Descripción del proceso de producción de la Planta MVC

La planta de Monocloruro de Vinilo (MVC II) se encuentra ubicada dentro de las instalaciones del Complejo Petroquímico Zulia en El Tablazo (Edo. Zulia) y su función consiste en la elaboración del producto Monocloruro de Vinilo (MVC), dicho producto se utiliza como materia prima para la elaboración de plásticos de plásticos ( juguetes, recubrimiento de cables, etc.). Esta planta forma parte de la cadena de producción Clorovinilos, la cual está constituida además por las plantas Cloro-Soda, MVC II y PVC II.

Según el Manual de operaciones (2005), La planta MVC II fue diseñada y puesta en funcionamiento con la licencia de tecnología Alemana de Hoestch y por la empresa de Ingeniería UHDE. Inicia operaciones en el año 1992 destinada a producir según diseño 130 M TMA de MVC, utilizando como materia prima etileno y cloro provenientes de las plantas de Olefinas y la planta de Cloro Soda respectivamente, ambas situadas en dicho Complejo. Esta planta posee siete (7) unidades de proceso y dos (2) unidades de almacenamiento.

Ø Unidad 100 (CLORACION DIRECTA)

Según el manual de operación del área de Cloración Directa (2005), está área está diseñada para producir 150 M TMA de 1,2-Di cloro Etano (EDC), mediante la reacción exotérmica de Cloro(G) y Etileno(G) en un reactor con medio de EDC (1,2-Di cloro Etano) líquido y en presencia de Cloruro Férrico (FeCl3) como catalizador que origina una reacción selectiva para la formación de EDC. se tiene que el proceso se lleva a cabo mediante la siguiente reacción:

Cl2(G) + C2H4(G) FeCl3 C2H4 Cl2 + Calor Cloro Etileno Medio EDC líquido 1,2 Di cloro Etano (EDC)

El catalizador utilizado promueve la polarización del Ión Cloro requerido para la propagación de la reacción. Según el siguiente mecanismo:

(i) Iniciación: Cl2 + FeCl3 Cl3FeCl(-) + Cl(+) (ii) Propagación: Cl3FeCl(-) + Cl(+) + CH2=CH2 CH2ClCH2(+) + FeCl4(-) (iii) Terminación: CH2ClCH2(+) + FeCl4(-) CH2ClCH2Cl + FeCl3

El Cloruro Férrico se asocia con una molécula de cloro formando una molécula polarizada (i), la parte positiva de esta molécula se adiciona al doble enlace del etileno formando el carbanión de cloruro de etilo (ii). Este a su vez se combina con el anión de Tetracloruro Férrico para producir EDC y regenerar el catalizador (iii).

En la reacción se añade Cloruro de Sodio (NaCl) en forma de microsal o en tabletas en proporción equimolar, que provoca la formación de Tetracloroferrato de sodio (NaFeCl4) que induce la formación de EDC, por medio de la mejora de la selectividad del catalizador, inhibiendo la corrosión y minimizando las reacciones secundarias (cloruro de etilo, 1,1,2 tricloro etano, 1,1-dicloroetano y otros compuestos

clorados pesados).El Cloruro de sodio reacciona con el Cloruro Férrico según la siguiente ecuación:

NaCl + FeCl3 NaFeCl4 FeCl4(-1) + Na(+) Sin embargo se producen algunas reacciones secundarias como:

CH2ClCH2Cl + Cl2 CH2ClCH2Cl2 + HCl

EDC Cloro 1,1,2 Tricloro Etano Cloruro de Hidrogeno Además se agrega etileno en exceso en la alimentación al reactor principal R- 101, este etileno en exceso en el gas de venteo se envía a la unidad de incineración.

El Reactor Principal opera a 120ºC, 2.57 Kg/cm2 g de presión y con un nivel de EDC líquido de 80%, la reacción que se produce es exotérmica y este calor generado es utilizado en el rehervidor E-304 de la columna de pesados y en la vaporización de EDC en el tambor flash D-101. El tambor de vaporización instantánea D-101 opera a 97ºC y 0.52 Kg/cm2g, donde debido a la disminución de presión y alta temperatura el EDC se vaporiza parcialmente. El EDC gaseoso se envía a la columna de Pesados C- 302 y el EDC líquido es recirculado al reactor R-101.

Los Gases de Venteo son tratados con Nitrógeno para mantenerlos fuera del rango de explosividad, debido a que el nivel de Oxígeno debe ser menor a 6% y es controlado por un analizador de Oxígeno que envía una señal a la válvula controladora del flujo de Nitrógeno. La corriente de incondensables que contiene nitrógeno, oxígeno y etileno se envía al incinerador.

Ø Unidad 200 (OXIHIDROCLORACIÓN)

Según el manual de operaciones (2005), La unidad de Oxihidrocloración esta diseñada para producir 110 MTMA de EDC por reacción catalítica de Etileno, HCl generado en el proceso y Oxígeno proveniente de AGA. El reactor R-201 donde se

desarrolla la reacción, es un recipiente de acero al carbono que contiene un catalizador de lecho fluidizado de cloruro cúprico para garantizar el ajustado contacto con cada uno de los gases alimentados.

Se encuentra dotado de distribuidores de alimentación, serpentines de enfriamiento con generación de vapor y ciclones internos que reducen la perdida de catalizador.

La reacción que se desarrolla es la siguiente:

CH2 = CH2(g) + 2HCl(g) + ½ O2(g) CH2C = CH2Cl(g) + H2O(g) Etileno + HCl + Oxígeno 1,2 Dicloroetano + Agua

Los gases a la salida del reactor (R-201) son enfriados en la columna de enfriamiento súbito (C-201), donde se despoja del HCl no convertido. El EDC producto debe estar completamente seco para evitar problemas de corrosión en la unidad 400 al combinarse con el HCl generado en el proceso, por esta razón el EDC húmedo producto de esta unidad es llevado a la columna de secado (C-301), para retirarle la humedad.

Ø Unidad 300 (PURIFICACIÓN DE EDC)

Según el manual de operaciones (2005), desde los inicios de operación de la planta de MVC II, esta unidad solo ha purificado el EDC generado en la planta.

El EDC proveniente de Cloración Directa, Oxihidrocloracion y el EDC de reciclo proveniente de la unidad de craqueo, se purifican para producir el EDC de alimentación al horno.

La purificación del EDC en esta unidad se realiza principalmente en tres columnas de destilación.

La columna principal, C-301, elimina el HCl, H2O y las impurezas de bajo punto de ebullición, de los vapores de EDC crudo provenientes de la unidad de oxihidrocloracion (U-200) y del sistema de Cloración de Benceno (U-500). Esta columna posee 65 platos, siendo el plato de alimentación el numero 20. El producto de fondo de la columna C-301 se alimenta a la columna de pesados C-302, en el plato 8. Adicionalmente alimenta la columna C-302 el EDC proveniente de la unidad de Cloración Directa así como el EDC de reciclo proveniente del sistema de Cloración de Cloropreno (U-500).

La columna de pesados, C-302, elimina las impurezas de alto punto de ebullición del EDC alimentado a la misma, esta contiene 40 platos. Los rehervidores suministran el calor necesario a esta columna. El controlador de flujo, ajusta el flujo de vapor al Rehervidor y este flujo es reajustado por el controlador de nivel de fondo de la columna. El calor de reacción del reactor R-101, se utiliza para calentar el Rehervidor.

Los vapores del EDC puro se llevan a la parte superior de la columna C-302, alcanzando temperaturas entre 85 y 88 °C aproximadamente. El condensador E-306, de aire de enfriamiento, los condensa y los deposita en el tambor de reflujo D-302. Las bombas de reflujo P-304A/S recogen el EDC condensado del tambor de reflujo D-302 para distribuirlo como reflujo y producto en una relación 1.8/1. El EDC obtenido como producto de tope de la columna de pesado es enfriado en el intercambiador E-308 y almacenado en el tanque pulmón D-401, para luego ser alimentado al horno de craqueo R-401.

La columna de vacío C-303 recupera la totalidad del EDC del fondo de la columna de pesados C-302, concentrando los desechos de alto punto de ebullición hasta valores entre un 70 y 90% enviándose este subproducto hacia la unidad de Incineración (U-700).

Ø Unidad 400 (CRAQUEO DE EDC)

Según el manual de operaciones (2005), La unidad de Craqueo esta diseñada para producir 130 MTMA. El EDC es alimentado la sección de convección del horno de craqueo (R-401). En la sección de convección se precalienta el EDC y en la zona de radiación se desarrolla craqueo para obtener MVC y HCl como productos principales. La unidad de craqueo esta diseñada para producir 390 TMD de MVC.

La conversión de EDC a MVC es directamente proporcional a la temperatura y la misma se encuentra entre 50 y 55%. La temperatura de reacción se ubica entre 465 y 493 °C. Si se aumenta la conversión del horno en valores superiores a 55% se producirá mayor cantidad de MVC pero se reducirá el ciclo de operación del mismo, por producción adicional de coque por lo que la conversión recomendada del licenciante en este horno debe mantenerse entre los valores antes mencionados.

La reacción química ocurre de la siguiente manera: CH2 Cal= CH2Cl(g) + Q HCl = CH2(g) + HCl(g)

EDC + Calor MVC + Cloruro de Hidrógeno Mecanismo de Pirólisis: Cl-CH2CH2-Cl Cl-CH2CH2 + Cl (Iniciación) Cl + Cl-CH2CH2-Cl Cl-CH2CHCl + HCl (Propagación) Cl-CH2CHCl CH2 = CH-Cl + Cl (Propagación) Cl + Cl-CH2CH2 Cl-CH = CH2 + HCl (Terminación) Selectividad : 96%

Los gases calientes de la salida del horno se alimentan a la columna de enfriamiento súbito C-401. La salida de esta columna es alimentada a la unidad de purificación de MVC (U-500). El EDC purificado seco descarga mediante la bomba P-

401 desde el tanque pulmón D-401 va primero hacia el precalentador E-405 y posteriormente pasa al precalentador con vapor E-403 para posteriormente ser alimentado a la zona de convección del horno de craqueo, la corriente precalentada en la zona de convección se envía al lado carcasa del intercambiador E-402 donde el EDC es vaporizado para enviarlo a la zona de radiación del horno donde ocurre el craqueo del EDC para obtener MVC y HCl como productos principales.

La salida de la zona de radiación se envía hacia el lado tubo del intercambiador E-402 aprovechando así el calor de la corriente vaporizar el EDC, la salida del lado tubo se envía a la columna de enfriamiento súbito C-401. La corriente de tope de la columna C-401 va al lado tubos del intercambiador E-404 donde parte del calor es recuperador para generar vapor de baja presión y condensar parte de la corriente de tope la cual se envía al tambor D-404, desde el tambor mediante las bombas P-403 se recircula el producto condensado hacia la columna C-401 para enfrían el producto craqueado.

El líquido recirculado a la columna C-401 se alimenta a un distribuidor que dispone de boquillas rociados para favorecer el enfriamiento de los gases y desplazar hacia el fondo las partículas sólidas. La corriente en gaseosa que sale del intercambiador E-404 se alimenta al intercambiador E-405 donde ocurre condensación parcial, el liquido se envía al tambor D-404 y los gases van hacia el condensador E- 407.

El flujo de salida del intercambiador E-407 es llevado a la temperatura de condensación requerida para ayudar a la presión del sistema de craqueo mediante un lazo de control de rango dividido que consiste de las válvulas de control TV-4502 A/B. Las cuales corresponden a la alimentación y desvió del intercambiador E-415.

La corriente de salida de E-407/15 se alimentan al D-406 desde el cual la corriente en fase de vapor se envía al intercambiador E-408 para posterior envio de las corrientes del mismo hacia la columna de HCl (C-501).

Ø Unidad 500 (PURIFICACIÓN DE MVC)

Según el manual de operaciones (2005), consta principalmente de tres (3) columnas que permiten obtener un producto (MVC) de alta calidad, con un valor mínimo de pureza de 99.98%.

La primera de ellas es la columna de HCl (C-501), en la cual se despoja el HCl del EDC que no reaccionó reacciono en el horno de craqueo (EDC de reciclo) y el MVC generado. Por el tope salen los vapores de HCl los cuales son condensados para luego ser enviados como alimentación al reactor de oxihidrocloracion R-201.

La corriente de EDC y MVC es alimentada a la columna C-502, donde el MVC sale por el tope para alimentar a la columna C-503 y el EDC de reciclo sale por el fondo para ser dirigido hacia la sección de cloración de livianos.

Por el fondo de la columna despojadora C-503 se obtiene MVC de alta pureza que es almacenado en el tanque de almacenamiento de MVC T-831. La corriente de tope de la columna que contiene HCl es reciclada a la C-501.

Ø Unidad 600 (TRATAMIENTO DE EFLUENTES)

Según el manual de operaciones (2005), esta diseñada para manejar los Efluentes líquidos provenientes de las unidades de producción y purificación de EDC/MVC, además de derrames y de agua contaminada de los sistemas de drenaje. Las corrientes provenientes de la unidad de Oxihidrocloracion son neutralizadas con un 10% de hidróxido de sodio (NaOH). Los derrames de agua de servicio así como el agua contaminada son almacenadas en piscinas. Al agua de desecho final se le realiza un control de pH, con el fin de mantenerlo en un rango de valores de control entre 7 y 9.

Esta unidad consta de una columna despojadora de agua de desecho (C-601), que es alimentada con el agua provista de hidrocarburos clorados, principalmente EDC. La corriente que sale por el tope contiene EDC y la de fondo es dirigida a la unidad de

separación de sólidos. La corriente final (salida de procesos) pasa por un tambor donde se le controla el pH, para cumplir con las especificaciones.

Ø Unidad 700 (INCINERACIÓN)

Según el manual de operaciones (2005), esta unidad tiene como finalidad el manejo de todos los Efluentes gaseosos (venteos) y líquidos (subproductos pesados y livianos) generados en el proceso de producción de EDC/ MVC, mediante la oxidación de los hidrocarburos clorados para obtener CO2, H2O y HCl en el incinerador B-702.

Adicional a la unidad de incineración la planta dispone del sistema de mechurrio B-703, el cual se utiliza para el manejo de venteo generado en la planta en situaciones de emergencia.

Ø Unidad 810 (ALMACENAJE DE EDC)

Según el manual de operaciones (2005), en esta unidad se almacena el EDC procedente de las unidades de proceso, actualmente se almacena del modo siguiente:

¾ El Tanque T-811 es utilizado para almacenar EDC húmedo correspondiente a desvió de la corriente de alimentación a la C-301 hacia el mismo.

¾ El tanque T-812 es utilizado para almacenar EDC purificado seco procedente del tope de la columna C-302.

¾ El tanque T-813 es utilizado para almacenar subproducto liviano procedente de la sección de tope de la columna C-301, este subproducto es enviado hacia el incinerador para su destrucción.

¾ El tanque T-814 es utilizado para almacenar EDC fuera de especificación para comercialización.

¾ El tanque T-815 es utilizado para almacenar EDC de reciclo de cloración directa.

Ø Unidad 820 (ALMACENAJE DE MVC)

Según el manual de operaciones (2005), es utilizado para el almacenamiento de MVC producto este consta de dos secciones:

La sección comprendida por los tanque tipo salchicha T-821 A/B/C donde se almacena el subproducto generado en el proceso en espera de certificación, si el producto esta dentro de la especificación de calidad se envía a la planta PVC II o al tanque T-831.

En caso de que el producto este fuera de especificación se envía a la otra sección de almacenamiento comprendida por dos tanques tipo salchicha T-822A/B, desde estos tanques el producto fuera de especificación es enviado a la unidad 500 para ser reprocesado.

Ø Unidad 830 (ALMACENAJE DE MVC)

Según el manual de operaciones (2005), esta es un tanque de almacenamiento que dispone de un sistema de refrigeración para almacenar el MVC producto dentro de especificación a condición atmosférica.

Ø UNIDADES AUXILIARES

Adicionalmente se dispone de unidades auxiliares la cuales se detallan a continuación:

¾ Área 900, Acceso a Unidades y Carreteras. ¾ Área 910, Separación de Aire.

¾ Área 920, Sistema contra Incendio. ¾ Área 930, Sistema Eléctrico Normal.

¾ Área 940, Sistema Eléctrico de Emergencia. ¾ Área 950, Sistema de Aire Acondicionado.

¾ Área 960, Sistema de Drenajes. ¾ Área 970, Sala de Control.

¾ Área 980, Caseta de Analizadores.

¾ Área 990, Sistema de medición de materia prima y los servicios requerido en el proceso de producción de MVC.

Figura #1. Diagrama General de la Planta MVC II Fuente: Diagramas de la Planta MVCII (plano-teca).

PURIFICACION DE