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“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
MÉXICO D.F, FEBRERO 2015.
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.
Agradezco a mis amigos Karen, Antuan y Doryan por su apoyo incondicional.
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 2.2.5 Obtención del propileno mediante el proceso Oleflex 42 2.3 Obtención del Acrilonitrilo 44
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
CONCLUSIONES 87
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 88
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
CAPÍTULO 3. PROPIEDADES Y USOS
Diagrama 20. Principales usos del Acrilonitrilo 64
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
ÍNDICE DE GRÁFICAS
CAPÍTULO 4. IMPACTO EN EL MERCADO
Gráfica 1. Producción de Acrilonitrilo (2001-2012) 78
“PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL ACRILONITRILO Y ÁCIDO
CIANHÍDRICO, SUS USOS Y LA REACTIVACIÓN DE ESTOS EN LA
ACTUALIDAD”
OBJETIVO
Presentar los procesos de obtención del acrilonitrilo y del ácido cianhídrico, sus
derivados, así como las modificaciones que ha tenido la industria petroquímica y los
cambios establecidos en la Reforma Energética para la reactivación de plantas
productoras de estos compuestos y sus usos en la industria, motivando con esto la
creación de empleos y las múltiples aplicaciones de los productos finales,
mejorándose de esta forma la economía nacional.
1
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.
Así mismo se analizaron los fundamentos para la reactivación del acrilonitrilo y sus
derivados con la alianza entre Pemex y la empresa brasileña UNIGEL.
2
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.
El aprovechamiento de la competitividad de México en cuanto al petróleo y el gas
natural como importantes recursos naturales al darle mayor valor agregado al obtener
productos petroquímicos con una mayor demanda en el mercado nacional e
internacional, contribuye a activar el mercado interno al generar inversiones
económicas y la generación de empleos.
3
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.
La petroquímica incluye muchos productos que antes no se conocían más que a nivel
de laboratorio. Algunos de estos son el alcohol isopropílico, el óxido de etileno, éteres
glicólicos, el cloruro de alílo, alcohol alílico, la metil isobutil cetona y la acroleína.
La industria petroquímica apoya el desarrollo y el crecimiento de México, sirve para la
conformación de cadenas productivas, tan solo esta industria abastece a más de 40
ramas de la actividad industrial y demanda de bienes y servicios de 30 industrias.
4
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.
5
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 1985 se logró satisfacer el 80% de los requerimientos petroquímicos.
En 1986 entró en operación el Complejo Independencia en Puebla.
6
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.
Como eje de la política nacional de desarrollo se utilizó la estrategia de continuar con el modelo de sustitución de importaciones basado en el mercado interno; ampliar la producción de gas y otros hidrocarburos asociados al petróleo y fincar las bases para el desarrollo de las manufacturas basado en productos petroquímicos nacionales. La década de los setenta, caracterizada por la gran inestabilidad en los precios del petróleo, trajo consigo, particularmente entre 1976 y 1982, un aumento considerable en la oferta nacional de productos petroquímicos a precios reducidos, subsidios a la inversión y producción privada que enlazaban sus procesos de fabricación a la industria petroquímica y, un crecimiento general acelerado a escala internacional de la petroquímica mexicana. Es en este periodo cuando se diseñaron y construyeron dos de los más grandes Complejos Petroquímicos: Cangrejera y Morelos.
7
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.
8
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
9
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.
1. Acetato de vinilo
2. Acetileno
3. Ácido acético
4. Ácido acrílico
5. Ácido cianhídrico
6. Acroleína
7. Alicos 5, 8 y 9
8. Alcohol alílico
9. Alcohol laurílico
10. Alcoholes oxo
11. Anhídrido acético
12. Aromina 150
13. N- butanol
14. Butiraldehído
15. Cloroformo
10
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
3. Butadieno
4. Dodecilbenceno (2) 11
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.
1. 2- Etil hexanol
2. Acetaldehído
3. Acetato de vinilo
4. Acetileno
5. Acetocianhidrina
6. Acetona
7. Acetonitrilo
8. Acido acético
9. Ácido acrílico
10. Ácido cianhídrico
11. Ácido tereftálico
12. Acrilonitrilo
13. Acrilonitrilo-butadieno-estireno
(ABS)
14. Acroleína
12
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
34. Elastómeros etileno-propileno
35. Estireno
36. Estireno- acrilonitrilo (SAN)
37. Etanolaminas
38. Etilaminas
39. Etilbenceno
40. Fenol
41. Formaldehido
42. Fosfato de amonio
43. Hule estireno-butadieno
44. Isobutiraldehído
45. Isopreno
46. Isopropanol
47. Metil metacrilato
48. Metilaminas
49. Nitrato de amonio
50. Nitrobencenos
51. Nitrotoluenos
52. N- butanol
53. Olefinas Internas
54. Óxido de etileno
13
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:
14
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.
1. Acetileno
2. Amoniaco
3. Benceno
4. Butadieno
5. Butilenos
6. Etileno
7. Metanol
8. N- parafinas
9. Ortoxileno
10. Paraxileno
15
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
nacional y se utilice como
materia prima en procesos
industriales petroquímicos.”
16
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. La reforma constitucional al Artículo 28 establece que sólo las actividades de exploración y extracción de petróleo y gas son exclusivas del Estado. Queda abierta la posibilidad de que particulares participen en el transporte, almacenamiento y distribución del gas natural, petróleo, petrolíferos y petroquímicos.
17
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). .
18
19
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, mediante la reducción de los requisitos de potencia del compresor de gas de síntesis.
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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.
Licenciador: Amoníaco Casale SA, CONTACTAR Switzerland
21
22
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.
Licenciador: Haldor Topsoe- CONTACTO
23
24
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.
El circuito de amoniaco se basa en el convertidor de tres camas de amoniaco
Casale axial-radial con intercambiadores de calor internos (13), dando una alta
conversión. El calor de la reacción de síntesis de amoníaco se utiliza para generar
vapor HP (14), el gas de alimentación de precalentamiento (12) y el gas es luego
enfriado y refrigerado para separar el producto de amoníaco (15). El Gas no
convertido se recicla al compresor de gas de síntesis (11) y el producto de
amoniaco enfriado a -33 ° C (16) para el almacenamiento. Las Unidades de
servicios públicos en la planta de ALC son el sistema de generación de energía
(17), que proporciona la energía para la planta de HP vapor sobrecalentado, la
unidad purificación (18) y la unidad de refrigeración (19).
25
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.
Licenciador: Linde AG-CONTACT
26
27
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
propileno y / o gasolina y /o destilados.
28
Plantas comerciales: Dos unidades FlexEne han sido autorizadas para nuevos
proyectos R2R / Polinafta.
Licenciador: Axens- CONTACTO
29
30
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.
Un material de alimentación adicional para la producción de propileno es el
reciclaje indirecto de olefinas C4. Como con nafta ligera, las olefinas C4 no se
agrietan en el tubo ascendente principal, y existe un reciclaje sencillo del
PetroRiser se traducirá en la conversión de olefinas C4 no selectivas. La forma
más fácil y selectiva para reciclar la grieta, las olefinas C4 en propileno utilizan el
beneficio de una unidad de oligomerización C4 (Polinafta) para producir olefinas
más largas (C8 y C12 olefinas). Estas olefinas de cadena más larga se agrietan
muy selectivamente en la PetroRiser, produciendo así más propileno así como la
buena calidad de la gasolina. Esta integración se llama FlexEne.
31
Referencia: R. Roux, "Resid a la petroquímica de tecnología," 12 ª Conferencia
Petroquímica RTA, Kuala Lumpur, 2009.
Las plantas comerciales: PetroRiser ha sido licenciada en Abu Dhabi para la unidad RFCC más grande (127.000 BPD). Licenciador: Axens-CONTACT
32
33
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 es más bajo que el craqueo de vapor convencional.
El efluente del reactor enfriado se puede procesar para la producción final de
olefinas de grado polimérico. Varias opciones de diseño están disponibles,
incluyendo las instalaciones de recuperación totalmente dedicados; La
recuperación en una sección de recuperación de etileno de la planta existente en
las inmediaciones y minimizar la inversión de capital; Ó la transformación en una
unidad de recuperación parcial de recuperar las corrientes de recirculación y
concentrarse en corrientes de olefinas ricas para su posterior procesamiento en
las plantas cercanas. Dependiendo del uso final del subproducto de etileno, los
costos y la sección de recuperación se pueden reducir mediante el uso de un
proceso de absorción para producir y diluir el producto en lugar de etileno de
grado polimérico.
34
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
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36
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 componentes etano, propano y propileno se envían a la sección de purificación
del producto (5) y el divisor de producto (6), donde el producto propileno, se separa
a partir de propano sin reaccionar. El propano se recicla a 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.
La baja presión de funcionamiento y la temperatura de los reactores CATOFIN,
junto con el sólido de catalizador Süd-Chemie, permite la tecnología para procesar
materia prima CATOFIN el propano a partir de una variedad de fuentes. La
construcción del reactor simple, resulta un alto factor de OnStream.
37
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.
Licenciador: Lummus Tecnología CONTACTO
38
39
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
de demostración semi comercial
Licenciador: UOP LLC, una empresa Honeywell-CONTACT 40
41
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. Licenciador: UOP LLC, A Honeywell Company-CONTACT
42
43
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%. Los subproductos obtenidos en este proceso son: Ácido cianhídrico, acetonitrilo, monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno y agua.
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45
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.
En este proceso se proponen posibles mejoras para hacerlo viable, algunas de estas son: Cambiar la materia prima por otra de menor coste (propano en vez de propileno), minimizar los costes de tratamiento de residuos, reduciendo así los gastos de nueva materia prima.
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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.
Como compensación, el proceso Degussa consume más energía y su reactor es más complejo y más costoso.
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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
produce un valor agregado al proceso.
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50
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
Diagrama 15. “Obtención del Propano – Endulzamiento de Líquidos”
51
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
proceso de endulzamiento, pasa por un reactor térmico (cámara de combustión) y
posteriormente pasa a dos reactores catalíticos, donde finalmente se logra la
conversión de H2S (ácido sulfhídrico) en azufre elemental.
52
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. El producto denominado líquido del gas natural, el cual es una corriente en estado líquido constituida por hidrocarburos licuables, está corriente constituye la carga de las plantas fraccionadoras.
53
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. El producto denominado líquido del gas natural, el cual es una corriente en estado líquido constituida por hidrocarburos licuables (Etano más pesados) está corriente constituye la carga a las plantas fraccionadoras.
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La sexta etapa es el proceso de fraccionamiento:
Diagrama 19. “Obtención del Propano – Proceso de Fraccionamiento” El proceso de fraccionamiento recibe líquidos del gas del proceso criogénico y condensados dulces, que pueden provenir de las plantas endulzadoras de líquidos o directamente de los campos productores. Consiste en varias etapas de separación que se logran a través de la destilación. Con lo anterior se logra la separación de cada uno de los productos. En la primera columna se separa el etano, en la segunda el gas licuado (propano y butano), y en caso necesario, en la columna despropanizadora se puede separar también el propano y butano y finalmente la nafta (pentanos, hexanos más pesados).
2.6.1 PROCESO DE DESHIDROGENACIÓN DEL PROPANO PARA OBTENER
PROPILENO
Este proceso convierte el propano en propileno en un lecho fijo de catalizador de
cromo-alúmina con el fin de reciclar el propano no convertido y dejar el propileno
como el producto neto. La reacción química se produce durante la fase gaseosa a
altas temperaturas (que van de 540°C a 820°C) que causa una reacción de
equilibrio endotérmico. Las tasas de conversión dependerán de los límites
termodinámicos de presiones parciales específicas y la temperatura real utilizada
en el proceso inmediato. Bajas presiones parciales de los hidrocarburos
eventualmente crean la reacción de deshidratación, así como las altas
temperaturas. El propano a través de la deshidratación catalítica se procesa en
reactores deshidratantes para crear los subproductos y los compresores separan
estas sustancias más adelante.
55
CAPÍTULO 3
PROPIEDADES Y USOS
3.1 PROPIEDADES Y USOS DEL AMONIACO
El nombre de amoniaco deriva del nombre dado a una divinidad egipcia: Amón.
Los egipcios preparaban un compuesto, cloruro amónico, a partir de la orina de los
animales en un templo dedicado a este Dios. Cuando se llevo a Europa mantuvo
ese nombre en recuerdo de la sal de Amón.
El amoniaco, es un compuesto químico en estado natural gaseoso, ampliamente
utilizado en la industria química y como refrigerante. Se disuelve con facilidad en
agua formando el agua amoniacal. Es una sustancia muy corrosiva.
El amoniaco en estado líquido es muy poco conductor de la electricidad, bastante
menos que el agua. Y por las características de la molécula es un disolvente
ionizante. En éste estado el amoniaco se emplea como refrigerante y como
disolvente. Arde en presencia del oxígeno puro con una llama poco luminosa,
desprendiendo vapor de agua y de nitrógeno. Si se eleva la presión de la mezcla
de oxígeno puro y amoniaco el resultado puede ser una explosión.
Es tóxico por inhalación, a concentraciones elevadas se produce irritación de
garganta, inflamación pulmonar, daño en vías respiratorias, y ojos. A medida que
aumenta la concentración puede llegar a producir edema pulmonar, ó producir la
muerte cuando supera las 5000 ppm. Los vapores producen irritación de ojos. Las
salpicaduras de amoniaco líquido producen quemaduras. La ingestión del
amoniaco líquido provoca la destrucción de la mucosa gástrica, daños severos al
sistema digestivo.
El amoníaco se puede tener en almacenamiento refrigerado a presión atmosférica y aproximadamente –33ºC con capacidades de 10000 a 30000 toneladas (hasta 50000)
También puede almacenarse en esferas o tanques a presión a temperatura ambiente y su presión de vapor con capacidades de hasta 1700 ton.
Se utilizan esferas semi refrigeradas a presiones intermedias (4atm) y 0ºC estas esferas también tienen capacidades intermedias entre los almacenamientos a temperatura ambiente y los refrigerados.
56
Usos y Aplicaciones del Amoniaco
El amoniaco líquido es un refrigerante muy eficiente que se emplea en máquinas
frigoríficas y en la fabricación de hielo. Cuando se evapora, 1 g de líquido absorbe
1330 J (a -20ºC), calor necesario para congelar casi 4 g de agua. También se
utiliza en la industria de los fertilizantes como materia prima esencial para la
producción de abonos nitrogenados: Urea, nitrato de amonio y otros. La disolución
del amoniaco se emplea en usos domésticos. Como elimina la dureza temporal del
agua, se emplea para limpiar y lavar, con el ahorro consiguiente de jabón.
Recientemente se ha ideado un método para descomponer el amoniaco mediante
un catalizador y producir una mezcla del 75% de hidrógeno y 25% de nitrógeno,
en volumen, que puede utilizarse en sopletes oxhídricos para soldar metales raros
y aceros especiales.
También es utilizado en la producción de papel, explosivos y textiles.
57
Tabla 3. PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL AMONIACO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 760 mmHg
-33.35°C
Temperatura de inflamación
No aplica
Densidad relativa (Agua = 1)
0.68
Peso Molecular g/gmol
17.03
Velocidad de evaporación
9
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 9.56
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
16%
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
25%
Temperatura de fusión -77.73°C
Temperatura de auto ignición 651°C
Densidad de vapor (aire = 1) 0.6
Estado Físico
Líquido
Color
Incoloro
Olor
Penetrante
Solubilidad en agua
33.1
% Volatilidad
98%
58
3.2 PROPIEDADES Y USOS DEL PROPILENO
El propileno es un gas en condiciones atmosféricas normales. Se suministra como un gas licuado bajo su propia presión de vapor (a 15°C la presión es 8,95 bar).
Se produce en las unidades de craqueo catalítico de las refinerías.
El Propileno es un gas inflamable a temperatura ambiente y presión atmosférica, por lo tanto deben aplicarse los estándares establecidos para el diseño de todas las instalaciones para su uso y manejo tales como tanques de almacenamiento, tuberías y llenaderas. Es importante tener en cuenta que el Propileno genera vapores desde una temperatura de -42 °C, los cuales al mezclarse con el aire en proporciones entre 1.9 y 9.5% en volumen, forman mezclas inflamables y explosivas.
Las ventajas del propileno son: · Ligero · Alta resistencia a la tensión y a la compresión · Excelentes propiedades dieléctricas · Resistencia a la mayoría de los ácidos y álcalis · Bajo coeficiente de absorción de humedad En el almacenamiento de los cilindros se usa el sistema de inventario “primero en llegar, primero en salir” con el fin de prevenir que los cilindros llenos sean almacenados por un largo período de tiempo. Los cilindros deben ser almacenados en áreas secas, frescas y ventiladas, lejos de áreas congestionadas o salidas de emergencia. No permitir que la temperatura en el área de almacenamiento exceda los 54º C (130º F) ni tampoco que entre en contacto con un sistema energizado eléctricamente.
Usos y Aplicaciones del Propileno
El propileno se utiliza como combustible. Si se polimeriza produce un plástico
llamado polipropileno con el cual se fabrican accesorios para baño, cascos de
lanchas, asientos, componentes eléctricos, adhesivos para aglomerados de
madera y agitadores de lavadoras, entre otros. El propileno es usado como
iniciador en la producción de gasolina sintética.
59
Tabla 4.PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL PROPILENO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 760 mmHg
-47.6°C
Temperatura de inflamación
-108°C
Densidad relativa (Agua = 1)
1.476
Peso Molecular g/gmol
42.1
Velocidad de evaporación
Alta
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 915.6
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
2%
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
11.1%
Temperatura de fusión -185.2°C
Temperatura de auto ignición 500°C
Densidad de vapor (aire = 1) 1.453
Estado Físico
Gas
Color
Incoloro
Olor
Levemente dulce
Solubilidad en agua
0.019
% Volatilidad
95%
60
3.3 PROPIEDADES Y USOS DEL ACRILONITRILO
El acrilonitrilo es un líquido sintético, incoloro, de olor penetrante parecido al ajo. Puede disolverse en agua y se evapora rápidamente. El acrilonitrilo de calidad técnica tiene más de un 99 % de pureza y siempre contiene un inhibidor de polimerización. El acrilonitrilo es un producto químico reactivo que se polimeriza espontáneamente, cuando es calentado, o en la presencia de una base fuerte a menos que sea inhibido, normalmente con etilhidroquinona. Puede explotar cuando es expuesto al fuego. Ataca al cobre. Es incompatible y reactivo con oxidantes fuertes, ácidos y bases; bromo; y aminas. El Departamento de Salud y Servicios Humanos (DHHS) ha determinado que es razonable predecir que el acrilonitrilo es cancerígeno en seres humanos. Estudios en seres humanos no han sido definitivos, en tanto estudios en animales han demostrado cáncer. Debido a la elevada energía de cohesión y de parámetros de solubilidad del
acrilonitrilo, si se aumenta la concentración de éste, ocurrirá una mejora en las
propiedades térmicas y químicas. Por otro lado, está mejora cambia en perjuicio
de la procesabilidad. De esta manera, el tanto por ciento de acrilonitrilo en los
polímeros comerciales gira e torno de 20-30%.
Las propiedades aportadas por el acrilonitrilo son:
- Resistencia química
- Resistencia al envejecimiento
- Dureza
- Rigidez
- Brillo
El acrilonitrilo por su doble enlace activado, constituye un componente de
reacciones de múltiples aplicaciones. Se le pueden adicionar al doble enlace,
generalmente bajo la acción de catalizadores básicos moléculas que tengan
hidrógenos, como alcoholes aminas, amidas, aldehídos, y cetonas. Está reacción
denominada cianoetilación es importante en el sector de colorantes y en el de
productos farmacéuticos.
61
Usos y Aplicaciones del Acrilonitrilo
Fabricación de prendas de vestir, en la industria farmacéutica, empaques,
alimentos.
Producción de alfombras, tapetes, cobertores y estambres, se emplea también en
la producción de fibras sintéticas textiles como orlón, acrilán, etc.
Se utiliza también para la fabricación de resinas acrílicas y hules sintéticos como
el ABS (Acrilonitrilo- butadieno- estireno) que es empleado para computadoras, y
partes automovilísticas.
Así mismo el acrilonitrilo se emplea para elaborar adiponitrilo el cual es materia
prima para producir nylon 6 y nylon 66.
En algunas empresas utilizan el acrilonitrilo para producir resinas plásticas
impermeables a los gases y para botellas que contienen productos químicos
solventes.
Es materia prima para la producción de teléfonos, refrigeradores y televisiones.
62
Tabla 5 .PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL ACRILONITRILO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 160 mmHg
77.3°C
Temperatura de inflamación
-1°C
Densidad relativa (Agua = 1)
0.81
Peso Molecular g/gmol
53.1
Velocidad de evaporación (Butil Acetato = 1)
4.54
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 83
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
3.05%
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
17%
Temperatura de fusión -84°C
Temperatura de auto ignición 481°C
Densidad de vapor (aire = 1) 1.83
Estado Físico
Líquido
Color
Incoloro
Olor
Semejante al ajo
Solubilidad en agua
7.35
% Volatilidad
100%
63
64
3.4 PROPIEDADES Y USOS DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO
El ácido cianhídrico es un gas tóxico cianuro, que se encuentra entre los venenos
más potentes y de efectos más rápidos. Fue utilizado en los campos de exterminio
nazis, y en EE UU se usa en las ejecuciones en cámaras de gas.
El ácido cianhídrico es un líquido o gas entre incoloro y azul pálido. Tiene un olor
muy característico similar al de la almendra amarga. El ácido cianhídrico reviste un
peligro particular debido a su efecto tóxico y asfixiante. El HCN se combina con las
enzimas de los tejidos asociadas a la oxidación celular. Esto significa que evita
que los tejidos absorban oxígeno y, como consecuencia, provoca la muerte por
asfixia. No obstante, esta interrupción dura sólo mientras el sujeto está expuesto al
ácido. Apenas se aleja a la persona afectada del lugar, y siempre y cuando aún
esté con vida, su organismo retoma su función normal.
Forma mezclas explosivas con el aire. Puede polimerizar exotérmicamente a pH entre 5 y 11, está reacción de polimerización se lleva a cabo entre el HCN y iones de cianuro por lo que la presencia de agua y calor, contribuyen a que está reacción se lleve a cabo. Se almacena en recipientes a presión pero el tiempo de almacenamiento debe ser poco ya que al ser un producto inestable se podría provocar un accidente. Se trata de un ácido débil, que reacciona violentamente con sustancias oxidantes y con el ácido clorhídrico en mezclas alcohólicas. En forma gaseosa se mezcla fácilmente con el aire, provocando mezclas explosivas.
El ácido cianhídrico puede ser fatal para los humanos cuando una persona se
expone a 50 partes por millón o más. Los límites de exposición para un ser
humano son 10 partes por millón en el aire, los seres humanos no debe
experimentar ningún efecto significativo médico secundario a este nivel de
exposición. La piel absorbe el cianuro de hidrógeno, y la exposición puede resultar
en inflamación ocular. Entre 10 y 50 partes por millón, los seres humanos pueden
experimentar efectos secundarios. Una exposición mayor puede resultar en
lesiones cerebrales de la víctima. Los síntomas incluyen cambios de personalidad
o pérdida de memoria.
65
Usos y Aplicaciones del Ácido Cianhídrico
En sustancias explosivas, este ácido puede llegar a ser letal, pues tan sólo 300ppm presentes en el aire puede causar la muerte a una persona en pocos minutos. La gran toxicidad que presenta este compuesto es debido al ion cianuro (CN-), el cual afecta a la respiración de las células, inhibiéndola. Es incluso más tóxico de lo que puede llegar a ser el monóxido de carbono a nivel de la respiración. Se emplea en la fabricación de fibras sintéticas y plásticos, en agentes para el pulido de metales, en soluciones de galvanoplastía como medio acomplejante de iones metálicos, tales como el oro, níquel y zinc, en los procesos metalúrgicos y fotográficos. Se utiliza en minería para extraer el oro y la plata de la roca madre. Resulta indispensable en la industria química, pues se utiliza en la elaboración de compuestos como adiponitrilo, para producir nylon; metacrilato de metilo, para obtener plásticos acrílicos; cianuro de sodio para la minería, triacinas para herbicidas. Se utiliza también como quelante en el tratamiento de aguas residuales teniendo la propiedad de fijar los iones metálicos en un determinado complejo molecular Como materia prima para resinas acrílicas, así como en la formación de productos
farmacéuticos y en la fabricación de tintes
Fabricación de metionina para producir alimentos balanceados para el ganado.
66
Tabla 6. PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL ÁCIDO CIANHÍDRICO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 760 mmHg
26°C
Temperatura de inflamación
-18°C
Densidad relativa (Agua = 1)
0.69
Peso Molecular g/gmol
27.03
Velocidad de evaporación
Rápida a 28°C
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 82.6
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
5.6%
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
40%
Temperatura de fusión 13°C
Temperatura de auto ignición 538°C
Densidad de vapor (aire = 1) 0.94
Estado Físico
Líquido
Color
Azul
Olor
Almendras
Solubilidad en agua
Miscible
% Volatilidad
100%
67
3.5 PROPIEDADES Y USOS DEL ACETONITRILO
El acetonitrilo es un subproducto de la fabricación de acrilonitrilo. Tendencias de
producción de acetonitrilo por lo tanto siguen generalmente los de acrilonitrilo. El
acetonitrilo se puede producir también por muchos otros métodos, son por
deshidratación de acetamida o por hidrogenación de mezclas de monóxido de
carbono y amoniaco.
El acetonitrilo generalmente se quema como producto de desecho: se puede
también aislar con dispositivos adicionales y purificarlo (por ejemplo, DuPont). El
acetonitrilo se emplea como disolvente selectivo y como producto subproducto en
la elaboración de acrilonitrilo.
Se utiliza como un disolvente en la síntesis orgánica polar y en la purificación de
butadieno.
El acetonitrilo tiene sólo una modesta toxicidad en dosis pequeñas. Puede ser
metabolizado para producir cianuro de hidrógeno.
68
Usos y Aplicaciones del Acetonitrilo
Aplicación industrial como disolvente en la purificación de butadieno en refinerías y
producto químico de laboratorio.
En la cromatografía de líquidos por su baja viscosidad y baja reactividad química.
Es ampliamente utilizado en aplicaciones de la batería debido a su relativamente
alta constante dieléctrica y la capacidad para disolver electrolitos
Acetonitrilo desempeña un papel significativo como el disolvente más utilizado en la fabricación de oligonucleótidos de ADN a partir de monómeros.
En la fabricación de pesticidas y productos de caucho.
Se usa la acetonitrilo para la síntesis de productos farmacéuticos, por ejemplo, en
la producción de la vitamina B1 y pirinidina de sulfato. Se usa como un
intermediario de reacción para la cristalización de muchos otros productos
sintéticos farmacéuticos.
Acetonitrilo es ampliamente aplicado como un solvente orgánico. Se usa como un
solvente industrial en la purificación de butadina y en la fabricación de películas
fotográficas. Además el acetonitrilo puede ser usado como el solvente en el
proceso de producción de fibras sintéticas y pinturas especiales.
En el procesamiento de la grasa y de aceite, los ácidos de grasa pueden ser
extraídos desde el aceite animal y vegetal con acetonitrilo. El acetonitrilo se usa
para la destilación en la industria petroquímica debido a sus características
selectivas de ser miscible con compuestos orgánicos.
Se aplica también en la fabricación de agentes retardantes de fuego, en
coloración en la industria textil, para moldear materiales plásticos, como solvente
en la industria farmacéutica y en producción de perfumes.
69
Tabla 7. PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL ACETONITRILO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 760 mmHg
81°C
Temperatura de inflamación
12.8°C
Densidad relativa (Agua = 1)
0.8
Peso Molecular g/gmol
41.05
Velocidad de evaporación (Butil Acetato= 1)
5.79
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 73
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
4.4
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
16
Temperatura de fusión -45°C
Temperatura de auto ignición 524°C
Densidad de vapor (aire = 1) 1.4
Estado Físico
Líquido
Color
Incoloro
Olor
A éter
Solubilidad en agua
> 100 g / 100 ml
% Volatilidad
100%
70
3.6 PROPIEDADES Y USOS DEL SULFATO DE AMONIO
El sulfato de amonio fue el primer fertilizante sintético que se produjo en el mundo, su empleo se remonta a finales del siglo XIX. Por supuesto, los países productores eran en aquel entonces los que estaban en vías de desarrollo (actualmente los más desarrollados). El uso del sulfato de amonio se usa casi exclusivamente como fertilizante; es el que contiene menor cantidad de nitrógeno, aunque también se puede utilizar en el tratamiento del agua.
El sulfato de amonio ha sido producido por más de 150 años. Inicialmente, se realizó con amoníaco liberado durante la fabricación de gas de carbón (utilizado para iluminar ciudades) ó de carbón de coque usado para producir acero. Está hecho a partir de una reacción de ácido sulfúrico y amoniaco caliente. El tamaño de los cristales resultantes se determina mediante el control de las condiciones de reacción. Cuando se alcanza el tamaño deseado, los cristales son secados y se tamiza en tamaños de partícula específicos. Algunos materiales están recubiertos con un acondicionador para reducir el polvo y el apelmazamiento. El Sulfato de Amonio (SAM) contiene amonio (NH4) y azufre en forma de Sulfato (SO4) es un producto de pH ácido y que se recomienda aplicar en suelos calizos y alcalínos por su fuerte efecto acidificante. El Sulfato de Amonio es un producto muy útil como fertilizante, esto debido a que la necesidad de azufre está muy relacionada con cantidad de nitrógeno disponible para la planta, por lo que el Sulfato de Amonio hace un aporte balanceado de ambos nutrientes.
Es el resultado de la acción de un ácido fuerte (sulfúrico) sobre una base débil (amoniaco). Esto explica que sus soluciones estén parcialmente hidrolizadas y tengan una reacción ligeramente ácida. Por la misma razón, la ebullición les hace desprender amoniaco.
El sulfato de amonio puede dar con oxidantes fuertes, como los cloratos, mezclas explosivas. Se descompone en calor (a temperatura elevada) con pérdida de NH3. Se descompone fácilmente a temperatura normal con los productos alcalinos y con desprendimiento de amoniaco.
El sulfato de amonio es un fertilizante químico de uso agrícola con un contenido de 21% de nitrógeno y 23.4% de azufre, que sirve para la elaboración de mezclas físicas y con facilidad de aplicación al suelo.
71
Usos y Aplicaciones del Sulfato de Amonio
Es aprovechado como fertilizante sólido ya que favorece el crecimiento rápido y
aumenta la calidad del rendimiento y la rentabilidad de los cultivos.
Se utiliza como floculante y, además, como un reactivo en purificación de ácidos
(siempre que las proteínas sean solubles en medio básico y con presencia de
NaCl o cloruro potásico) para precipitar proteínas solubles.
En bioquímica, se usa para precipitar fraccionadamente las globulinas que no son
solubles en agua y para diferenciarlas de los glóbulos rojos. Las globulinas se
pueden redisolver para hacer subsecuentes análisis, como puede ser la extracción
de una proteína en partículas por cromatografía de afinidad con NaCl.
Se utiliza como agente para soldadura, para retardante al fuego de fibras textiles,
en la industria de la galvanoplastía es utilizado para el electro-baño como aditivo.
Se puede utilizar en la fabricación de material refractario, como fuente de
nitrógeno en la fabricación de levadura fresca.
Como agente químico y para la fabricación de cerveza.
72
Tabla 8. PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL SULFATO DE AMONIO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 760 mmHg
280°C
Temperatura de inflamación
No aplica
Densidad relativa (Agua = 1)
1.7
Peso Molecular g/gmol
132
Velocidad de evaporación (Butil Acetato= 1)
No aplica
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 17.2
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
No aplica
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
No aplica
Temperatura de fusión 235°C
Temperatura de auto ignición No aplica
Densidad de vapor (aire = 1) No disponible
Estado Físico
Sólido
Color
Blanco
Olor
Ligero olor a Amoniaco
Solubilidad en agua
75.4 gr / 100 ml
% Volatilidad
10%
73
3.7 PROPIEDADES Y USOS DEL PROPANO
El propano se encuentra en estado de gas o líquido incoloro al cual frecuentemente se añade un agente odorante de olor desagradable. El Propano es el principal componente del gas líquido de petróleo (GLP). Es un subproducto del procesamiento de gas natural y refinación de petróleo.
Además, las refinerías de petróleo producen algo de propano como un
subproducto de craqueo de petróleo en gasolina o aceite de calefacción.
Anteriormente a la llegada del gas propano, lo que se utilizaba era el Kerosén para
uso doméstico ya que fué empleado para el alumbrado de las casas y largamente
conocido como combustible de lámparas; así como también fué utilizado a nivel
industrial.
El Propano que contiene demasiado propeno no es adecuado para la mayoría de
los combustibles para vehículos. HD-5 es una especificación que establece una
concentración máxima de 5% de propano en propeno. Todos los combustibles de
propano incluyen un odorante, casi siempre etanotiol, por lo que la gente puede
oler fácilmente el gas en caso de una fuga.
Los productos comerciales que contienen hidrocarburos más allá de propano, lo
que puede aumentar el riesgo. Comúnmente almacenado bajo presión a
temperatura ambiente, propano y sus mezclas se expanden y enfrían cuando se
libera.
El propano es más denso que el aire. Si se produce una fuga en un sistema de
combustible de propano, el gas tendrá una tendencia a hundirse en un lugar
cerrado y por lo tanto presenta un riesgo de explosión e incendio.
La industria del Propano es muy importante, ya que sus aportaciones son beneficios significativos no solo a nivel de satisfacer una necesidad básica que proporciona el producto en sí, sino además logra cubrir varias áreas que son de vital importancia para un país como lo son de carácter económico, para el mercado y finalmente para el medio ambiente. El propano es incoloro e inodoro, es muy estable y nunca ocurrirá una polimerización.
74
Usos y Aplicaciones del Propano
El propano se emplea en la industria metalúrgica para la preparación de moldes,
galvanizados, oxicorte y fundición.
En la industria de la cerámica como cocción de productos, secado y tratamiento de
arcillas.
En la industria del vidrio y cristal en el calentamiento de hornos, fusión, pulido,
soldaduras y laminación.
En la industria del mármol para el flameado y los acabados.
En la industria textil para estampado, secado de calcetines y acabados textiles.
El gas propano resulta especialmente indicado para su uso en el sector
agropecuario, donde la limpieza del combustible es determinante. Es una energía
realmente recomendable para su utilización en semilleros, viveros y todo tipo de
explotación de productos hortofrutícolas en invernaderos. El encendido es
instantáneo, lo que permite conseguir una perfecta localización del calor en su
invernadero, así como el mantenimiento de la humedad y de la temperatura
adecuada a cada cultivo.
Se emplea también en hornos, secadoras, calderas, motores de combustión
interna, en turbinas de gas para la generación de electricidad.
Se utiliza como gas refrigerante y como gas propulsor en aerosoles.
Se utiliza como combustible doméstico y de vehículos.
El propano es empleado como materia prima para la producción de productos
petroquímicos de base en el craqueo.
El propano es el combustible primario para los globos de aire caliente. Se utiliza en la fabricación de semiconductores para depósito de carburo de silício.
El propano comúnmente se utiliza en los parques temáticos y en la industria del
cine como un combustible barato, de alta energía de las explosiones y otros
efectos especiales.
75
Tabla 9.PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DEL PROPANO
Propiedades
Valor
Temperatura de ebullición a 760 mmHg
-42.1°C
Temperatura de inflamación
-104 °C
Densidad relativa (Agua = 1)
0.5
Peso Molecular g/gmol
44.097
Velocidad de evaporación
No aplica
Presión de vapor (mmHg @ 20°C) 840
Límites de inflamabilidad o explosividad inferior
2.2 %
Límites de inflamabilidad o explosividad superior
9.5 %
Temperatura de fusión -187.7°C
Temperatura de auto ignición 458°C
Densidad de vapor (aire = 1) 1.6
Estado Físico
Gas / líquido
Color
Incoloro
Olor
Desagradable y fuerte
Solubilidad en agua
0.007
% Volatilidad
No disponible
76
CAPÍTULO 4
IMPACTO EN EL MERCADO
4.1 IMPORTANCIA DEL SECTOR PETROQUÍMICO
La industria petroquímica en México es de gran importancia ya que se han
impulsado diferentes sectores de la industria como la automotriz, la farmacéutica,
textil, química entre otras.
La industria petroquímica ha desempeñado un papel fundamental en la
estructuración y organización de algunos espacios costeros del país, entre ellos el
de la región sureste de Veracruz. 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 la secundaria.
En el caso del Complejo Petroquímico Morelos la intervención del sector privado
con la empresa UNIGEL desempeñó un papel importante ya que incrementó la
producción en ese año en el que UNIGEL incorporó al Complejo Petroquímico
Morelos.
A continuación se presenta una tabla con el comportamiento en la Planta de
Acrilonitrilo del Complejo Petroquímico Morelos desde el 2001 al 2012:
Tabla 10. Utilización de la capacidad instalada de la planta de Acrilonitrilo del
Complejo Petroquímico Morelos
Año
Capacidad instalada (miles de
toneladas)
Producción (Miles de
toneladas)
Utilización de la
capacidad instalada
%
2001 50 0.0 0.0 2002 50 10.5 21.0 2003 50 26.0 52.0 2004 50 15.2 30.4 2005 50 11.5 23.0 2006 50 0.0 0.0 2007 50 0.0 0.0 2008 50 0.0 0.0 2009 50 12.5 25.0 2010 60 55.5 92.5 2011 60 39.1 65.2 2012 60 31.8 53.0
77
En la siguiente gráfica se muestra el comportamiento de la producción de
acrilonitrilo de 2001 a 2012, y de la utilización de la capacidad instalada.
Grafica 1. Producción de Acrilonitrilo (2001-2012)
La planta de acrilonitrilo del Complejo Petroquímico Morelos inició sus operaciones, en 1991, al 100.0% de su capacidad durante los primeros años; sin embargo, a partir de 1997, su operación fue intermitente con largos periodos de paro y finalmente dejó de operar en septiembre de 2005, debido a los altos costos de producción y la falta de competitividad en el mercado. En los informes anuales y memorias de labores de PEMEX, de 2006 a 2008, se menciona que en 2006, la falta de viabilidad económica del negocio de fibras de los clientes de Pemex Petroquímica, fue la principal razón que provocó la falta de producción de acrilonitrilo, por lo que la planta no operó durante ese año. Por otra parte, ante la disminución de la demanda de acrilonitrilo, la planta también dejó de operar en 2007 y 2008. Pemex Petroquímica desarrolló el Proyecto “Esquema de Reactivación de la Cadena Productiva del Acrilonitrilo en el Complejo Petroquímico Morelos”, mediante un acuerdo de cooperación entre Pemex Petroquímica y Unigel Química, S.A. de C.V. (Unigel), con el fin de aprovechar los recursos ociosos con los que contaba Pemex Petroquímica, como son la planta de acrilonitrilo y el capital humano, principalmente. De acuerdo con “El Proyecto Pemex Petroquímica-Unigel”, en 2006 y 2007 se conceptualizó y formalizó el interés de las partes en el esquema, mientras que la parte sustancial de las obras y trabajos necesarios para su implementación
78
Se realizó de 2008 a 2009; a finales de 2009 Pemex Petroquímica recibió las instalaciones con las adecuaciones para la puesta en marcha. El 18 de septiembre de 2007, Pemex Petroquímica y Unigel acordaron mediante
contrato un esquema para reactivar la planta de acrilonitrilo en el Complejo
Petroquímico Morelos, a fin de incrementar su capacidad de 50.0 a 60.0 miles de
toneladas anuales y mejorar el proceso para la generación y aprovechamiento del
ácido cianhídrico y la corriente de proceso destinada a incineración, en el cual
establecieron las acciones generales para el desarrollo del negocio y las bases
para suscribir un contrato de suministro de productos, uno más para el
arrendamiento de 3,024.0 m2 disponibles dentro del Complejo Petroquímico
Morelos, y otro de servicios de optimización, auxiliares y administrativos y maquila
para los equipos de Unigel.
En octubre de 2009, se inició la operación de la planta de acrilonitrilo en el Complejo Petroquímico Morelos, y en noviembre la planta de acetocianhidrina, propiedad de Unigel.
Posteriormente, en 2010, se reactivó la producción de acrilonitrilo mediante la importación de propileno (materia prima para elaborar acrilonitrilo) por conducto de Pemex Refinación, y la rehabilitación de la infraestructura para la recepción y el manejo. Se mostró un desempeño favorable por la comercialización de acrilonitrilo, ya que la producción en ese año fue de 55.5 miles de toneladas, el 92.5% de la capacidad instalada de la planta.
En 2011, debido a la contracción del mercado mundial del acrilonitrilo, Unigel
(único cliente de PPQ de ese producto) suspendió los retiros de producto, lo que
provocó paros de la planta por altos inventarios. En consecuencia, la planta estuvo
fuera de operación durante junio, y del 15 de septiembre al 9 de diciembre de ese
año, por lo que sólo se aprovechó el 65.2% de la capacidad instalada de la planta
de acrilonitrilo en el Complejo Petroquímico Morelos.
En 2012, la capacidad instalada de la planta de acrilonitrilo en el Complejo
Petroquímico Morelos se utilizó al 53.0% debido al control de inventarios, así como
a la falta de materia prima y al mantenimiento.
Se observa que, a pesar de que de 2008 a 2009 se incrementó la capacidad
instalada de la planta de acrilonitrilo, de 50.0 a 60.0 mil toneladas anuales, la
utilización de la capacidad instalada en 2011 y 2012 fue de 65.2% y 53.0%,
respectivamente, por lo que Pemex Petroquímica deberá implementar medidas
para aprovechar dicha capacidad.
79
4.2 LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA EN PETRÓLEOS MEXICANOS
La acciones de Pemex iniciarón en 1951 con la puesta en marcha de la primer
planta de azufre en la refinería de Poza Rica, Veracruz, en un momento de
carestía del producto, situación que fue aprovechada con la finalidad de fortalecer
el crecimiento de la industria de fertilizantes e impulsar la actividad agrícola.
Pemex Petroquímica cuenta con ocho centros de trabajo que son: los Complejos Petroquímicos Cangrejera, Cosoleacaque, Morelos, Pajaritos, ubicados al sur del estado de Veracruz; los Complejos Petroquímicos Independencia y Tula, en el centro del país, así como el Complejo Petroquímico Escolín y la Unidad Petroquímica Camargo, en el norte del país. Dichos complejos se dedican a la elaboración, comercialización y distribución de productos, tales como acetaldehído, amoníaco, benceno, etileno, óxido de etileno, glicoles, ortoxileno, paraxileno, propileno, tolueno, xilenos, acetonitrilo, ácido cianhídrico, acrilonitrilo, polietileno de baja y alta densidad, metanol y cloruro de vinilo, para satisfacer la demanda del mercado nacional y una parte del internacional. Pemex-Petroquímica impulsa proyectos de inversión, el desarrollo de las cadenas que generan valor, como la cadena del etano y aromáticos. Para el mercado de fertilizantes se hace un mayor énfasis en los proyectos para la modernización y eficientización de los procesos y en el sostenimiento de la planta productiva. Los proyectos estratégicos, con los cuales se incrementa la rentabilidad de la planta productiva, requieren el desarrollo de proyectos, de mejoras tecnológicas, rehabilitación e incremento de capacidad de producción de plantas existentes, entre otros.
80
4.3 LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA EN EL SECTOR PRIVADO
Con una relevante producción de petrolíferos desde principios del siglo XX, la
refinería de Ciudad Madero, en Tamaulipas, incursionó en el ramo petroquímico
con una importante producción de coque en 1960, lo que permitió establecer sus
primeros flujos comerciales, en 1961, con la empresa privada Pigmentos y
Productos Químicos, S. A. de C. V. (PPQ) ubicada al noroeste de Tampico, en lo
que ahora se conoce como el corredor industrial Tampico-Altamira. Fué la primera
industria de petroquímica secundaria en la región y en la elaboración de bióxido de
titanio (utilizado en la fabricación de pinturas y pigmentación de artículos de hule),
además de coque, empleó mineral de titanio y cloro procedente del sureste de
Veracruz, una vez inauguradas las plantas correspondientes.
Ante la caída de producción y en el intento de rescatar algunas líneas productivas
Pemex Petroquímica decidió concretar algunas alianzas con otras empresas:
En la Planta Petroquímica de Pajaritos en Coatzacoalcos, Veracruz. Pemex tenía integrada su cadena de producción de cloruro de vinilo –su origen parte de la sal que a través de procesos se convierte en cloro y sosa. Al cloro se le agrega monómero de cloruro de vinilo – etileno más cloro -, insumo principal para fabricar PVC (policloruro de vinilo) con el que se elaboran plásticos y otros productos para el sector de la construcción, de vivienda y de infraestructura. Pemex vendió su planta de cloro y sosa a Mexichem – empresa que tiene más de 50 años dentro de la industria química y petroquímica del país-, con lo que rompió su cadena entre la planta de monómero de vinilo para producir cloruro de vinilo. Así que Pemex compra a Mexichem el cloro, y a su vez la empresa privada le compra el monómero para que produzca el cloruro de vinilo.
Otra alianza es con el Grupo Alfa para modernizar la planta de paraxileno en el Complejo Petroquímico Cangrejera, en Veracruz que produciría 500 mil toneladas al año de este insumo para elaborar pet, materia prima con la que se fabrican los envases de plástico.
También Pemex Petroquímica aportaría el 15% de capital en la construcción de una planta de amoniaco en Topolobampo, que requiere mil millones de dólares.
81
El Complejo Petroquímico Etileno XXI que está en construcción en el municipio de Nanchital, Veracruz. El cracker es ejecutado por la brasileña
Braskem y la mexicana Idesa, pero en la cartera de proyectos de la paraestatal se analiza que el organismo subsidiario participe con un 10% en la sociedad.
El plan de proyectos de Pemex Petroquímica contempla la reactivación de la planta de acrilonitrilo con 60000 toneladas en el Complejo Petroquímico Morelos en sociedad con la brasileña Unigel, para producir 40 mil toneladas anuales de cianuro de sodio.
Pemex y UNIGEL reactivarán la Petroquímica de Tula de producción de acrilonitrilo
82
4.3.1 PEMEX PETROQUÍMICA – UNIGEL
El Complejo Petroquímico Morelos se ubica en Coatzacoalcos, al sureste del estado de Veracruz. Pemex Petroquímica-01, Proyecto Pemex Petroquímica-Unigel”, con periodo de vigencia del 1° de diciembre de 2006 al 31 de julio de 2012 y presentado por el Director General de Pemex Petroquímica, se menciona como objetivo reactivar la cadena productiva del acrilonitrilo en México, mediante un acuerdo de cooperación entre Pemex Petroquímica y Unigel Química, S.A. de C.V.
(Unigel), con el fin de permitir el aprovechamiento de los recursos ociosos con que contaba Pemex Petroquímica, como son la planta de acrilonitrilo y ácido cianhídrico, el capital humano y la disponibilidad de materias primas para el proceso, dado el interés de Unigel que tenía los conocimientos técnicos y prácticas operativas susceptibles de ser incorporadas al proceso.
El interés de las partes en dicho esquema se conceptualizó y formalizó en 2006 y 2007, mientras que la parte sustancial de las obras y trabajos necesarios para su implementación se realizó durante el periodo 2008-2009; a finales de 2009, Pemex Petroquímica recibió las instalaciones con las modificaciones para la puesta en marcha.
El 18 de septiembre de 2007, Pemex Petroquímica y Unigel celebrarón un contrato
de reactivación de la cadena productiva del acrilonitrilo en el Complejo
Petroquímico Morelos, en el cual acordarón un esquema para reactivar la planta
de acrilonitrilo en ese Complejo Petroquímico, incrementar su capacidad de 50 a
60 mil toneladas anuales, y mejorar el proceso para la generación y
aprovechamiento de los subproductos ácido cianhídrico y la corriente de proceso
destinada a incineración; en dicho contrato se establecierón las acciones
generales para el desarrollo del negocio y las bases para suscribir tres contratos el
24 de octubre de 2007, que se describen a continuación:
1. Contrato de suministro de productos petroquímicos no básicos y entrega de corriente de proceso destinada a incineración, mediante el cual Unigel pudiera abastecerse de la totalidad del acrilonitrilo, ácido cianhídrico y de la corriente de proceso destinada a incineración.
2. Contrato de arrendamiento de inmueble para regular la entrega, ocupación,
monto y pago de las rentas de una superficie de 3,024 m2
, disponible dentro de la propiedad de Pemex Petroquímica en el Complejo Petroquímico Morelos, en la que se instalarían los equipos acrilonitrilo y acetocianhidrina.
3. Contrato de servicios de optimización, auxiliares, administrativos y maquila que Pemex Petroquímica prestaría a Unigel para los equipos acrilonitrilo y acetocianhidrina, propiedad de Unigel.
Para producir acrilonitrilo se requiere propileno y amoniaco como materias primas y, como parte del proceso productivo, se obtienen subproductos, tales como el ácido cianhídrico y una corriente de proceso con un contenido de sulfato de amonio, llamada corriente de proceso destinada a incineración.
83
4.3.3 FUNDAMENTOS PARA LA REACTIVACIÓN DE LA CADENA PRODUCTIVA DEL ACRILONITRILO
Pemex Petroquímica es propietaria de tres plantas de acrilonitrilo ubicadas en sus Complejos Petroquímicos Morelos, Independencia y Tula, con capacidad de 60.0, 50.0 y 65.0 miles de toneladas anuales, respectivamente; actualmente las dos últimas plantas están fuera de operación.
Como parte del proceso productivo del acrilonitrilo, también se obtiene, como subproducto, ácido cianhídrico y una corriente de proceso destinada a incineración con un contenido de aproximadamente 40.0% de sulfato de amonio en solución, así como otros compuestos orgánicos derivados del proceso.
En México, la única empresa que históricamente consumía ácido cianhídrico para producir acetocianhidrina fue Fenoquímia, adquirida por el consorcio brasileño Unigel Química, S.A. de C.V. (Unigel).
La planta de acrilonitrilo del Complejo Petroquímico Morelos inició sus operaciones en 1991, con una capacidad para producir 50.0 mil toneladas anuales de ese producto y 4.9 mil toneladas anuales de ácido cianhídrico, y a mediados de los noventa, Pemex Petroquímica presentó problemas en la producción de acrilonitrilo por diversas causas, como son altos precios y falta de materia prima (propileno) y clientes para ese producto.
En 2005, la planta dejó de producir por los altos costos que ello implicaba y la falta de competitividad en el mercado.
Pemex Petroquímica recibe las materias primas amoniaco proveniente del Complejo Petroquímico Cosoleacaque y propileno de Pemex Refinación, para alimentarlos a la planta de acrilonitrilo en el Complejo Petroquímico Morelos, de la cual obtiene como producto acrilonitrilo y como subproductos ácido cianhídrico y la corriente de proceso destinada a incineración, los cuales son entregados a Unigel. El ácido cianhídrico se envía al equipo acetocianhidrina propiedad de Unigel instalado en el Complejo Petroquímico Morelos. Unigel adquirió una planta de metil metacrilato para asegurar el consumo de acetocianhidrina, que es la materia prima. Pemex Petroquímica se encarga de la operación del equipo acetocianhidrina, de acuerdo con el contrato de servicios de optimización, auxiliares, administrativos y maquila.
De conformidad con el “Informe por Sesión al Consejo de Administración de Pemex Petroquímica”, con la puesta en marcha del esquema, Pemex Petroquímica obtendría el siguiente beneficio:
• Ingresos por concepto de venta de acrilonitrilo y ácido cianhídrico a un precio autorizado por el Comité de Precios de Productos Petrolíferos, Gas Natural, Petroquímicos e Interorganismos, que le permitiera cubrir los costos variables y fijos de mantenimiento.
84
4.4 IMPACTO EN EL MERCADO A TRAVÉS DE LOS CAMBIOS REALIZADOS
En 2012 la producción neta de petroquímicos disminuyó 23 por ciento, al pasar de 3,826 a 2,952 miles de toneladas. Esta disminución se debe principalmente a que las corridas de prueba de la planta. A continuación se presenta la explicación por cadena:
Cadena de derivados del metano: aumentó la producción neta de la cadena en 5 por ciento debido a la entrada en operación de la Planta de Amoniaco V en el Complejo Petroquímico Cosoleacaque, la cual reanudó operaciones en Octubre de 2012.
Cadena de derivados del etano: incrementó la producción destinada a ventas en 3 por ciento, debido a que en 2011 la planta de etileno Morelos salió a mantenimiento mayor, durante 2012 no se realizaron mantenimientos mayores a las plantas de etileno.
Cadena de aromáticos y derivados: disminuyó en 82 por ciento debido a que el sector de aromáticos permaneció fuera de operación por la interconexión de la nueva planta de CCR; en septiembre de 2012 se operó con reformado importado.
Cadena de propileno y derivados: La producción destinada a ventas descendió en 21 por ciento comparada con la del año anterior, a raíz de la operación intermitente de la planta de acrilonitrilo por disminución en el abasto de materia prima, así como la caída del mercado internacional de los derivados de dicho producto.
El decremento en otros productos está ligado principalmente a la disminución de la producción en el sector de aromáticos.
En 2012 Pemex Petroquímica comercializó un volumen total de 2,921 miles de toneladas, de las cuales 2,678 fueron al mercado nacional y 243 fueron al mercado de exportación. A nivel global las ventas fueron 2 por ciento menores respecto al año anterior. Las ventas nacionales fueron inferiores en 5 por ciento respecto a 2011, mientras que las ventas de exportación fueron mayores en 83 mil toneladas. En el mercado nacional de petroquímicos consumo nacional aparente de productos petroquímicos en 2012 alcanzó las 16 millones de toneladas de las cuales Pemex Petroquímica abasteció 2.5 millones al sector. El 45 por ciento de la producción de Pemex Petroquímica fuerón derivados de metano y 44 por ciento representó la cadena del etano y el 11 por ciento para otros productos. En el futuro se espera un incremento moderado de la demanda interna de petroquímicos. Nuevos proyectos de incremento de capacidad estarán supeditados a la disponibilidad de materia prima.
85
El acrilonitrilo derivado de una mayor importación de productos terminados y la existencia de productos sustitutos, la fibra acrílica ha dejado de producirse en Norteamérica, disminuyendo la demanda de acrilonitrilo en esta región. La producción remanente de acrilonitrilo se ha destinado principalmente a la elaboración de copolímeros como ABS (acrilonitrilo, butadieno, estireno) y SAN (estireno, acrilonitrilo). El mercado dominante en producción de acrilonitrilo es el asiático (China, Japón, Corea, Taiwán), donde se mantienen en operación plantas de mayor tamaño y alto nivel de integración. A partir de 2009, un nuevo esquema técnico-comercial con el sector privado promovido por PEMEX Petroquímica incrementó la demanda de acrilonitrilo para producción de plásticos, hule sintético y fibras acrílicas. En el periodo 2014-2028 se espera un crecimiento en la demanda de acrilonitrilo a nivel nacional a una tasa promedio anual de 2.3 por ciento, al pasar de 94 a 130 miles de toneladas anuales del 2014 al 2028.
86
CONCLUSIONES:
Con el paso del tiempo se han tenido cambios relevantes en la reclasificación de
los productos petroquímicos ya que antes de la Reforma Energética en nuestro
país se clasificaba a estos en: Petroquímicos básicos y petroquímicos
secundarios, los cuales siendo básicos solo podían ser elaborados por la Nación
sin intervención del sector privado, caso contrario con los petroquímicos
secundarios en donde existe la intervención del sector privado. Con la Reforma
Energética ya no existe la división que se tenía en el sector de la Industria
Petroquímica, el sector privado podrá elaborar cualquier producto contando con un
permiso, esto se debe a que para elaborar algunos de los productos secundarios
se necesitan productos que eran considerados en el sector básico y tenían que ser
importados por el sector privado por lo tanto no era rentable.
Al reactivar de nuevo los productos petroquímicos, con la reforma energética
permitirá tener mayores aplicaciones en, los productos que se obtienen y con ello
esperar una mejora en la economía nacional.
La importación de productos petroquímicos a precios impuestos por el mercado
internacional genera conflictos ya que al ser precios baratos la inversión es
bastante y la recuperación es mínima.
Si se decide invertir en el ramo de la Industria Petroquímica sin la imposición de
los precios del mercado internacional se tendrá una recuperación mayoritaria de la
inversión inicial en un lapso aproximado de 3 a 5 años.
La falta de inversión en el ramo petroquímico ha ocasionado el desmantelamiento
de las plantas petroquímicas debido a que quedaron fuera de operación por falta
de materia prima y con ello la falta de competitividad en el mercado.
A nivel mundial las empresas han realizado importantes inversiones en sus
divisiones petroquímicas, ya que los productos petroquímicos contribuyen a
incrementar el nivel de vida del país productor. En México con la falta de recursos
se presentan rezagos tecnológicos, esto impide tener mayor desarrollo en el
sector petroquímico.
Con la intervención de la Reforma Energética se espera tener mayor participación
del sector privado esto con la finalidad de reactivar la industria petroquímica en
nuestro país como en el caso de la reactivación de la planta de acrilonitrilo y ácido
cianhídrico en el Complejo Petroquímico Morelos con la empresa brasileña
UNIGEL.
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