y proporcionan por

cra#ueo catal!tico ($CC % fluid catalytic cra&ing, preferido en EE.UU., altos

rendimientos en etileno. 'a producción de propileno es comparatiamente menor. "s!,

en )*+, en EE.UU. un - de la producción total de etileno se obtuo de gas de

petróleo licuado y gases de refiner!a. e todas formas este componente adisminuyendo claramente con el creciente empleo de nafta y gasoil.

En Europa occidental falta hasta ahora gas natural rico en etano y las futuras cantidades

disponibles de gas natural procedentes del 0ar del 1orte son relatiamente pe#ueas,

as! pues, igual #ue en apón y otros pa!ses, la nafta de 2445C de ebullición final es la

materia prima a disposición m6s barata #ue se puede dedicar a la disociación.

En )*+, el 77 del etileno producido en Europa occidental se obtuo a partir de nafta.

El consumo total de la industria #u!mica de Europa occidental alcan8ó en ese tiempo 92millones de toneladas ao y se calcula su crecimiento para )*74 a unos - millones de

toneladas ao. :ara ampliar la base de materias primas , tanto en EE.UU. como en

Europa occidental, se est6n desarrollando procesos #ue utilicen fracciones del petróleo

de punto de ebullición m6s alto, como, por e;emplo, gasoil de temperatura de principio

de ebullición superior a 2445C para ser empleada en la disociación con apor (er

apartado ).9.). Esta tendencia se puede er claramente en la estad!stica de las

instalaciones proyectadas< as!, para )*7, la porción de etileno a partir de naftadescender6 a un +. = en cambio la procedente de gasoil aumentar6 al 22. >ólo un

3 se obtendr6 de gas natural o de gas de petróleo.


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I. GENERALIDADES

El etileno es la materia prima b6sica para la elaboración de polietilenos y :?C, este

último fabricado.

El etileno es un gas #ue se obtiene a partir del etano, contenido en la corriente #ue

llega con el gas natural desde los yacimientos sur y oeste. El etano, representa un

9 del olúmen total de gas y la e@istencia de un polo petro#u!mico #ue lo utili8a

como materia prima permite su me;or aproechamiento y transformación.

Etileno y propileno son, en la actualidad, ponderalmente las sustancias

fundamentales m6s importantes de la Au!mica Brg6nica. "s!, el etileno es el

producto b6sico de partida para alrededor de un 34 de todos los productos

petrol#u!micos.

1.1. ESTRUCTURA

El etileno o eteno es un compuesto #u!mico org6nico consistente en dos 6tomos de

carbono enla8ados mediante un doble enlace. Es uno de los productos #u!micos

m6s importantes de la industria #u!mica.

'a molcula no puede rotar alrededor del doble enlace y todos los 6tomos est6n en

el mismo plano. El 6ngulo entre dos enlaces carbonoDhidrógeno es de ))+, muy

pró@imo a los )24 correspondientes a una hibridación sp2.

1.. Propiedades !"sicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Industria_qu%C3%ADmica&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Doble_enlace&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Ethene.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Industria_qu%C3%ADmica&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Doble_enlace&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno


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1.#. REACTI$IDAD %U&'ICA

'a región del doble enlace es relatiamente rica en densidad electrónica (es un

centro nucleófilo y puede reaccionar con electrófilos (con deficiencia de

electrones a tras de reacciones de adición. 0ediante este tipo de reacciones se

pueden sinteti8ar deriados halogenados.

Fambin se puede adicionar agua (reacción de hidratación para dar etanol< se

emplea un 6cido como el 6cido sulfúrico o el 6cido fosfórico como catali8ador. 'a

reacción es reersible.

" altas presiones y con un catali8ador met6lico ( platino, rodio, n!#uel se puede

hacer reaccionar con hidrógeno molecular para dar etano

II. O(TENCI)N

PATENTES *+O PAPER ,IN-OR'ACION A DICIONAL UTILI/ADAS1) DISEÑO Y SIMULACION DE PROCESOS INDUSTRIALES II - GONZALES

21- PLANTA DE PRODUCCION DE ETILENO !"OLI#IA)

El presente traba;o consiste en el diseo y simulación de una planta para la producción

de etileno a partir de un flu;o real de alimentación de una me8cla de gases (metano,

etano, propano, nDbutano tomados de la planta de separación de l!#uidos de Gran

Chaco. " partir de un crac&er con apor de hidrocarburos , para la obtención de etano y

su posterior deshidrogeni8ación, para la producción de etileno.

http://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Densidad_electr%C3%B3nica&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Etanolhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulf%C3%BAricohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_fosf%C3%B3ricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Catalizadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Platinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rodiohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Etanohttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Densidad_electr%C3%B3nica&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Etanolhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulf%C3%BAricohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_fosf%C3%B3ricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Catalizadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Platinohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rodiohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Etano


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DESCRIPCION DEL PROCESO PARA LA O(TENCION DEL ETILENO

a Relaciones crac5in6 2 co5in6'as reacciones de crac&ing son principalmente rupturas de enlace y necesitan deuna cantidad sustancial de energ!a para producir olefinas.

'a parafina m6s simple (alcano y la materia prima m6s utili8ada para producir etileno es el etano. El etano se obtiene a partir de los l!#uidos del gas natural. El

cra#ueo del etano puede isuali8arse como una deshidrogenación por radicales

libres, donde se produce hidrógeno como subproductoH

El etileno tambin puede piroli8ar de la misma manera. "dicionalmente, la

presencia de apor de agua como diluyente reduce las chances de los

hidrocarburos de entrar en contacto con las paredes de los tubos del reactor. 'os

depósitos reducen la transferencia de calor a tras de los tubos del reactor, pero

el apor reduce este efecto reaccionando con los depósitos de carbón (reacción

de reformado con apor.

Cuando el etano se cra#uea ocurren muchas reacciones laterales. Una probablesecuencia de reacciones entre el etileno y un radical metilo o etilo podr!a serH

3 Proceso crac5in6 en !ase 7aporUn cracker t!pico de etano tiene arios hornos de pirolisis en los cuales laalimentación fresca de etano y etano reciclado son cra#ueados con apor comodiluyente.


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'a temperatura de salida del horno se encuentra por lo general en torno a 744 5C.El efluente #ue sale del horno se enfr!a en un intercambiador de calor en primer lugar y luego por contacto directo en una torre quench con agua donde el apor secondensa y se recicla al horno de pirolisis. 'uego, el gas cra#ueado se trata paraeliminarle los gases 6cidos, el hidrógeno y el metano se separan de los productosde pirolisis en la desmetani8adora. "l efluente resultante se le remuee elacetileno, y el etileno se separa del etano y m6s pesados en la fraccionadora deetileno. 'a fracción de fondo se separa en la desetani8adora para dar etano, #ue se

recicla como alimentación al horno de pirolisis, y C3IUna planta de olefinas #ue utili8a alimentación l!#uida re#uiere un hornoadicional de pirolisis, un intercambiador enfriador del efluente, y unafraccionadora primaria para la separación del fuel oil. (Gon8ales, 24)4

DIAGRA'A DE -LO8S9EET


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CONDICIONES DE SALIDA

2) PLANTA DE PRODUCCION DE ETILENO : EEUU.JJ.). " :"KFJK E' G"> 1"FUK"'

'a industria petro#u!mica obtiene el etileno a partir de la desitengración

catal!tica de naftas o gas natural. :rocesos de obtención de Etileno

En esta figura emos cómo los gases proenientes de ladesintegradora se(parcialmente licuados introducen a la primera

columna de destilación llamada demetani8adora, en donde se e@trae el

hidrógeno y el metano por el domo o parte superior de la columna.

'os productos #ue salen del fondo se hacen pasar por una segunda

columna llamada deetani8adora, en donde se separa el etano y el

etileno por el domo para separarlos entre s! en una tercera columna.

http://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Desitengraci%C3%B3n_catal%C3%ADtica&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Desitengraci%C3%B3n_catal%C3%ADtica&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Nafta&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_naturalhttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Desitengraci%C3%B3n_catal%C3%ADtica&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Desitengraci%C3%B3n_catal%C3%ADtica&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/wiki.phtml?title=Nafta&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas_natural


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Destilación !raccionada de los 6ases de la desinte6radora.

El etileno obtenido en esta última tiene una pure8a de *7D** #ue es

suficiente para la fabricación de ó@ido de etileno. :ero si se desea usar

el etileno para hacer polietileno de alta densidad lineal #ue re#uiere

una pure8a de **.*, entonces es necesario someter el etileno a

procesos de purificación, lo #ue aumenta su precio.

:ero regresemos a la deetani8adora, a lo #ue se saca del fondo de la

misma y se hace pasar por una columna llamada depropani8adora, endonde se separa por el domo una me8cla de propanoDpropileno.

. OTRA ALTERNATI$A

Un nueo mtodo de producción de etileno se tendr6 con el perfeccionamiento

de los procesos desarrollados por Lureha Chem. Jnd. :ropuesto por UCC. >egún

ste se utili8ar6 petróleo bruto desasfaltado para disociarlo en un reactor de

cra#ueo especial por o@idación parcial en presencia de apor de agua a

temperatura de hasta 24445C. $rente a los procesos conencionales en dos etapas

(refiner!a de petróleo y cra#ueo con apor, con un rendimiento en etileno y

otros productos aliosos del 94, con este procedimiento, de una sola etapa, se

debe alcan8ar un rendimiento de hasta un -4D+4, cuyo porcenta;e en etileno

ser!a de un 33. El reactor prototipo, una instalación piloto, debe ponerse en

funcionamiento en )*+*< la instalación comercial no podr6 reali8arse antes de la


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mitad de los aos ochenta. oM ha anunciado tambin la construcción de una

planta piloto fundada en un principio muy seme;ante.

El modo de traba;o de la disociación de nafta se diide en los siguientes pasosH

• isociación de la nafta en hornos tubulares.

• Femplado, es decir, enfriamiento brusco.

• Compresión de los gases de disociación y purificación.

• >ecado, enfriamiento y destilación a ba;a temperatura.

Paso 1:

'a nafta, preiamente apori8ada, se introduce ;unto con apor de agua

sobrecalentado, en los tubos de unos 4D244 m de largo y de 74D)24 mm de

di6metro del horno de disociación. 'os tubos de cromoDn!#uel se disponen

erticalmente en los modernos hornos de cra#ueo de alta intensidad (Nigh

>eerity. >e calientan directamente por combustión de gases o aceites a unos

)445C en sus partes m6s calientes.

Paso 2:

'os productos de disociación salen del espacio en #ue sta se produce a unos

745C y tienen #ue enfriarse r6pidamente a unos 3445C (templado para eitar

reacciones subsiguientes. :rimeramente se reali8a esto en forma indirecta, con

producción de apor, por templado en los refrigerantes y, finalmente, por aceite

puleri8ado.

Paso 3:

En esta fase se separan el agua utili8ada en el proceso y la bencina de pirólisis y

se comprimen los constituyentes gaseosos en el compresor de gas bruto para su


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purificación hacindolos pasar por un bao alcalino, por e;emplo de sosa

c6ustica al D) #ue separa el N2> y el CB2.

Paso 4:

"ntes de proceder a la propia elaboración se debe reali8ar un cuidado desecado

para #ue en la subsiguiente destilación a ba;a temperatura no haya

perturbaciones por formación de hielo. El gas bruto seco se enfr!a en arios

pasos y se somete a destilación fraccionada en un sistema de columnas.

espus de su separación, el etileno contiene aún acetileno y etano. El acetileno

perturba la polimeri8ación del etileno y se tiene #ue separar, bien por

hidrogenación catal!tica selectia, bien por destilación e@tractia, por e;emplo,

con dimetilformamida oD1Dmetilpirrolidona. 'a separación final de etileno/etano

re#uiere, a causa de sus temperaturas de ebullición muy seme;antes, unas

columnas de eficacia muy grande. El etileno #ue se obtiene es de una pure8a del

**,* (grado de pure8a para polimeri8ación.

En forma an6loga, despus de separar los componentes de la fracción C3 y antes

de aislar propileno/propano hay #ue reali8ar la hidrogenación catal!tica selectia

de las porciones de alleno y propino en propano y propeno, respectiamente. El

propileno se puede aislar con una pure8a del **,*.

"dem6s, en la disociación de nafta se producen fracciones C9 y C #ue siren

como productos de partida para la obtención de olefinas superiores as! como

bencina de pirólisis #ue es materia prima para la obtención de arom6ticos (er

apartado.

'a tabla siguiente nos da una distribución de productos t!pica, como la #ue se

obtiene en la disociación de nafta con apor en condiciones de Nigh >eerity,cuando se reciclan el etano y el propanoH

Ta3la istribución de productos en proceso NighD>eerity de disociación de nafta con

apor.

:roducto :eso Gas residual (CN9, N2 )-.4Etileno 3.4:ropileno ).4


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$racción C9 7.$racción C y fracciones superiores 2.(Oencina de pirólisis, aceite residual

'as proporciones industrialmente m6s importantes de olefinas C2DC3DC9 se

pueden influir no sólo por la intensidad del cra#ueo (las condiciones de 'oM

>eerity aumentan la parte de olefinas superiores, sino #ue tambin se pueden

acoplar a un (?er apartado 9.

El etileno en todos los pa!ses industriales se dedica predominante a la

polimeri8atión. En el caso del propileno su empleo para polipropileno es

significatiamente menor. 'a tabla al margen da D por cuanto se sabe D una

isión de los componentes poliolef!nicos (polietileno % :E, polipropileno % ::

en la producción de olefinas en algunos de los pa!ses industriales m6s

importantes. 'as dem6s conclusiones sobre utili8ación se dar6n en el apartado +

para el etileno y en el apartado )) para el propileno

'as cantidades de producción de etileno y propileno en los principales pa!ses

industriales se resumen en la tabla al margen (conocidos hasta ahora.

En aos enideros se pre #ue la tasa de crecimiento ser6 mayor para el

propileno #ue para el etileno, ya #ue un mayor empleo de hidrocarburos de

temperatura de ebullición alta en los procesos de disociación despla8a a faor

del propileno la proporción de olefinas producidas. El etileno originariamente se

obten!a por hidrogenación parcial de acetileno procedente de carburo, por

deshidratación de etanol o por aislamiento del gas de coc&er!as. Estos

procedimientos no tienen importancia en la actualidad en los pa!ses en donde se

ha desarrollado la petro#u!mica. 1o obstante, en pa!ses en !as de desarrollo,

como los de "mrica del >ur, "sia y Pfrica , con producción de etanol por

fermentación, el proceso de su deshidratación puede tambin utili8arse para

completar las necesidades de etileno producido por medios petrol#u!micos. El

propeno ha empe8ado a desempear un papel importante en la industria #u!mica

desde #ue se puede obtener a partir de las fracciones del crudo y del gas natural.

"ctualmente se dispone en grandes cantidades de ambas olefinas a partir de la

disociación trmica de hidrocarburos saturados. 'as instalaciones de disociación

para etileno y propileno alcan8an actualmente capacidades de casi -44 444


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toneladas ao de etileno (desde )*+- en "rco, en Fe@as y sobre las 344 444

toneladas ao de propeno.

Fabla ). 0aterias primas para obtención de etileno (en peso .

0ateria prima

Europa)*+

occ.)*7)

EE.UU.)*+

0undo)*+

Gas derefiner!a

) 3 7 9

':G2, etano propano

) 3 - 23

1afta 77Q + ) -Gasoil 4 22 3 )Btras y

ariadasmaterias

primas

)4 23 )-

) preisible 2 li#uefied pretoleum gas % gas de petróleo licuado

Dia6raa


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$) A partir de na!tas; 'E


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Adsorción de CO

Generalmente a la salida de la tercera etapa el gas se laa con una solución dehidró@ido sódico para eliminar el N2> y el CB2 #ue llea consigo. (Gon8ales,24)4

Secado 2 en!riaiento"l final de la última etapa el gas se seca mediante alúmina actiada o tamicesmoleculares, #ue tambin retienen el CB2 residual, de modo #ue su punto de roc!o seainferior a D)445C. (Gon8ales, 24)4

-raccionaiento a 3a4a teperatura.

El gas seco se enfr!a y se introduce en la desmetani8adora, en la #ue se separa elhidrógeno, el CB y el metano. El condensador de esta columna es el punto m6s fr!o delsistema, utili86ndose como l!#uido refrigerante etileno de un circuito au@iliar. 'aseparación de metano en esta columna debe ser lo m6s completa posible, pues todo elmetano retenido en la corriente de fondo impurificar6 al etileno producto. :or otra parteno debe escapar etileno con el metano e hidrógeno.

1ormalmente el CB y el hidrógeno se introducen en un reactor de metani8ación y elmetano producido, ;unto con el separado en la columna se emplea como fuel gas.(Gon8ales, 24)4'a corriente de fondo de la desmetani8adora pasa a la desetani8adora, en la #ue sesepara la corriente C 2 por cabe8a, #ue seguidamente pasa al conertidor de acetileno,en el #ue este hidrocarburo se hidrogena selectiamente a etileno, debiendo desaparecercasi por completo pues su presencia en el etileno producto final es muy peligrosa.

El gas saliente del conertidor de acetileno se enfr!a, deoliendo los condensados a ladesmetani8adora. 'a fracción no condensada pasa al splitter de C2 , del #ue se obtiene por fondo etano, #ue se recicla a pirolisis, y por cabe8a etileno impurificado con restosde metano (RloM gradeS. El etileno de alta pure8a se obtiene en una e@tracción lateralsuperior. (Gon8ales, 24)4

-raccionaiento a alta teperatura.

'a corriente de fondo de la desetani8adora pasa a la despropani8adora, en la #ue seseparan por cabe8a los C3. 'os m6s pesados se separan seguidamente en fracción C9 yen una segunda gasolina de pirolisis #ue llea consigo los C y superiores. En algunos

casos tambin se recupera la fracción C 'a fracción C3 pasa a otro reactor dehidrogenación selectia para eliminar el propanodieno y el propino. " la salida lafracción C9 pasa al splitter del #ue se obtiene por cabe8a el propileno y por cola el

propano, #ue se recicla al horno de pirolisis ;unto con el etano. e la fracción C93 sesepara el butadieno y los butenos y de las gasolinas de pirolisis se separan los OFT.


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REACCIONES %UI'ICAS

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