Planta Productora De Oxido De Etileno 6y2q1s

2018

PLANTA PRODUCTORA DE OXIDO DE ETILENO

Wendolyn Martínez López María Hernández Nájera 11/06/2018

PLANTA PRODUCTORA DE OXIDO DE ETILENO

INTRODUCCION El óxido de etileno es un gas incoloro, inflamable y tóxico, que es técnicamente el epóxido más importante. En el proceso de obtención más antiguo, el etileno y el cloro se pasan por una columna de absorción en contracorriente respecto de una corriente pulverizada de agua. En la parte inferior se separa una solución de clorohidrina del etileno al 5%. Calentando esa solución a 100º con un exceso de un 10%, de una suspensión de cal se convierte en el óxido. Se separa por destilación de una pequeña cantidad de cloruro de etileno, de etilenglicol y de éter beta-cloro etílico formado como subproductos.

En el proceso más reciente se prepara por oxidación directa del etileno con aire o con oxígeno en presencia de un catalizador de plata.

El óxido de etileno ha sido producido comercialmente a través de dos métodos básicos: el proceso de la clorhidrina y el proceso de oxidación directa. El proceso de la clorhidrina fue introducido durante la primera guerra mundial en Alemania por Badische Anilin, Soda Fabrik (BASF) y otros. El proceso involucra la reacción de Etileno con ácido hipocloroso seguido por la dehidroclorinación de la clorhidrina resultante obteniéndose Óxido de Etileno y Cloruro de Calcio. Union Carbide Co. fue la primera empresa que comercializó este proceso en los Estados Unidos en 1925. El proceso de la clorhidrina no es competitivo económicamente y es por ello que fue rápidamente reemplazado por el proceso de oxidación directa convirtiéndose ésta en la tecnología dominante. Óxido de etileno

Actualmente toda la producción mundial de Óxido de Etileno se lleva a cabo por el proceso de oxidación directa de Etileno. Reactividad química El óxido de etileno es un compuesto de poder reactivo muy elevado. En estado líquido se polimeriza fácilmente. La reacción es fuertemente exotérmica y puede ser explosiva. La polimerización del óxido de etileno puede acelerarse por acción directa de la luz, del calor o de productos químicos diversos: potasio, cloruro de hierro, de estaño, de cinc y de aluminio, óxidos de hierro y aluminio, ácidos y basesAlgunos metales actúan como catalizadores de descomposición del óxido de etileno tales como: cobre, plata, mercurio, magnesio y sus compuestos, y pueden ser origen a explosiones. Similarmente puede reaccionar vigorosamente en amoníaco, alcoholes, aminas y ciertos productos oxidantes. Su descomposición térmica puede dar lugar a la formación de diversos compuestos: ceteno, acetaldehído, óxido de carbono, metano, etano, propano e hidrógeno. Adiciona muchas sustancias (hidrógeno, agua, ácido clorhídrico, amoníaco, alcoholes y otras) formando compuestos derivados del alcohol etílico. Con catalizadores se obtiene 1,4 dioxano, dímero del óxido de etileno y diéter cíclico del etilenglicol, que se emplea como disolvente de muchos compuestos orgánicos e inorgánicos.

MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE ÓXIDO DE ETILENO Para una planta productora de óxido de etileno de 100 tn/día en solución acuosa, se presenta los requerimientos y parámetros de las materias primas:      

Etileno Metano Oxígeno Agua Fuerza Electro-Motriz Servicios Auxiliares varios Óxido de etileno

Oxígeno La cantidad de Oxígeno necesaria para una producción de 100 tn/día de óxido de etileno es de 2577,2 Nm3/h, con una pureza superior al 99,5% molar, utilizando una relación de consumo de 1 tn EO/1,26 tn O 2, que resulta de los consumos óptimos de óxido de etileno basado en el proceso de producción de Dow Chemical Company.

Pureza [% molar]

>99,5

Temperatura [°C]

15 – 35

Presión [kPa]

1570

Caudal de Consumo [Nm3/h]

3000

Etileno Para una producción de 100 tn/día de OE se requieren 125 tn/día de Etileno debido al rendimiento del 80% en la reacción química, que es independiente de la tecnología utilizada.

Pureza [% molar]

100

Temperatura [°C]

15 – 35

Presión [kPa]

1570

Caudal de Consumo [Nm3/h]

3500

Metano El Metano sólo es utilizado como gas de relleno en el proceso de obtención de OE, siendo reciclado casi en su totalidad. Si bien la cantidad de Metano que circula en el proceso es alta, su consumo es prácticamente nulo debido a la alta selectividad del Etileno por el Oxígeno. Es por ello que se lo considera como una materia prima básica sólo para la puesta en marcha y durante la puesta a régimen de la planta.

Óxido de etileno

Pureza [% molar]

100

Temperatura [°C]

15 – 35

Presión [kPa]

1570

Caudal de Consumo [Nm3/h]

8000

Agua de proceso Pureza [% molar]

100

Temperatura [°C]

45 – 60

Presión [kPa]

700

Caudal de Consumo [m3/h]

50

Agua de refrigeración Pureza [% molar]

100

Temperatura [°C]

220

Presión [kPa]

2320

Caudal Circulante (líq.) [m3/h]

10

Solución de K2CO3 Concentración [% másico]

25

Temperatura [°C]

110 – 120

Presión [kPa]

280

Caudal Circulante [m3/h]

30

Óxido de etileno

Hot Oil Pureza [% molar]

100

Temperatura [°C]

300

Presión [kPa]

400

Caudal Circulante [Am3/h]

1200

EQUIPOS PARA PRODUCIR OXIDO DE ETILENO Sistema de Purificación de Óxido de Etileno El sistema de purificación del Óxido de Etileno recuperado en el absorbedor consiste en una torre de destilación que separa el Agua de los componentes livianos y una segunda Torre de absorción que recupera el Óxido de Etileno presente en los gases de salida del tope. Sistema de Remoción de Dióxido de Carbono Concentraciones de Dióxido de Carbono por encima del 15% molar afectan negativamente la actividad del catalizador de Plata, siendo necesario tratar la corriente de reflujo antes de ingresarla al reactor. Existen dos sistemas típicos para remoción de Dióxido de Carbono en gases empleando Aminas o Carbonato de Potasio como agentes de absorción. Las Aminas no son aptas, debido a que reaccionan fuertemente con el Óxido de Etileno, introduciendo contaminación y ciertos riesgos de seguridad y de calidad. En adición, las aminas afectan el catalizador de Plata y también tienen un fuerte efecto negativo en la calidad del Óxido de Etileno producido. El carbonato, como sal, es no volátil y solamente se introduce en el sistema de reacción de Óxido de Etileno si se arrastra físicamente el líquido del sistema de absorción de Dióxido de Carbono al gas del ciclo de reacción. Las Aminas tienen presión de vapor y por lo tanto estarán presentes en el gas del ciclo de reacción.

Óxido de etileno

Catalizador La elección del catalizador es el factor fundamental para determinar la utilidad económica del proceso ya que conforma una parte importante en el mecanismo de reacción afectando su cinética. Todas las unidades de oxidación de Etileno emplean exclusivamente catalizadores a base de Plata, aunque su composición puede variar considerablemente. Los catalizadores se dividieron históricamente en dos grupos, aquellos que ofrecían altos niveles de conversión, llamados catalizadores de alta actividad y catalizadores de alta eficiencia. Existen actualmente catalizadores llamados de alta productividad que ofrecen a la vez alta eficiencia y altos niveles de conversión, siendo un catalizador de la empresa Dow Ch emicals (Meteor Process) el primero en esta categoría, permitiendo el desarrollo de plantas de gran magnitud capaces de operar con un solo reactor. PROCESO DE PRODUCCION DEL OXIDO DE ETILENO Las tecnologías publicadas por las tres compañías líderes en la producción de Óxido de Etileno empleando Oxígeno como oxidante presentan similitudes entre sí. El proceso se compone en todos los casos por cuatro etapas constituyentes: Oxidación. Etileno, Oxígeno y gas de reciclo se comprimen e ingresan a un reactor o tren de reactores multitubulares, empleando un catalizador a base de Plata. El Óxido de Etileno corresponde al único producto de la reacción principal. Existe paralelamente una reacción secundaria de combustión de Etileno responsable de la generación de los únicos dos subproductos, Dióxido de Carbono y Agua. La temperatura de oxidación es controlada circulando Agua a temperatura de ebullición en la camisa del reactor. Absorción de Óxido de Etileno. El Óxido de Etileno contenido en los gases de salida del reactor es absorbido con Agua. Óxido de etileno

Absorción de Dióxido de Carbono. Parte (SD, Shell) o todo (UC) el gas de salida del absorbedor de Óxido de Etileno es alimentado a un sistema de absorción de Dióxido de Carbono antes de ser recirculado al reactor. Purificación de Óxido de Etileno. La solución de Óxido de Etileno proveniente del absorbedor de Óxido de Etileno es tratada en un sistema de fraccionamiento, obteniéndose así el Óxido de Etileno purificado. La cantidad de equipos presentes en la purificación de Óxido de Etileno dependerán de los requerimientos en cuanto a la pureza del producto. Los procesos tradicionales de purificación consisten en una columna para eliminar el Agua o material pesado y otras dos columnas para rectificar el producto y eliminar los componentes livianos. Si el interés se centra en la producción de Glicoles, se puede proceder a eliminar los componentes ligeros, pero no el total de Agua, ya que la producción de Glicol se realiza por hidrólisis. La solución de Agua y Óxido de Etileno necesaria para la producción de Glicoles típicamente varía entre 8 y 12 % en peso de Óxido de Etileno. Esta concentración dictará la distribución entre Monoglicol, Diglicol, Triglicol etc.

PLANTAS PRODUCTORAS DE OXIDO DE ETILENO

EMPRESA

PAIS

PEMEX PETROQUIMICA

MEXICO

PRAXAIR MEXICO

MEXICO

UNILENE

LIMA, PERU

LYONDELLBASELL

PAISES BAJOS

FOSHAN HUATE GASES

REPUBLICA POPULAR DE CHINA

Óxido de etileno

INTERPRETACION DEL DIAGRAMA

Óxido de etileno

Para obtener el óxido de etileno a partir del etileno, se alimenta el reactor, los tubos de reacción del reactor están llenos de plata granulada, que actúa como catalizador, antes de entrar al reactor se mezcla en línea el etileno con el aire por medio del compresor. Como la reacción es muy exotérmica, los tubos de reacción están rodeados de un refrigerante orgánico de alto punto de ebullición de manera que se mantenga la temperatura del reactor entre ls 250 y 315 °C, la presión utilizad es de 10 a 20 atm. El líquido refrigerante sale del reactor a un segundo cambiador de calor, produce allí vapor y vuelve al reactor. De esta escapa una mezcla de etileno y óxido de etileno, que pasa por el cambiador de calor, en el que se refrigera a unos 38 °C mediante el gas de retorno del absorbedor. Mediante el compresor, se comprime la mezcla en el absorbedor, en el que el óxido de etileno y el anhídrido carbónico son absorbidos por el agua, mientras que el etileno no utilizado y el nitrógeno salen por la parte superior. La porción principal de estos se recircula hacia el reactor, pasando por el cambiador de calor. Donde actúa simultáneamente como refrigerante. Una pequeña parte de los gases se deriva pasando por el cambiador de calor, hacia un segundo reactor en el que el etileno restante se transforma en óxido de etileno. El producto de la reacción producida en el segundo reactor se conduce al cambiador de calor, en el que es enfriado por el gas que sale del absorbedor. Desde el cambiador de calor llega el gas, por medio del compresor, al absorbedor final, donde se extrae el óxido de etileno por lavado con agua en contracorriente. La solución que sale por la parte inferior se une con la que viene de del absorber y se le lleva a través del cambiador de calor, a la columna de separación. En ella se destila el óxido de etileno a un vacío pequeño y se enfría. Del fondo de la columna se extrae el agua recuperada y se recircula hacia los absorbedores a través del cambiador de calor. El óxido de etileno que proviene de la columna de separación contiene impurezas, las cuales se separan en dos torres de destilación a presión en las columnas. Se obtiene así un producto del 99.5% de pureza, con un rendimiento total hasta del 70% del etileno alimentado. CONCLUSION El óxido de etileno se puede obtener por varias vías, pero la más empleada es mediante la oxidación directa del etileno. Es un producto que es principalmente producido por las plantas de PEMEX, y el cual se emplea en las industrias automotrices, para la obtención del glicol éter. Óxido de etileno