“PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL ACRILONITRILO
Y ÁCIDO CIANHÍDRICO, SUS USOS Y
LA REACTIVACIÓN DE ESTOS EN LA ACTUALIDAD”
TESIS
PARA OBTENER TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO PETROLERO
PRESENTA:
GUTIÉRREZ PONCE ITZEL
ASESOR:
DR. MARIO RODRÍGUEZ DE SANTIAGO
Agradezco a Dios por haberme permitido llegar a esta etapa de mi vida y lograr mis objetivos.
A mis padres por haberme forjado como la persona que soy, quienes con su ejemplo de superación me
han motivado para alcanzar mis metas.
A mis hermanos Miriam y David por la confianza, esperando que sea motivación en sus vidas
para lograr lo que se proponen.
Quiero agradecer al Dr. Mario Rodríguez de Santiago por su paciencia, dedicación y por
haberme motivado a que esto fuera posible, por sus grandes consejos que me permitieron tomar la mejor
decisión.
Agradezco a los sinodales Ing. Alfonso Antonio Alquicer Paz, Ing. Russell Echavarría
Padrón, Ing. Juan Francisco Javier Olvera Rico, Ing. Armando Tonatiuh Ávalos
Bravo y Profesores por el apoyo y por impulsar el desarrollo de mi formación profesional.
A ESIQIE por haberme permitido alcanzar esta meta profesional.
A mis compañeros con quien pase largas horas de estudio y buenos ratos.
A mis abuelitos, tíos y primos que siempre creyeron en mí motivándome a salir adelante.
ÍNDICE OBJETIVOS 1 RESUMEN 2 INTRODUCCIÓN 3 CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 1.1 ¿Qué es la petroquímica? 4
1.2 Antecedentes históricos de la Petroquímica en México 6
1.3 Reclasificaciones en el Diario Oficial de la Federación de la Petroquímica en México 9
1.3.1 Petroquímica Básica y Secundaria en México 18
CAPÍTULO 2. PROCESOS DE OBTENCIÓN (MATERIAS PRIMAS) 2.1 Obtención de amoniaco mediante el proceso Casale´s 20
2.1.1 Obtención de amoniaco mediante el proceso Topsoe 23
2.1.2 Obtención de amoniaco mediante el proceso Linde 25
2.2 Obtención del propileno mediante el proceso Flexene 28
2.2.1 Obtención del propileno mediante el proceso de Craqueo Catalítico 31
2.2.2 Obtención del propileno mediante el proceso Superflex 34
2.2.3 Obtención del propileno mediante el proceso Catofin 37
2.2.4 Obtención del propileno mediante el proceso Total Petrochemicals 40
2.4 Obtención del ácido cianhídrico mediante el proceso SOHIO 46
2.4.1 Obtención del ácido cianhídrico mediante el proceso Andrussow 48
2.4.2 Obtención del ácido cianhídrico mediante el proceso Degussa 48
2.5 Obtención del Sulfato de Amonio 49
2.6 Obtención del Propano 51
2.6.1 Proceso de deshidrogenación del Propano para obtener Propileno 55
CAPÍTULO 3. PROPIEDADES Y USOS 3.1 Propiedades y usos del Amoniaco 56
3.2 Propiedades y usos del Propileno 59
3.3 Propiedades y usos del Acrilonitrilo 61
3.4 Propiedades y usos del Ácido Cianhídrico 65
3.5 Propiedades y usos del Acetonitrilo 68
3.6 Propiedades y usos del Sulfato de Amonio 71
3.7 Propiedades y usos del Propano 74
CAPÍTULO 4. IMPACTO EN EL MERCADO 4.1 Importancia del Sector Petroquímico 77
4.2 La Industria Petroquímica en Petróleos Mexicanos 80
4.3 La Industria Petroquímica en el Sector Privado 81
4.3.1 Pemex Petroquímica-UNIGEL 83
4.3.2 Fundamentos para la reactivación de la cadena productiva del Acrilonitrilo 84
4.4 Impacto en el mercado a través de los cambios realizados 85
ÍNDICE DE DIAGRAMAS
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES
Diagrama 1. “Cadenas productivas de la Industria Petroquímica” 19
CAPÍTULO 2. PROCESOS DE OBTENCIÓN (MATERIAS PRIMAS) Diagrama 2. “Obtención de Amoniaco mediante el Proceso Casale´s” 22
Diagrama 3. “Obtención de Amoniaco mediante el Proceso Topsoe” 24
Diagrama 4. “Obtención de Amoniaco mediante el Proceso Linde” 27
Diagrama 5. “Obtención de Propileno mediante el Proceso Flexene” 30
Diagrama 6. “Obtención de Propileno mediante el Proceso de Craqueo Catalítico” 33 Diagrama 7. “Obtención de Propileno mediante el Proceso Superflex” 36
Diagrama 8. “Obtención de Propileno mediante el Proceso Catofin” 39
Diagrama 9. “Obtención de Propileno mediante el Proceso Total Petrochemicals” 41
Diagrama 10. “Obtención de Propileno mediante el Proceso Oleflex” 43
Diagrama 11. “Obtención de Acrilonitrilo” 45
Diagrama 12. “Obtención de Ácido Cianhídrico mediante el Proceso SOHIO” 47
Diagrama 13. “Obtención de Sulfato de Amonio” 50
Diagrama 14.”Obtención del Propano – Endulzamiento de Gas” 51
Diagrama 15.”Obtención del Propano – Endulzamiento de Líquidos” 51
Diagrama 16.”Obtención del Propano – Recuperación de Azufre” 52
Diagrama 17.”Obtención del Propano – Proceso Criogénico” 53
Diagrama 18.”Obtención del Propano – Proceso de Absorción” 54
Diagrama 19.”Obtención del Propano – Proceso de Fraccionamiento” 55
ÍNDICE DE TABLAS
CAPÍTULO 2. PROCESO DE OBTENCIÓN (MATERIAS PRIMAS)
Tabla 1. Producción en peso del propileno; Proceso Superflex 35
Tabla 2. Materia Prima y servicios por tonelada métrica de Propileno 38
CAPÍTULO 3. PROPIEDADES Y USOS Tabla 3. Propiedades físico- químicas del Amoniaco 58
Tabla 4. Propiedades físico- químicas del Propileno 60
Tabla 5. Propiedades físico- químicas del Acrilonitrilo 63
Tabla 6. Propiedades físico- químicas del Ácido Cianhídrico 67
Tabla 7. Propiedades físico- químicas del Acetonitrilo 70
Tabla 8. Propiedades físico- químicas del Sulfato de Amonio 73
Tabla 9. Propiedades físico- químicas del Propano 76
CAPÍTULO 4. IMPACTO EN EL MERCADO Tabla 10. Utilización de la Capacidad Instalada de la Planta de Acrilonitrilo del Complejo Petroquímico Morelos 77
“PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL ACRILONITRILO Y ÁCIDO CIANHÍDRICO, SUS USOS Y LA REACTIVACIÓN DE ESTOS EN LA
ACTUALIDAD”
OBJETIVO
RESUMEN
Se desarrolló un análisis de cómo se reclasificaron los productos petroquímicos con el paso del tiempo de acuerdo al Diario Oficial de la Federación, así como los procesos de obtención del ácido cianhídrico y del acrilonitrilo, se vio también la influencia de la Reforma Energética para la reactivación de las plantas productoras de estos productos y continuar con la producción de los mismos para el mejoramiento de la economía nacional.
De la misma forma a nivel mundial las empresas han realizado importantes inversiones en sus divisiones petroquímicas, ya que los productos obtenidos en estas, contribuyen a incrementar el nivel de vida de la población.
Se revisa también el comportamiento de los productos en el mercado, así como la importancia del sector petroquímico, y la influencia que tiene el sector privado en la petroquímica de nuestro país.
INTRODUCCIÓN
Está rama de la industria petrolera puede definirse como la actividad industrial que elabora productos para su transformación partiendo de materias primas derivadas del petróleo, gases o de cualquier producto que se haga hidrocarburo.
Se hace mención de los procesos de obtención del acrilonitrilo y de sus derivados así como sus usos y aplicaciones, la evolución de la Industria Petroquímica Mexicana, así como los cambios que se han tenido con la Reforma Energética.
La petroquímica es una rama que no se ha sabido aprovechar desde hace más de 15 años, se ha descuidado ya que se ha desaprovechado la capacidad de inversión en este sector.
Debido a lo anterior se han cerrado plantas productivas por falta de materia prima, de competitividad en el mercado, por lo que se ha requerido depender del mercado internacional.
La extensión de la industria petroquímica ha permitido desarrollar una mejor calidad de vida y prosperidad a nivel industrial, es parte esencial en la sociedad moderna. Con la restructuración de los productos petroquímicos en la Reforma Energética se espera tener la intervención del sector privado e impulsar el crecimiento de la industria petroquímica.
La reactivación de la Industria Petroquímica es una primera necesidad de la industria nacional debido a que es el mayor soporte de la Industria Química en general y de otras actividades económicas que de ella se apoyan como los fertilizantes, la industria textil, automotriz, entre otras.
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES 1.1 ¿QUÉ ES LA PETROQUÍMICA?
La petroquímica es la industria dedicada a obtener derivados químicos del petróleo y de los gases asociados. Los productos petroquímicos incluyen todas las sustancias químicas que de ahí se derivan.
La mayor parte de los productos petroquímicos se fabrican a partir de un número relativamente pequeño de hidrocarburos, entre ellos el metano, etano, propano, butano y los aromáticos que se derivan del benceno entre otros.
La industria petroquímica es una plataforma fundamental para el crecimiento y desarrollo de importantes cadenas industriales como son la textil, automotriz, de transporte, electrónica, construcción, de plásticos, alimentos, fertilizantes, farmacéutica, química entre otras. Dado el valor que tiene esta industria como primer eslabón de importantes cadenas productivas, es imprescindible que se fortalezca y así pueda abastecer oportunamente a la industria nacional con los insumos que requiere.
La función de la industria petroquímica, es transformar derivados del petróleo y gas natural en materias primas, las cuales representan la base de diversas cadenas productivas.
Los petroquímicos no se consideran como un tipo ó clase particular de productos químicos, debido a que muchos de ellos han sido y siguen siendo fabricados con otras materias primas, teniendo como ejemplo; el benceno, metanol y acetileno se pueden producir a través del carbón de hulla. El etanol se obtiene a través de la caña de azúcar, así como el glicerol se obtiene de algunas grasas.
Las principales cadenas petroquímicas son las de los derivados del metano tales como amoniaco, metanol y anhídrido carbónico, así como los derivados del etileno como el óxido de etileno, monoetilenglicol, dietilenglicol, acetaldehído, polietilenos, etc., así como la del gas natural.
La industria petroquímica necesita mantenerse eficiente, técnica y económicamente, por lo que requiere una mejora constante en los procesos productivos y, en consecuencia, la generación y adaptación de mejores tecnologías.
La industria petroquímica ha desempeñado un papel fundamental en la conformación y organización de algunas áreas costeras del país, entre ellas Veracruz. El impulso en el auge petrolero desarrollo una serie de procesos de cambios sociodemográficos, económicos y urbano-regionales que, por su dinámica acelerada, rebasaron la capacidad de los gobiernos locales, estatales y federales para dirigirlos en el marco de una política de ordenamiento territorial, a lo que llevo a profundos desequilibrios socioeconómicos y ecológicos de la región.
El sector petroquímico Mexicano tiene la capacidad y amplitud que se le supone como potencia petrolera de primera línea, tanto en petroquímica básica como en los derivados.
El área de especialidades petroquímicas ha tenido un comportamiento de crecimiento moderado pero constante, lo cual lo hace un sector estable, con respecto a los demás como: los productos intermedios, las fibras químicas y las resinas sintéticas ha tenido un comportamiento de crecimiento acelerado y constante, el único que se ha mantenido con un crecimiento discreto es el de los elastómeros y negro de humo.
1.2 ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA PETROQUÍMICA EN MÉXICO
Está rama de la industria petrolera puede definirse como la actividad industrial que elabora productos para su transformación partiendo de materias primas derivadas del petróleo, gases o de cualquier producto que se haga hidrocarburo.
El nacimiento de la petroquímica en México se remonta en la década de 1950. Con la instalación de pequeñas plantas que vendrían a sustituir las importaciones de formaldehído, resinas plásticas y amoniaco.
La primer planta de petroquímica básica en la nación fue la de amoniaco, al ir creciendo la petroquímica hubieron fuertes inversiones de capital, adquisición de moderna tecnología y una importante fuente de empleos.
Es hasta después de la Segunda Guerra Mundial en la década de los sesenta cuando comienza una expansión y un desarrollo importante.
En los años sesenta aparecierón nueve complejos petroquímicos: Camargo, Cosoleacaque, Cangrejera, Escolín, Independencia, Morelos, Pajaritos, Salamanca y Tula.
Desde 1962 se conto con amoniaco empleado en la elaboración de fertilizantes, el país alcanzó a ser autosuficiente e incluso exportando ocupando el primer lugar en 1981.
El complejo petroquímico Pajaritos fue uno de los más destacados en la producción de etileno.
De 1960 a 1970 la producción de petroquímicos básicos incrementó de 65 mil toneladas métricas a 2 millones.
En 1978 con la nueva planta de metanol se cancelarón las importaciones y surgierón las exportaciones de este producto.
En 1979 se instaló la unidad petroquímica de Tula, instalada en el municipio de Tula de Allende en el estado de Hidalgo iniciando sus operaciones en octubre de ese año, con la planta de obtención de Acrilonitrilo.
En 1981 fué inaugurado el Complejo Petroquímico Cangrejera.
En 1997 PEMEX organizó la subsidiaria PEMEX PETROQUÍMICA creando a Petroquímica Tula para la elaboración, distribución, comercialización de productos petroquímicos acrilonitrilo, ácido cianhídrico, acetonitrilo.
Aunque expertos coinciden en destacar la evolución de la historia en la industria petroquímica en tres periodos:
PRIMER PERIODO:
Va de los años inmediatos a la terminación del conflicto mundial hasta a principios de los años setenta, en donde se tomo la decisión de impulsar el mercado interno, basado en un esquema económico de sustitución de importaciones y la dinámica del sector petrolero, se condiciona el establecimiento de plantas petroquímicas asociadas a la extracción y procesamiento de hidrocarburos para la producción de fertilizantes y otras materias primas de uso industrial.
En esta primera etapa por razones estratégicas de política nacional hubo de satisfacer por sí misma los requerimientos crecientes de materias primas tanto para sustentar el importante crecimiento del campo mexicano como la incipiente creación de un sector industrial nacional.
SEGUNDO PERIODO:
De principios de los años setenta hasta la crisis de la deuda de 1982, y es caracterizado por el establecimiento de instalaciones petroquímicas de gran escala y la producción masiva de una amplia variedad de productos requeridos para la acelerada transformación manufacturera y de consumo del país.
TERCER PERIODO:
Abarca desde la crisis económica y financiera nacional de 1982 hasta nuestros
días. La concepción y el papel que desde entonces se le ha asignado al Estado en la economía y los procesos de apertura comercial y financiera en todo el mundo transformarían no sólo el desarrollo de esta industria si no también su participación como impulsora en las cadenas productivas del país.
Las reformas al marco regulatorio de la industria petroquímica que se emprendieron a partir de los años ochenta, han permitido que la inversión privada (nacional y extranjera) participe en los esfuerzos del Estado por reactivar su funcionamiento. Desde entonces, las políticas energéticas en este subsector han intentado modernizar esta industria con el doble objetivo de que sea motor de las cadenas productivas del país y se integre de forma competitiva a los mercados internacionales.
En 1996, se reformó la Ley Reglamentaria del Artículo 27 Constitucional, que estableció la distinción entre la petroquímica básica, reservada en exclusiva al Estado, y hasta entonces denominada secundaria, en la cual pueden participar los particulares.
1.3 RECLASIFICACIONES EN EL DIARIO OFICIAL DE LA FEDERACIÓN DE LA PETROQUÍMICA EN MÉXICO
En el marco de las reclasificaciones de la petroquímica mexicana publicadas en el Diario Oficial de la Federación se declara lo siguiente:
Diario Oficial de la Federación (Lunes 13 de Octubre de 1986)
RESOLUCIÓN
PRIMERO.- En virtud de la importancia estratégica que tienen para el desarrollo industrial del país, los productos petroquímicos que a continuación se enumeran, continuarán manteniendo su carácter de básicos, por lo que sólo podrán ser elaborados por la Nación, por conducto de Petróleos Mexicanos o de organismos o empresas subsidiarias de dicha Institución o asociadas a la misma, creados por el Estado, en los que no podrán tener participación de ninguna especie los particulares.
1. Acetaldehído 2. Acetonitrilo 3. Acrilonitrilo 4. Alfaolefinas 5. Amoniaco 6. Benceno 7. Butadieno 8. Ciclo hexano 9. Cloruro de vinilo 10. Cumeno 11. Dicloroetano 12. Dodecilbenceno 13. Estireno 14. Etano 15. Éter metilterbutílico 16. Etilbenceno 17. Etileno 18. Heptano 19. Hexano 20. Isopropanol
21. Materia prima para negro de humo (1)
22. Metanol 23. N-parafinas
24. Olefinas internas 25. Ortoxileno 26. Óxido de etileno 27. Praxileno 28. Pentanos 29. Polietileno A.D. 30. Polietileno B.D. 31. Propileno 32. Tetrámero de propileno 33. Tolueno 34. Xilenos
(1) El negro de humo es carbón puro con una estructura similar a la del grafito. Las materias primas para hacer negro de humo pueden ser a partir de gas natural y aceites pesados
con alto contenido de
poliaromáticos, es usado en la elaboración de llantas, tintas, lacas, etc.
SEGUNDO.- De acuerdo a lo establecido en los considerandos de la presente Resolución, los productos que a continuación se relacionan, deberán ser considerados como petroquímicos secundarios y la Secretaría de Energía, Minas e Industria Paraestatal, previa opinión de la Comisión Petroquímica Mexicana, podrá otorgar los permisos correspondientes para su elaboración.
16. Cloropreno 17. Cloruro de alílo 18. Cloruro de etilo 19. Cloruro de metileno 20. Cloruro de metilo 21. Dibromuro de etileno 22. Dicloruro de propileno 23. Etilenclorhidrina 24. 2-etilhexanol 25. Isopreno 26. Naftaleno 27. Noneno 28. Óxido de propileno 29. Polibutenos 30. Polipropileno 31. Propilen – clorhidrina 32. Tetracloroetano 33. Tetracloruro de carbono 34. Tricloroetileno 35. Tricloroetano 36. Vinil tolueno
En el caso de los siguientes productos: Acetato de vinilo, Ácido acético, Anhídrido acético, N- Butanol, Butiraldehido, 2- Etilhexanol, su inclusión en la relación anterior, tiene por objeto promover la utilización de nuevas rutas tecnológicas.
Diario Oficial de la Federación (Martes 15 de Agosto de 1989)
RESOLUCIÓN QUE CLASIFICA LOS PRODUCTOS PETROQUÍMICOS QUE SE INDICAN, DENTRO DE LA PETROQUÍMICA BÁSICA Ó SECUNDARIA.
PRIMERO.- Los productos petroquímicos que a continuación se enumeran, tendrán el carácter de básicos, por lo que sólo podrán ser elaborados por la nación, por conducto de petróleos mexicanos o de organismos o de empresas subsidiarias de dicha institución asociadas a la misma, creadas por el estado en que no podrán tener participación de ninguna especie los particulares.
1. Amoniaco 2. Benceno
5. Etano
6. Éter metil terbutílico 7. Etileno
8. Heptano 9. Hexano
10. Materia prima para negro de humo 11. Metanol 12. N- parafinas 13. Ortoxileno 14. Paraxileno 15. Pentanos 16. Propileno
17. Ter amil metil éter 18. Tetrámero de propileno 19. Tolueno
20. Xilenos
(2) Vía tetrámero de propileno
SEGUNDO.- De acuerdo a lo establecido en los considerandos de la presente resolución, los productos que a continuación se relacionan deberán ser considerados como petroquímicos secundarios y requerirán de permiso para su elaboración. La Secretaría de Energía Minas e Industria Paraestatal, previa opinión de la Comisión Petroquímica Mexicana, otorgará dichos permisos.
15. Alcoholes oxo 16. Alfa olefinas 17. Anhídrido acético 18. Anhídrido ftálico 19. Anhídrido maléico 20. Anilina 21. Butiraldehído 22. Caprolactama 23. Ciclohexano 24. Ciclohexanona 25. Clorobencenos 26. Clorometanos 27. Cloropreno 28. Cloruro de etilo 29. Cloruro de vinilo 30. Copolímero de etileno-propileno 31. Cumeno 32. Dicloroetano 33. Dimetil tereftalato 35. Estireno
55. Óxido de propileno 56. Paraformaldehído 57. Pentaeritritol 58. Polibutadieno 59. Polibutenos
60. Polietileno de alta densidad
61. Polietileno lineal de baja densidad
62. Polipropileno 63. Sulfato de amonio 64. Terbutanol
65. Urea
TERCERO.- Los productos petroquímicos que se incluyen en los puntos primero y segundo de esta resolución, podrán ser elaborados indistintamente por el sector público ó privado, sin requerir autorización alguna por parte de la Secretaría de Energía, Minas e Industria Paraestatal.
Diario Oficial de la Federación (Viernes 07 de Junio de 1991)
RESOLUCIÓN QUE RECLASIFICA AL ÉTER METIL TERBUTÍLICO COMO PETROQUÍMICO SECUNDARIO.
El plan de desarrollo busca fortalecer la eficiencia y competitividad de ramas productivas prioritarias; Que es prioritario impulsar la elaboración de productos que mejoren el medio ambiente; Que el desarrollo tecnológico en la Industria Petroquímica ha generado productos que oxigenan la gasolina, permitiendo la disminución, entre otros del contenido de plomo y reduciendo los niveles de contaminación. Entre estos productos destaca el Éter Metil Terbutílico. Que debido al rápido avance tecnológico observado a nivel mundial, es conveniente actualizar la clasificación de básicos y secundarios.
Que el Éter Metil Terbutílico se obtiene en la actualidad a partir de productos que son resultado de la primera transformación química y física de productos y subproductos de refinación, y por lo tanto se considera un producto petroquímico secundario por lo que se expide lo siguiente:
RESOLUCIÓN ÚNICA
En base a la opinión de la Comisión Petroquímica Mexicana, se reclasifica dentro de la petroquímica secundaria, el producto Éter Metil Terbutílico.
Diario Oficial de la Federación (Lunes 17 de Agosto de 1992)
RESOLUCIÓN QUE CLASIFICA LOS PRODUCTOS QUE SE INDICAN, DENTRO DE LA PETROQUÍMICA BÁSICA Ó SECUNDARIA.
PRIMERO.- Los productos que a continuación se enumeran, tendrán el carácter de básicos, por lo que sólo podrán ser elaborados por la Nación, por conducto de Petróleos Mexicanos o de organismos o empresas subsidiarias de dicha institución o asociadas a la misma, creadas por el Estado, en los que no podrán tener participación los particulares.
1. Etano 2. Propano 3. Butanos 4. Pentanos 5. Hexano 6. Heptano
7. Materia prima para negro de humo
8. Naftas
SEGUNDO.- De acuerdo a lo establecido en los considerandos de la presente resolución, los productos que a continuación se relacionan deberán ser
clasificados como petroquímicos secundarios y requerirán de permiso para su elaboración. La Secretaría de Energía, Minas e Industria Paraestatal, previa opinión de la Comisión Petroquímica Mexicana, otorgará dichos permisos.
11. Propileno 12. Tolueno
13. Xilenos
TERCERO.- Los productos que no se incluyen en los puntos Primero y Segundo de esta resolución quedan desregulados y podrán ser elaborados indistintamente por los sectores privado, social o público, requiriendo únicamente su registro ante la Secretaría de Energía, Minas e Industria Paraestatal, a través de la Comisión Petroquímica Mexicana.
Diario Oficial de la Federación (Miércoles 13 de Noviembre de 1996 )
DECRETO POR EL QUE SE REFORMA LA LEY REGLAMENTARIA DEL ARTÍCULO 27 CONSTITUCIONAL EN EL RAMO DEL PETROLEO
ARTÍCULO ÚNICO.- Se reforma la fracción III del artículo 3° y se adicionan tres párrafos al artículo 4° y dos últimos párrafos al artículo 15, todos de la Ley Reglamentaria del Artículo 27 Constitucional en el Ramo del Petróleo, para quedar como sigue:
“ARTÍCULO 3°.- ...
III. La elaboración, el transporte, el almacenamiento, la distribución y las ventas de primera mano de aquellos derivados del petróleo y del gas que sean susceptibles a servir como materias primas industriales básicas y que constituyen petroquímicos básicos, que a continuación se enumeran:
1. Etano 2. Propano 3. Butanos 4. Pentanos 5. Hexano 6. Heptano
7. Materia prima para negro de humo
8. Naftas
9. Metano, cuando provenga de
carburos de hidrógeno,
obtenidos de yacimientos
ubicados en el territorio
Reforma Energética
Modificación del artículo 28° de la Constitución, este sector en su vertiente básica dejaría de ser un área exclusiva de Petróleos Mexicanos (Pemex), la iniciativa privada podrá participar en los procesos después de la extracción de petróleo bajo un esquema que será establecido en las leyes secundarias, a través de permisos controlados por el Ejecutivo.
Una de las reformas propuestas en materia de hidrocarburos consiste en sustraer de las áreas estratégicas del estado a la petroquímica básica y dar certeza a nivel constitucional para que las actividades de la industria petrolera, tales como el procesamiento del gas natural y la refinación del petróleo así como el transporte, almacenamiento distribución y comercialización de dichos productos y sus derivados, puedan ser realizados tanto por organismos del Estado, como por los sectores social y privado, a través de permisos que otorgue el Ejecutivo Federal.
Por lo tanto ya no hay división legal entre la petroquímica básica y la secundaria en cuanto a la obtención de los mismos por el sector privado.
Mientras que en 1997 se importaba 41% de los petroquímicos que se consumían en el país, para 2012 dicha cifra ascendió a 66 por ciento.
Esta problemática nace de la división legal entre petroquímica básica, que no permitía la inversión privada, y la petroquímica secundaria, que sí lo permitía. Esa división es artificial y no guarda relación con el proceso industrial. Aunque hoy en día los privados pueden participar en petroquímica secundaria, se requiere de los materiales de la petroquímica básica, la cual es desarrollada de manera exclusiva por Pemex.
1.3.1 PETROQUÍMICA BÁSICA Y SECUNDARIA EN MÉXICO
El sector básico, cuyo desarrollo corresponde a Petróleos Mexicanos, comprende aquellos productos que sean susceptibles de servir como materias primas industriales básicas que sean resultado de los procesos petroquímicos fundados en la primera transformación química importante, o en el primer proceso físico importante que se efectúe a partir de productos o subproductos de refinación, de hidrocarburos naturales del petróleo.
El sector básico está conformado por: etano, propano, butanos, pentanos, hexano, heptano, materia prima para negro de humo, naftas y metano.
La petroquímica secundaria en México que en los años ochenta llegó a ser la quinta productora de estos derivados de gas y petróleo a nivel mundial, ha venido decayendo en su producción e importancia.
La apertura del capital privado de la petroquímica secundaria no dio los resultados esperados. Así que se licitó la planta Cosoleacaque, que era el complejo más grande en producción de amoniaco; en 1996 esta planta producía 2.5 millones de toneladas de amoniaco, en el 2006 esta planta solo producía 600 millones de dicho petroquímico. Nadie llego al precio del complejo petroquímico licitado, por ello siguió siendo Pemex, no hubo interés del capital privado por adquirir esta planta.
Lo que se hizo para privatizar la petroquímica secundaria fue la implementación de filiales dentro de la petroquímica con la cual se constituyeron 10 empresas bajo el régimen mercantil de sociedad anónima.
La industria petroquímica secundaria se subdivide en dos grandes grupos: Productos de uso final y productos intermedios.
Los productos petroquímicos de uso final son aquellos que ya no sufren transformación y que se consumen por otras ramas o sectores de la actividad industrial. Los productos intermedios son los que sirven como materia prima para elaborar los de uso final u otros productos intermedios.
Los productos de uso final se han dividido a su vez en ocho ramas: Fibras, artificiales y sintéticas, resinas, plastificantes, fertilizantes, plaguicidas, elastómeros productos relacionados con elastómeros y productos diversos (agentes tensoactivos, colorantes y pigmentos orgánicos y otros productos diversos).
CAPÍTULO 2
PROCESOS DE OBTENCIÓN (MATERIAS PRIMAS)
2.1 OBTENCIÓN DE AMONIACO MEDIANTE EL PROCESO CASALE’S Aplicación: Para producir amoníaco anhidro a partir de gas natural. El proceso se
basa en aplicar Casale's que es un equipo altamente eficiente, incluyendo: • Casale es un diseño de alta eficiencia para el reformador secundario • La tecnología axial-radial Casale para conversión catalítica
• Inyector de sistema de lavado de amoniaco CASALE
• La tecnología radial Casale axial- para el convertidor de amoniaco
• Casale tiene un avanzado diseño de caldera de recuperación en el circuito de síntesis.
Descripción: El Gas Natural (1) se desulfura primero (2) antes de entrar en un
reformador de vapor (3) donde el metano y otros hidrocarburos se hacen reaccionar con vapor de agua que se convierte parcialmente en gas de síntesis, es decir, el hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). El
gas parcialmente reformado entra en el reformador secundario (4) donde (5) se inyecta aire, y el metano se convierte finalmente en gas de síntesis. En esta unidad, Casale suministra su proceso de quemador de alta eficiencia, caracterizado por una baja ΔP y flama corta. El gas reformado se enfría mediante la corriente de generación de alta presión, y luego entra en la sección de desplazamiento (6), donde el CO reacciona con vapor para formar hidrógeno y CO2. Hay dos convertidores de cambio, el cambio de alta temperatura y el
desplazamiento a baja temperatura; Ambos están diseñados de acuerdo con el diseño Casale axial-radial único para lechos de catalizador, lo que garantiza una baja ΔP y un volumen de catalizador inferior, ya la vida del catalizador y recipientes a presión son menos caros.
El gas desplazado se enfría adicionalmente y luego entra en la sección de eliminación de CO2 (7), donde el CO2 se elimina por lavado (8). El gas lavado,
después del precalentamiento, entra en el reactor metanador (9), donde las trazas
restantes de óxidos de carbono se convierten en metano.
El gas de síntesis limpio puede entrar en el compresor de gas de síntesis (10), donde se comprime a la presión de la síntesis. Dentro del compresor de gas de síntesis, el gas se seca por el eyector accionado de lavado tipo Casale con amoníaco líquido (11) para eliminar el agua de saturación y los posibles restos de CO2. Está tecnología patentada aumenta aún más la eficiencia de la síntesis,
El gas de síntesis comprimido alcanza el circuito de síntesis (12) donde se convierte en amoniaco en el convertidor axial-radial Casale (13), caracterizado por la más alta conversión por paso y robustez mecánica. El gas se enfría luego en la caldera de calor de agua residual (14), que ofrece el diseño de tubos de agua Casale, donde se genera vapor. El gas se enfría adicionalmente (15 y 16) para condensar el amoniaco producto (17) que se separa a continuación, mientras que el gas sin reaccionar (18) se hace circular (19) de vuelta al convertidor. Los inertes (20), presente en el gas de síntesis, se purgan del circuito a través de la unidad de recuperación de purga Casale (21), asegurando una recuperación casi completa del hidrógeno purgado (22) de nuevo al circuito de síntesis (12), mientras que los inertes se reciclan como combustible (23) de nuevo al reformador primario (3).
Economía: Gracias a la alta eficiencia del diseño del proceso y equipo, el
consumo total de energía (evaluado como alimentaciones de combustible + importación+ vapor del paquete de la caldera y la exportación de vapor a la urea) es inferior a 6,5 Gcal / tonelada métrica de amoníaco producido.
Plantas comerciales: Una planta de 2.050 toneladas métricas por día ha estado
en funcionamiento desde principios de 2008, y cuatro más están en construcción, 2.050 toneladas métricas por día cada uno.
2.1.1 OBTENCIÓN DE AMONIACO MEDIANTE EL PROCESO TOPSOE
Aplicación: Para producir amoniaco a partir de una variedad de materias primas
alimenticias de hidrocarburos que van desde el gas natural a nafta pesada utilizando la tecnología de amoníaco de baja energía de Topsoe.
Descripción: El Gas Natural u otra materia prima de hidrocarburo se comprime (si
es necesario), es desulfurado, mezclado con vapor y luego se convierten en gas de síntesis. La sección de reformado comprende un pre reformado (es opcional, pero da beneficios particulares cuando la materia prima es hidrocarburos superiores o nafta), un reformador tubular encendido y un reformador secundario, donde se añade aire de proceso. La cantidad de aire se ajusta para obtener la relación H2 / N2 de 3,0 como es requerido por la reacción de síntesis de amoniaco.
El reformador de vapor tubular es el diseño de la pared lateral como combustible patentado Topsoe's. Después de la sección de reformado, el gas de síntesis se somete a conversión de cambio de alta y baja temperatura, de eliminación de dióxido de carbono y metanización.
El gas de síntesis se comprime a la presión de síntesis, que típicamente varía de 140 a 220 kg / cm2 y se convierte en amoniaco en un circuito síntesis utilizando convertidores de síntesis de flujo radial, ya sea el concepto S-300 o S-350 de tres camas usando una S- 300 y un convertidor seguido por una caldera de vapor o recalentador, y una cama-S-50 con un convertidor. El Producto de amoniaco se condensa y se separa por refrigeración. Este proceso de diseño es flexible, y cada planta de amoniaco será optimizado para las condiciones locales mediante el ajuste de diversos parámetros del proceso. Topsoe suministra todos los catalizadores utilizados en las etapas de proceso catalíticos para la producción de amoniaco.
Características tales como la inclusión de un pre reformado, la instalación de un quemador de tipo anillo con boquillas para el reformador secundario y la actualización a un convertidor de amoniaco S-300, son todas las características que se pueden aplicar para las plantas de amoniaco existentes. Estas características facilitarán el mantenimiento y mejoraran la eficiencia de la planta.
Plantas Comerciales: Más de 60 plantas utilizan el concepto del proceso Topsoe.
Desde 1990, el 50% de la nueva capacidad de producción de amoniaco se ha basado en la tecnología Topsoe. Capacidades de las plantas construidas dentro de la última década de 650 toneladas métricas por día hasta más de 2000 toneladas métricas por día. Diseño de nuevas plantas con mayores capacidades disponibles.
2.1.2 OBTENCIÓN DE AMONIACO MEDIANTE EL PROCESO LINDE
Aplicación: La idea del amoniaco Linde (LAC) es producir amoniaco a partir de
hidrocarburos ligeros. El proceso es una ruta simplificada para el amoniaco, que consta de una moderna planta de hidrógeno - nitrógeno, una unidad estándar y un circuito de síntesis de amoniaco de alta eficiencia.
Descripción: La alimentación de hidrocarburos se precalienta y desulfura (1).El
proceso de vapor, generado a partir de condensado del proceso en el reactor de desplazamiento isotérmico (5) se añade para dar una relación de vapor de aproximadamente 2,7; La alimentación de reformado se precalienta (2). El Reformador (3) opera con una temperatura de salida de 850 ° C.
El Gas reformado se enfría a la temperatura de entrada de cambio de 250 ° C mediante la generación de vapor (4). La reacción de desplazamiento de CO se lleva a cabo en una sola etapa en el reactor de desplazamiento isotérmico (5), enfriado internamente por un haz de tubos en espiral. Para generar vapor en el reactor, desaireado y el condensado se recicla al proceso de recalentado.
Después de la recuperación de calor, pasa a enfriamiento final y la separación de condensado (6), el gas se envía a la adsorción por oscilación de presión (PSA) unidad (7). Los adsorbentes cargados se regeneran isotérmicamente usando una secuencia de pasos controlada de despresurización y purga.
El nitrógeno se produce por la separación de aire a baja temperatura en una caja fría (10). El aire se filtra, se comprime y se purifica antes de ser suministrado a la caja fría. Producto de nitrógeno puro es más comprimido y mezclado con el hidrógeno para dar un gas de síntesis de amoniaco puro. El gas de síntesis comprimido a la presión de amoníaco por el compresor de gas de síntesis (11), que también recicla gas sin convertir a través del circuito de amoniaco. El gas de síntesis puro elimina la purga del circuito y del sistema de tratamiento de gas puro asociado.
Economía: La simplificación de los procesos convencionales da ahorros
importantes tales como: la inversión, los costos de catalizador de cambio, los costes de mantenimiento, etc. Requisito de alimentación total (alimentación del proceso, más combustible) es de aproximadamente 7 cal / tonelada métrica de amoniaco (25.2 MMBtu / tonelada) dependiendo del diseño de la planta y ubicación.
Plantas comerciales: La primera planta LAC completa, para 1350 toneladas
métricas por día de amoniaco, se ha construido para GSFC en la India. Otras dos plantas de ALC, para 230 toneladas métricas por día y 600 toneladas métricas por día de amoniaco, fueron comisionados en Australia. La última planta de LAC se construyó en China y produce hidrógeno, amoniaco y CO2 en la importación de
nitrógeno procedente de las instalaciones ya existentes. Hay extensas listas de referencias de hidrógeno y nitrógeno plantas de Linde y sistemas de síntesis de amoniaco Casale.
Referencias: Una combinación de tecnologías probadas, "Nitrógeno, marzo-abril
de 1994.
2.2 OBTENCIÓN DE PROPILENO MEDIANTE EL PROCESO FLEXENE
Aplicación: La demanda mundial de gasolina, diesel y productos petroquímicos
se está desplazando hacia un mayor énfasis en el diesel y propileno, y la flexibilidad para satisfacer las cambiantes demandas será de vital importancia para la rentabilidad en la refinería. Axens ha desarrollado la nueva tecnología FlexEne para ampliar las capacidades del fluido del proceso de craqueo catalítico (FCC), que es la unidad de conversión principal de la refinería, tradicionalmente orientado para maximizar la gasolina y, en ocasiones el propileno.
Descripción: FlexEne se basa en la integración de un FCC y una unidad de
oligomerización llamado Polinafta, procesa olefinas ligeras FCC y entrega buenas moléculas de vuelta a la FCC y proporciona la flexibilidad del producto requerido por el mercado.
Mediante el ajuste de la formulación del catalizador y las condiciones de operación, el proceso de FCC es capaz de operar en diferentes modos: el destilado maxi, la gasolina maxi y propileno de alta. La combinación con Polinafta ofrece la flexibilidad que el mercado esperaba.
En un entorno de gasolina maxi, el corte C4 de FCC rico en olefinas se envía normalmente a una unidad de alquilación para producir alquilato y para aumentar el rendimiento global de gasolina. En la mayoría de los esquemas recientes de producción de gasolina, la alquilación ha sido sustituida ventajosamente por Polinafta, que entrega la gasolina de alta calidad a un costo mucho menor.
Para una mayor producción de destilados, la tecnología de Polinafta puede hacerse funcionar a mayor severidad para producir destilados a partir de olefinas C4. La producción de diesel adicional se puede suministrar al operar la unidad de FCC en el modo de destilado maxi.
Para una mayor producción de propileno, Axens / IFP R&D ha demostrado que la gasolina Polinafta o fracciones de destilados pueden partir fácilmente en la unidad de FCC para producir propileno. En consecuencia, dependiendo de las condiciones del mercado, la gasolina o el diesel pueden ser reciclados a la FCC para producir propileno de alto valor y olefinas C4.
Gracias a la combinación optimizada de FCC y la oligomerización, FlexEne ofrece la mayor flexibilidad del producto de mercado al orientar la producción de
Plantas comerciales: Dos unidades FlexEne han sido autorizadas para nuevos
proyectos R2R / Polinafta.
2.2.1 OBTENCIÓN DEL PROPILENO MEDIANTE EL PROCESO DE CRAQUEO CATALÍTICO
Aplicación: Cuando el objetivo del proceso es la máxima producción de propileno,
características tecnológicas específicas deben ser añadidas a la de fluido de craqueo catalítico (FCC) / FCC (FRCC) unidad de residuo. El desafío es particularmente grande cuando el material de alimentación contiene residuo.
Descripción: ZSM-5 éste aditivo es capaz de romper sólo C7 a olefinas C10. En
consecuencia, la mayoría de la C5 y C6 no se convierten por ZSM-5 en el tubo ascendente principal. Para convertir este corte, que ha sido publicado por el IFP y otros, el sistema catalítico óptimo es un reciclaje en un elevador independiente que opera bajo condiciones más severas PetroRiser.
En efecto, el reciclado con la alimentación no permite conversión de esta nafta ligera ya que la temperatura es demasiado baja en el tubo ascendente principal. Si se inyecta la nafta de reciclaje antes de la zona de alimentación donde la temperatura del catalizador es superior a 700 ° C, la producción de gas combustible es muy alta debido al craqueo térmico, así como reacciones secundarias perjudiciales específicas a este nivel térmico. Además, la inyección de nafta ligera debajo de la alimentación principal altera las condiciones de subida en el punto de la alimentación principal de residuo resultante en menos de un rendimiento óptimo.
La conclusión de los trabajos de R&D es que el reciclaje de nafta ligera a un tubo ascendente separado a una temperatura más alta que el tubo ascendente principal permite un craqueo C5 y olefinas C6 y también permite parafinas para producir más GLP y menos C5 a -70 ° C de nafta.
Referencia: R.Roux, "Resid ala petroquímicade tecnología," 12 ª Conferencia Petroquímica RTA, KualaLumpur, 2009.
Las plantas comerciales: PetroRiser ha sido licenciada en Abu Dhabi para la
unidad RFCC más grande (127.000 BPD).
2.2.2 OBTENCIÓN DE PROPILENO MEDIANTE EL PROCESO SUPERFLEX Aplicación: Para producir propileno y etileno de bajo valor (C4 a C10)
hidrocarburos de olefinas que contienen corrientes de las plantas de etileno y refinerías.
Descripción: El proceso SUPERFLEX es una tecnología propia patentada por
ARCO Tecnología Química, Inc. (ahora LyondellBasell) y ofrece en exclusiva en todo el mundo para la licencia por KBR. Utiliza un sistema de reactor catalítico fluidizado con un catalizador patentado para convertir materias primas de bajo valor predominante los productos propileno y etileno. El catalizador es muy robusto; por lo tanto, no se requiere pretratamiento de alimentación para los contaminantes típicos de azufre como, agua, oxigenados o nitrogenados. Materias primas atractivas incluyen C4 y C5 corrientes de olefinas ricas de plantas de etileno, naftas de FCC o C4, naftas craqueadas térmicamente de coquizadores, BTX o refinados MTBE, ricos en olefinas C5, retirados de gasolinas de motor y líquidos ligeros de Fischer-Tropsch.
El sistema de reactor fluidizado es similar a una unidad de FCC de refinería y consta de un recipiente de reactor fluidizado / regenerador, compresión de aire, la manipulación del catalizador, la manipulación del gas combustible, y de alimentación y recuperación de calor del efluente.
El uso de este sistema de reactor con regeneración contínua del catalizador permite temperaturas de funcionamiento más altas que compiten con reactores de lecho fijo de modo que una porción sustancial de las parafinas, así como olefinas, se convierten. Esto permite una flexibilidad en las cantidades de parafinas en las alimentaciones a SUPERFLEX y la capacidad de reciclar la alimentación.
Debido a que este es un proceso catalítico, la huella de CO2 por tonelada de
producto esmás bajo queel craqueode vapor convencional.
Rendimiento: La tecnología produce 50% - 60% en peso de propileno, más
etileno con un rendimiento de propileno alrededor de dos veces la de etileno, de C4 típico y corrientes de refinado C5. Algunos rendimientos típicos son:
Rico en olefinas Rico en olefinas FCC Coker Materia prima C4s C5s LCN LN Rendimiento final,% en peso Gas combustible 7.2 12.0 13.6 11.6 Etileno 22.5 22.1 20.0 19.8 Propileno 48.2 43.8 40.1 38.7 Propano 5.3 6.5 6.6 7.0 C6 + gasolina 16.8 15.6 19.7 22.9
* El último rendimiento con C4 y C5s reciclado.
Tabla 1. Producción en peso del Propileno; Proceso Superflex
Las plantas comerciales: El primer licenciatario SUPERFLEX con una capacidad
de producción de propileno de 250.000 toneladas métricas por año es la Tecnología Sasol; esta planta ha estado en funcionamiento desde diciembre de
2006 Dos unidades SUPERFLEX adicionales han sido autorizadas.
Licenciador: Kellogg Brown & Root LLC- CONTACTO
2.2.3 OBTENCIÓN DE PROPILENO MEDIANTE EL PROCESO CATOFIN Aplicación: Tecnología para la deshidrogenación de propano para hacer
propileno de alta pureza. El proceso CATOFIN utiliza especialmente un catalizador patentado de Süd-Chemie.
Descripción: El sistema de reacción CATOFIN consiste en reactores paralelos de
lecho fijo y un sistema de aire de regeneración. Los reactores se ciclan a través de una secuencia que consiste en la reacción, la regeneración y pasos de evacuación / purga. Múltiples reactores se utilizan para que el sistema de alimentación del reactor / producto y el sistema de aire de regeneración operen de una manera contínua.
La alimentación de propano fresco se combina con la alimentación de reciclo de la parte inferior del producto divisor (6). La alimentación total de propano se vaporiza y luego se eleva a la temperatura de reacción en un calentador de carga (1) y se alimenta a los reactores (2). La reacción tiene lugar en condiciones de vacío para maximizar la conversión de la alimentación y la selectividad de olefinas. Una corriente de purga, tomado de la alimentación total de propano, se pasa a través de un desaceitador (8) para eliminar C4 y los componentes más pesados.
Después de enfriar, el gas efluente del reactor se comprime (3) y se envía a la sección de recuperación (4), donde los gases inertes, hidrógeno, e hidrocarburos
ligeros se separan del efluente del reactor comprimido.
Los componentesetano, propanoy propilenose envían ala sección de purificación del producto (5) y el divisor deproducto (6), donde el productopropileno,se separa a partir de propanosin reaccionar. Elpropanose reciclaa los reactores.
Después de un período adecuado de la corriente de operación, es alimentado a un reactor individual se suspende y se vuelve a calentar y a regenerar. El recalentamiento de aire y la regeneración es calentada en el calentador de aire de regeneración (7) se hace pasar a través de los reactores. El aire de regeneración sirve para restablecer el perfil de temperatura de la cama a su condición inicial en funcionamiento además de quemar el coque del catalizador. Cuando se termina el recalentamiento y la regeneración, el reactor se evacua de nuevo para el siguiente periodo en funcionamiento.
Los rendimientos y la calidad del producto: propileno producido por el proceso de CATOFIN se utiliza normalmente para la producción de polipropileno, donde las demandas de pureza son las más estrictas (> 99,5%). El consumo de gas propano (100%) es de 1.17 toneladas métricas (TM) por tonelada de producto de propileno.
Economía: Cuando se dispone de una gran cantidad de GLP de bajo valor, el
proceso CATOFIN es la forma más económica para convertirlo en producto de alto valor. La gran capacidad posible en un solo tren con unidades CATOFIN (la más grande hasta la fecha es de 650.000 toneladas métricas anuales de propileno) reduce al mínimo el coste de inversión en toneladas métricas de producto.
Materia prima y servicios, por tonelada métrica de propileno
Propano, tonelada métrica 1.16
Eléctricos, kWh 50
Combustible, MWh 1.2
Tabla 2. Materia prima y servicios por tonelada métrica de propileno
Plantas comerciales: Actualmente ocho plantas CATOFIN de deshidrogenación
están produciendo más de 1.800.000 toneladas métricas anuales de isobutileno y 1.160.000 toneladas métricas anuales de propileno. En la actualidad hay dos unidades de deshidrogenación de propano CATOFIN en operación con una capacidad de diseño de 455.000 toneladas métricas anuales de propileno. Este es el tren de unidades más grandes del mundo. Ambas plantas han cumplido con éxito sus garantías y continuará operando muy por encima de su capacidad de diseño.
2.2.4 OBTENCIÓN DE PROPILENO MEDIANTE EL PROCESO DE TOTAL PETROCHEMICALS
Aplicaciones: Total Petrochemicals / UOP Proceso de Cracking de Olefinas
(OCP) se utiliza principalmente para producir propileno a partir de olefinas C4 a C8 suministrados por los crackers de vapor, en refinerías (MTO) y/ o plantas de metanol a olefinas.
Descripción: El proceso de craqueo de olefina fue desarrollado conjuntamente
por Total Petrochemicals (anteriormente ATOFINA) y UOP para convertir a bajo valor olefinas las C4 a C8 de propileno y etileno. Las características del proceso son reactores de lecho fijo que operan a temperaturas entre 500 ° C y 600 ° C y miden presiones entre 1 y 5 bares.
Este proceso utiliza un catalizador zeolítico y proporciona altos rendimientos de propileno. El uso de este catalizador reduce al mínimo el tamaño del reactor y los costos de operación al permitir el control a altas velocidades en el espacio, y altas conversiones y selectividades sin un flujo de diluyentes inertes. Un sistema de giro en el reactor se utiliza para la regeneración del catalizador. Instalaciones de separación dependen de cómo está integrada la unidad en el sistema de procesamiento. El proceso está diseñado para utilizar materias primas olefínicas de crackers de vapor, y unidades de FCC de coque en la refinería, y unidades con C4 a C8 olefina y las composiciones de parafina. El catalizador presenta poca sensibilidad a las impurezas comunes, tales como dienos, compuestos
oxigenados, compuestos de azufre y compuestos de nitrógeno.
Economía: El capital y los costos de operación dependen de cómo el proceso se
integra con el craqueo a vapor, en refinerías u otras instalaciones.
Rendimientos: Los rendimientos del producto dependen de la composición del
material de alimentación. El procedimiento proporciona la producción de
propileno / etileno en proporciones de casi 4: 1.
Estudios de caso de agrietamiento e integración de olefinas y de nafta han mostrado un 30% más de producción de propileno en comparación con el
procesamiento de nafta de craqueo convencional.
Las plantas comerciales: Total Petrochemicals operan con una unidad de
demostración que se instaló en una refinería filial en Bélgica en 1998 instalando una segunda unidad de demostración en 2009 que está integrada con una unidad
2.2.5 OBTENCIÓN DE PROPILENO MEDIANTE EL PROCESO OLEFLEX Aplicación: El proceso Oleflex se utiliza en productos de propileno de calidad
polimérica a partir de propano.
Descripción: El complejo consta de estas secciones en el reactor, la regeneración
contínua de catalizador (CCR), la sección de separación de productos y fraccionamiento. Cuatro reactores de flujo radial (1) se utilizan para lograr una conversión óptima y la selectividad para la reacción endotérmica. La actividad del catalizador se mantiene en regeneración continua (2). El efluente del reactor se comprime (3), se seca (4) y se envía a un sistema de separación criogénico (5). Una corriente de hidrógeno neta se recupera en aproximádamente 90 mol% de pureza de hidrógeno. El producto de olefina se envía a un proceso de hidrogenación selectiva (6) donde se eliminan los dienos y acetilenos. La corriente de propileno va a un desetanizador (7) donde fracciones ligeras se eliminan antes de la división de propano-propileno (8). La materia prima no convertida se recicla de nuevo a la despropanizadora (9) donde se combina con la alimentación fresca antes de ser enviado de nuevo a la sección del reactor.
Rendimiento: El rendimiento de propileno a partir de propano es de
aproximádamente 85% en peso de alimentación con la nueva aportación.
El rendimiento de hidrógeno es de aproximádamente 3,6% en peso de
alimentación con la nueva aportación.
Economía: La Costa del Golfo de Estados Unidos dentro de la inversión de límites
de batería para la producción de una planta de propileno 450.000 tpa de grado polimérico es de aproximadamente $ 600 / tpa.
Plantas comerciales: Trece unidades Oleflex están en funcionamiento para
producir propileno e isobutileno. Ocho de estas unidades representan 2,1 millones de toneladas métricas anuales de producción de propileno.
Tres unidades Oleflex adicionales para la producción de propileno están en diseño ó en construcción.
2.3 OBTENCIÓN DE ACRILONITRILO
Este proceso consta básicamente de tres secciones: sección de reacción, sección de recuperación y sección de purificación.
Las corrientes de carga de propileno y amoniaco se combinan y se alimentan al reactor el cual opera a una presión de 0.35 a 2.11 kg/cm2 manométricas y una temperatura de 400°C a 510°C.
El oxígeno de reacción se suministra por una corriente de aire, el calor de la reacción se extrae por generación de vapor de alta presión en serpentines que atraviesan el lecho catalítico fluidizado del reactor. Los gases efluentes del reactor se apagan en una columna empacada, la corriente de fondos contiene la mayoría de los productos de la reacción, los vapores efluentes se enfrían y se alimentan al absorbedor el cual opera a una presión de 0.32 kg/cm2 manométricas y una temperatura de 37°C, ahí se agotan dichos vapores por contacto a contracorriente de agua fría. La corriente de fondos que contiene los compuestos orgánicos absorbidos se alimenta a la columna recuperadora de acrilonitrilo, la cual opera a una presión de 0.24 kg/cm2 manométricas y a una temperatura de 75°C, donde por destilación se recuperan los compuestos orgánicos absorbidos.
La corriente de domos que contiene el acrilonitrilo crudo y el ácido cianhídrico se envía a la columna de ligeros, la cual opera a una presión de 0.29 kg/cm2 manométricas y una temperatura de 32°C donde se elimina el ácido. La extracción intermedia de la columna recuperadora de acrilonitrilo, la cual opera a una presión de 0.24 kg/cm2 manométricas y una temperatura de 94°C, ahí se obtiene el acetonitrilo por el domo y se envía al límite de batería.
La corriente de fondos se recircula a la columna recuperadora de acrilonitrilo.
La corriente de fondos de la columna de ligeros está constituida por acrilonitrilo e impurezas pesadas, se alimenta a la columna de productos, la cual opera a una
presión de 0.80 kg/cm2 manométricas y una temperatura de 45°C, la corriente de
domos constituida por acrilonitrilo y productos se envía a almacenamiento, por el fondo de la columna de productos se obtienen las impurezas pesadas que se envían a límites de batería.
Para prevenir la polimerización del acrilonitrilo crudo se inyecta hidroquinona en la corriente de alimentación al absorbedor y en la corriente de domos de la columna recuperadora del acrilonitrilo.
La pureza del acrilonitrilo producto que se obtiene a partir de este proceso es del 99.99%.
2.4 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO MEDIANTE EL PROCESO SOHIO
La obtención de este subproducto es por medio del proceso del acrilonitrilo el cual consiste en la amonoxidación catalítica del propileno, mediante un catalizador de óxidos de metales tales como vanadio y molibdeno. Se requiere de un reactor catalítico de lecho fluidizado de grandes dimensiones, también se requiere de un cristalizador, para la obtención de sal de amonio y nueve columnas de separación de las cuales, dos son de absorción, cinco de rectificación convencionales y dos de rectificación especiales. Estas dos últimas columnas son necesarias para la ruptura de los azeótropos resultantes de la interacción del acrilonitrilo-agua, respectivamente (se tiene en una de las dos columnas, una mezcla ternaria acrilonitrilo- acetonitrilo- agua).
El proceso requiere de un sistema de control de gran importancia (alrededor de 300 señales analógicas y digitales) debido a la complejidad del tren de purificación. En el proceso se intenta optimizar, tanto el consumo de recursos (Reutilización de agua generada en el reactor para su consumo absorbente), como en el consumo energético (Aprovechamiento de flujos calientes para precalentar otros fríos, generación de vapor en el reactor y a lo largo del proceso con corrientes que requieren de enfriamiento de caudales elevados a altas temperaturas, generación de electricidad con una turbina de cogeneración). Así se obtiene el acrilonitrilo y los subproductos ácido cianhídrico, sulfato de amonio y acetonitrilo.
2.4.1 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO MEDIANTE EL PROCESO ANDRUSSOW
Este proceso consiste en la amonoxidación del metano, como catalizador se utiliza principalmente el platino metálico formando redes o sobre soportes con aditivos por ejemplo el rodio. La transformación ocurre a 1000 y 1200°c sin presión con muy corta permanencia. El gas producido se enfría rápidamente para evitar la descomposición del ácido cianhídrico.
La reacción se lleva a cabo de la siguiente manera:
CH4 + NH3 + ½ O2 CAT Pt / Rh HCN + 3H2O ΔH= -113 Kcal
El ácido cianhídrico puro se obtiene por destilación de diluciones acuosas después de un lavado ácido.
Se han desarrollado diversas y numerosas variantes del proceso Andrussow, tales como DuPont, Goodrich, Monsanto entre otras.
2.4.2 OBTENCIÓN DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO MEDIANTE EL PROCESO DEGUSSA
La reacción de oxidación directa es endotérmica:
NH3 + CH4 HCN + 3H2
Se lleva a cabo en un reactor de pared catalítica a 1300°C con un rendimiento del 84% en amoniaco y del 90% en metano. Una composición típica del gas producido es: 22.8 HCN, 2.7% NH3, 2.4% CH4, 0.9% N2 y 71.2% H2. Las ventajas de este
método respecto al de Andrussow son las siguientes:
No emplean oxígeno, con lo cual se forman derivados oxigenados ni grandes cantidades de nitrógeno provenientes del aire.
Rendimientos más elevados, tanto respecto al amoniaco como en el metano.
2.5 OBTENCIÓN DE SULFATO DE AMONIO
En el proceso seleccionado se emplean como materias primas el ácido sulfúrico y el amoniaco anhídro.
El amoníaco gaseoso es introducido en un recipiente cilíndrico vertical, cuya sección inferior tiene forma de cono invertido (utilizado como catalizador), que contiene ácido sulfúrico entre 30 y 50% la reacción que se verifica es:
2NH3 (g) + H2SO4 (ac) → (NH4)2SO4 (ac)
La cristalización es la operación primordial en el proceso. Se forman núcleos cristalinos en una solución sobresaturada de sulfato de amonio y se dejan crecer los cristales hasta el tamaño requerido, la producción de los cristales puede generarse por medio de burbujeo de aire a través de la solución.
Los cristales de sulfato de amonio se separan por medio de una centrifugación contínua, de donde pasan al secador rotatorio, se tamizan y se envasan en sacos. El proceso es contínuo y combina las operaciones de evaporación, cristalización y secado.
Se le proporciona al cristalizador un flujo de aire comprimido que permite una temperatura de 65 a 68°C.
Un método alternativo para obtener sulfato de amonio, consiste en hacer reaccionar amoniaco con agua y bióxido de carbono, producto secundario de la reformación del gas natural, para producir en un primer paso carbonato de amonio, como se observa en la siguiente reacción:
2NH3 (ac) + CO2 (ac) +H2O (I) → (NH4)2CO3 (ac)
El carbonato de amonio, se hace reaccionar con agua y sulfato de calcio producto secundario de la fabricación de ácido fosfórico, reacción que podemos representar de la siguiente manera:
(NH4)2CO3 (ac) + CaSO4 (ac) + H2O → (NH4)2SO4 (ac) + CaCO3 (s)
Que genera como subproducto carbonato de calcio, el cual es la materia prima para la producción de cal viva, de acuerdo con la siguiente reacción:
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)
El CO2 puede ser utilizado en la primera reacción y la venta del óxido de calcio
2.6 OBTENCIÓN DEL PROPANO
El propano se obtiene por medio del gas de la siguiente forma:
La primera etapa es el Endulzamiento de Gas
Diagrama 14. “Obtención del Propano - Endulzamiento de Gas”
El proceso de endulzamiento de gas consiste en remover los contaminantes, H2S
(ácido sulfhídrico) y CO2 (bióxido de carbono), del gas húmedo amargo recibido de
los pozos productores. Este proceso consiste en la absorción selectiva de los contaminantes, mediante una solución acuosa, a base de una formulación de amina, la cual circula en un circuito cerrado donde es regenerada para su contínua utilización.
La segunda etapa es el Endulzamiento de Líquidos
El proceso de endulzamiento de condensado amargo consiste en remover los contaminantes, H2S (ácido sulfhídrico) y CO2 (bióxido de carbono), de una
corriente líquida de condensado amargo recibido de los pozos productores. Éste proceso consiste en la absorción selectiva de los contaminantes, mediante una solución acuosa a base de una formulación de amina, la cual circula en un circuito cerrado donde es regenerada para su contínua utilización. El condensado sin contaminantes de denomina condensado dulce, el cual es el producto principal que sirve para la carga de fraccionadoras. Adicionalmente se obtiene una corriente compuesta por el H2S (ácido sulfhídrico) y CO2 (bióxido de carbono), la cual se
llama gas ácido, subproducto que sirve para la carga en el proceso para la recuperación de azufre.
La tercera etapa es la recuperación de azufre
Diagrama 16. “Obtención del Propano – Recuperación de Azufre”
El gas ácido (H2S ácido sulfhídrico + CO2 bióxido de carbono), proveniente del
La cuarta etapa es el proceso criogénico:
Diagrama 17. “Obtención del Propano – Proceso Criogénico”
El proceso criogénico recibe gas dulce húmedo de las plantas endulzadoras de gas y en algunos casos directamente de los campos productores, el cual entra en una sección de deshidratado, donde se remueve el agua casi en su totalidad, posteriormente es enfriado por corrientes frías del proceso y por un sistema de refrigeración.
Mediante el enfriamiento y la alta presión del gas es posible la condensación de los hidrocarburos pesados (etano, propano, butano, etc.), los cuales son separados y enviados a rectificación en la torre desmetanizadora.
El gas obtenido en la separación pasa a un turbo expansor, donde se provoca una diferencia de presión (expansión) súbita, enfriando aún más está corriente, la cual se alimenta en la parte superior de la torre desmetanizadora.
La quinta etapa es el proceso de absorción:
Diagrama 18. “Obtención del Propano – Proceso de Absorción”
La absorción de licuables se realiza en trenes absorbedores, utilizando un aceite absorbente de elevado peso molecular, el cual después de la sección de absorción donde se obtiene el gas natural, pasa a un reabsorbedor donde se produce gas combustible por la parte superior y el aceite con los líquidos absorbidos por la parte inferior, posteriormente pasan a una sección de vaporización y finalmente a la sección de destilación donde se separan los hidrocarburos ligeros obteniéndose al final una corriente líquida de etano más pesados, similar a las de las plantas criogénicas, la cual pasa a la sección de fraccionamiento. Por el fondo de la torre de destilación se obtiene el aceite absorbente pobre, que pasa a un proceso de deshidratación para retornar nuevamente a la torre absorbedora y reabsorbedora para continuar con el proceso de absorción.
