Capítulo 3: Procesos Petroquímicos Para Transformar Metano A Metanol Y Plásticos

PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL ____________________________________________________ ________________________ ________________________________________________ ____________________

CAPÍTULO 3 PROCESOS PETROQUÍMICOS PARA TRANSFORMAR TRANSFORMAR METANO METANO A METANOL METANOL Y PLÁSTICOS PLÁSTICOS 3.1 Obtención e Met!n"# ! $!%ti% e# Met!n" El metanol, también llamado alcohol metílico, alcohol de madera, carbinol y alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes. Su fórmula química es CH3H.

!a estructura química del metanol es muy similar a la del a"ua, con la diferencia de que el #n"ulo del enlace C$$H en el metanol %&'(.)*+ es un poco mayor que en el a"ua %&'.-*+, porque el "rupo metilo es mucho mayor que un #tomo de hidró"eno.

-&


Met!n"#

A&'!

En condiciones normales es un líquido incoloro, de escasa iscosidad y de olor y sabor frutal penetrante, miscible en a"ua y con la mayoría de los solentes or"#nicos, muy tó/ico e inflamable. El olor es detectable a partir de los 0 ppm.

Es considerado como un producto petroquímico b#sico, a partir del cual se obtienen arios productos secundarios.

!ass pr !a prop opie ieda dade dess fí físi sica cass m# m#ss re rele lea ant ntes es de dell me meta tano nol, l, en co cond ndic icio ione ness normales de presión y temperatura, se listan en la si"uiente tabla1

T!b#! 3(1. P%"$ie!e) F*)ic!) e# Met!n"# Pe)" M"#ec'#!% Den)i! P'nt" e +')i"n P'nt" e eb'##ición

30 "2mol '.) 4"2l $) *C 5- *C

-0


6e los puntos de ebullición y de fusión se deduce que el metanol es un líquido ol#til a temperatura y presión atmosféricas. Esto es destacable ya que tiene un peso molecular similar al del etano %3' "2mol+, y éste es un "as en condiciones normales.

!a causa de la diferencia entre los puntos de ebullición entre los alcoholes y los hidrocarburos de similares pesos moleculares es que las moléculas de los primeros se atraen entre sí con mayor fuer7a. En el caso del metanol estas fuer7as son de puente de hidró"eno, por lo tanto esta diferencia es m#s remarcada.

El metanol y el a"ua tienen propiedades seme8antes debido a que ambos tienen "rupos hidro/ilo que pueden formar puente de hidró"eno. El metanol forma puente de hidró"eno con el a"ua y por lo tanto es miscible %soluble en todas las proporciones+ en este solente. 9"ualmente el metanol es muy buen solente de sustancias sustan cias polares, pudiéndose pudiéndose disol disoler er susta sustancia nciass iónic iónicas as como el cloru cloruro ro de sodio en cantidades apreciables. apreciables.

6e i" i"ua uall ma mane nera ra qu quee el pr prot otón ón de dell hi hidr dro/ o/il ilo o de dell a" a"ua ua,, el pr prot otón ón de dell hidro/ilo del metanol es débilmente #cido. Se puede afirmar que la acide7 del metano met anoll es equ equia ialen lente te a la del a"u a"ua. a. :n :naa rea reacci cción ón car carac acter teríst ístic icaa del alc alcoho oholl metílico es la formación de metó/ido de sodio cuando se lo combina con este.

El metanol es considerado como un producto o material inflamable de primera cate"oría; ya que puede emitir apores que me7clados en proporciones adecuadas con el aire, ori"inan me7clas combustibles.

El metanol es un combustible con un "ran poder calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación es de &0,0
-3


6urante mucho tiempo fue usado como combustible de autos de carrera.

=l ser considerado como inflamable de primera cate"oría, las condiciones de almacenamiento y transporte deber#n ser e/tremas. Est# prohibido el transporte de alcohol metílico sin contar con los recipientes especialmente dise>ados para ello. !a cantidad m#/ima de almacenamiento de metanol en el lu"ar de traba8o es de 0'' litros.

!as #reas donde se produce manipulación y almacenamiento de metanol deber#n estar correctamente entiladas para eitar la acumulación de apores. =dem#s los pisos ser#n impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deber# ser antie/plosia, prefiriéndose la iluminación natural. =sí mismo, los materiales que componen las estanterías y artefactos similares deber#n ser antichispa. !as distancias entre el almacén y la ía p?blica ser# de tres metros para &''' litros de metanol, aumentando un metro por cada &''' litros m#s de metanol. !a distancia entre dos almacenes similares deber# ser el doble de la anterior.

@ara finali7ar con las propiedades y características podemos decir que el metanol es un compuesto or"#nico muy importante ya que el "rupo hidro/ilo se conierte con facilidad en cualquier otro "rupo funcional. =sí el metanol se o/ida para obtener formaldehído %formol+ y #cido fórmico; mientras que por su reducción obtenemos metano. 9"ualmente importantes son las reacciones de éter y esterificación. Combustible del futuro.-

Hoy en día crece la tendencia a utili7ar alcoholes me7clados con "asolina como combustibles alternatios y por eso es coneniente conocer las enta8as y las -

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desenta8as, tanto ecoló"icas como económicas, de lo que posiblemente sea un importante ener"ético del futuro para los automóiles.

Aenta8as noedosas1 =l"unas enta8as del etanol y el metanol como combustibles para auto son1



Se puede producir a partir del "as



Se pueden producir a partir de fuentes y residuos renoables como pasto, ba"a7o de ca>a de a7?car, ho8arasca, etc.



Beneran menor contaminación ambiental.



@ara que el parque ehicular utilice este combustible sólo se necesita cambiar las partes pl#sticas del circuito de combustible.

Usos.

Hoy en día crece la tendencia a utili7ar alcoholes me7clados con "asolina como combustibles alternatios



6isolente industrial y materia prima para la fabricación del formol.



=nticon"elante, disolente de resinas, adhesios y tintes.



ó/ico al in"erirlo u olerlo.



=plica en la fabricación de medicinas.



Se utili7a en la fabricación de #cido acético y otros compuestos químicos.



Es un disolente que se emplea en la fabricación de pl#sticos, pintura, barnices.

Obtención del gas de síntesis:

--


D

El "as de síntesis %C  H0+ se puede obtener de distintas fuentes1 $ Bas Fatural $ Hidrocarburos !íquidos $ Carbón

TA,LA 3.- P%inci$!#e) tecn"#"&*!) c"e%ci!#e) $!%! #! "btención e# S/n&!) Tecn"#"&*!

0ent!!)

De)2ent!!)

T!!" Mó'#") 43 $"% 5"%!6

7- 8 CO

C"nici"ne) O$e%!ción

Re+"%!" e 0!$"% 4SMR6 4A$!ne#9 -::;6

Fo requiere planta de separación de o/í"eno. ecnolo"ía madura y muy usada para obtención de hidró"eno. Fo requiere planta de o/í"eno. 6e menor peso que el SJG. Catali7ador de Fi para aumentar la eficiencia. Costo m#s ba8o de todos. E/celente relación H02C. ecnolo"ía madura. !ibera "ran cantidad de ener"ía.

!imitación en tama>o. renes de &.-)' m3 por día de consumo de a"ua. Geacción endotérmica.

&.''' $ )''.'''

0,) $ -

  &.& I @  0 Jpa

Fo se ha aplicado a escala comercial. Solo e/isten estudios de factibilidad

&.''' $ &''.'''

0,- $ 

  &.&&5 I @  0 Jpa

@lanta de separación de aire de "ran tama>o. Costos eleados a "ran escala. Ka8os costos del "as

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  &. $ &,0 I @  0, $ 5,) Jpa

Re+"%!" C"$!ct" 4CR6 4F%eie et. A#.9 -::36

O
-5


para su aplicación.

O
Jenor Fo se ha dimensionamiento aplicado de reactores en a escala comparación con comercial, el @/. Jenor estudios de cantidad de factibilidad. o/í"eno que el Costo @/. muy alto. Gequiere menor Geactores m#s cantidad de "randes si se usa o/í"eno aire que el @/. directamente. renes de "ran capacidad. El m#s utili7ado a

.''' $ &''.'''

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escala comercial. Luente1 Elaboración propia.

M=t"") e "btención e S/n&!) > G!) e S*nte)i) M=t"" 'n"? btención del "as de síntesis a partir de la combustión parcial en presencia de apor de a"ua.

Bas Fatural  Aapor de ="ua $$$$$C  C 0  H0

M=t"" ")?

-


= partir de la combustión parcial de me7clas de hidrocarburos líquidos o carbón, en presencia de a"ua.

Je7cla de Hidroc. !íquid  ="ua $$$C  C0  H0 Carbón  ="ua $$$$ C  C0  H0 Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales "randes y complicados.

C  C0  H0 $$$MCH3H

!a reacción se produce a una temperatura de 3''$'' *C y a una presión de 0'' $ 3'' atm. !os catali7adores usados son Nn o Cr 03.

Obtención del metanol a partir del gas de síntesis.-

Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales "randes y complicados.

C  C0  H0 $$$$$$$$$ CH3H

!a reacción se produce a una temperatura de 3''$'' *C y a una presión de 0''$3'' atm. !os catali7adores usados son Nn o Cr 03.

Compañías especializadas:

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!ur"i Corp.

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PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL ________________________________________________________________________ 

9mperial Chemical 9ndustries !td. %9C9+.

FIGURA 3.1 P#!nt! e Met!n"#

Las cuatro etapas de la producción en el proceso GTL.-

1. @urificación de la alimentación, "as natural %desulfuración+ y apor de a"ua %eliminación de impure7as+.

-. @roceso de reformado durante el cual se producen las reacciones de transformación, indicadas a continuación1

CH  H0 C  H0

$$$$$$$ C  3H0 $$$$$$$

C0  H0

-)


3. Síntesis del metanol1 ras eliminar el e/ceso de calor "enerado en la reacción anterior, el "as obtenido es comprimido e introducido en un reactor de síntesis donde tiene lu"ar su transformación en metanol %5(O de rique7a+. !as reacciones que tiene lu"ar son1

C  0H0 C  H0 C0  3H0

$$$$$$$ $$$$$$$ $$$$$$$

CH3H C0  H0 CH3H  H0

@. @urificación del metanol1 Esta etapa es de enriquecimiento por la cual el metanol es tratado en una columna de destilación hasta obtener una pure7a del ))O.

P%"ce)" L'%&i Se denomina proceso de ba8a presión para obtener metanol a partir de hidrocarburos "aseosos, líquidos o carbón.

El proceso consta de tres etapas bien diferenciadas.

eforming.-

Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en función del tipo de alimentación.

5'


En el caso de que la alimentación sea de "as natural, este se desulfuri7a antes de alimentar el reactor. =pro/imadamente la mitad de la alimentación entra al primer reactor, el cual est# alimentado con apor de a"ua a media presión.

6entro del reactor se produce la o/idación parcial del "as natural. 6e esta manera se obtiene H 0, C, C0 y un 0'O de CH residual.

Bas Fatural  Aapor de ="ua

C  C0  H0

Esta reacción se produce a (' *C y a ' atm.

El "as de síntesis m#s el metano residual que sale del primer reactor se me7cla con la otra mitad de la alimentación %preiamente desulfuri7ada+. Esta me7cla de "ases entra en el se"undo reactor, el cual est# alimentado por  0.

Este se proiene de una planta de obtención de o/í"eno a partir de aire.

CH  C  C0  0

C  C0  H0

Esta reacción se produce a )-' *C.

En caso de que la alimentación sea líquida o carbón, ésta es parcialmente o/idada por 0 y apor de a"ua a &'' $ &-'' *C y -- $ 5' atm. El "as así formado consiste en H0, C con al"unas impure7as formadas por peque>as cantidades de C0, CH, H0S y carbón libre.

Esta me7cla pasa lue"o a otro reactor donde se acondiciona el "as de síntesis elimin#ndose el carbón libre, el H 0S y parte del C0, quedando el "as listo para alimentar el reactor de metanol. 5&


!íntesis.-

El "as de síntesis se comprime a '$&'' atm. y se precalienta. !ue"o alimenta al reactor de síntesis de metanol 8unto con el "as de recirculación. El reactor !ur"i es un reactor tubular, cuyos tubos est#n llenos de catali7ador y enfriados e/teriormente por a"ua en ebullición. !a temperatura de reacción se mantiene así entre 0'$0' *C.

C  H0

CH3H PH Q '

C0  H0

CH3H PH Q '

:na buena cantidad de calor de reacción se transmite al a"ua en ebullición obteniéndose de & a &. I". de apor por I". de metanol. =dem#s se prote"e a los catali7adores.

"estilación .-

El metanol en estado "aseoso que abandona el reactor debe ser purificado. @ara ello primeramente pasa por un intercambiador de calor que reduce su temperatura, condens#ndose el metanol.

Este se separa lue"o por medio de separador, del cual salen "ases que se condicionan %temperatura y presión adecuadas+ y se recirculan.

El metanol en estado líquido que sale del separador alimenta una columna de destilación alimentada con apor de a"ua a ba8a presión. 6e la torre de destilación sale el metanol en condiciones normali7adas.

50


En la p#"ina si"uiente se puede obserar el floR$sheet del proceso !ur"i de ba8a presión para obtener metanol líquido a partir de "as natural. Jientras que en la p#"ina si"uiente se podr# obserar el mismo proceso pero en caso de usar alimentación líquida o carbón.

FIGURA 3.- Di!&%!!) e F#'"

P%"ce)"?

53


Re+"%in& 41e% %e!ct"%6? $ Bas se desulfuri7a $ Sólo  del metano entra al reactor

G!) N!t'%!#  0!$"% e A&'!

CO  CO-  7-

$ Esta reacción se produce a (' *C y a ' atm. $ El 0'O de metano residual. Se me7cla con la otra mitad.

Re+"%in& 4-" %e!ct"%6? $ Bas de sintesis  Jetano

C7@  CO  CO-  O-

CO  CO-  7-

$ Esta reacción se produce a )-' *C. $ Geactor alimentado con  0

S*nte)i)? $ El "as de síntesis se comprime a '$&'' atm. $ Se precalienta con el producto e/otérmico. $ El reactor !ur"i es un reactor tubular, cuyos tubos est#n llenos de catali7ador y enfriados e/teriormente por a"ua en ebullición. $ !a temperatura de reacción se mantiene así entre 0'$0' *C.

CO  7-

C73O7

B7  :

CO-  7-

C73O7

B7  :

De)ti#!ción? El metanol en estado "aseoso que abandona el reactor debe ser purificado.

5


&.

9ntercambiador

de

calor

que

reduce

su

temperatura,

condens#ndose el metanol. 0. Separador, del cual salen "ases que se condicionan %temperatura y presión adecuadas+ 3. El metanol en estado líquido que sale del separador alimenta una columna de destilación alimentada con apor de a"ua a ba8a presión. . orre de destilación sale el metanol en condiciones normali7adas.

P%"ce)" ICI .( !a diferencia entre los distintos procesos se basa en el reactor de metanol, ya que los procesos de obtención de "as de síntesis y purificación de metanol son similares para todos los procesos. En este caso la síntesis catalítica se produce en un reactor de lecho fluidi7ado, en el cual al "as de síntesis in"resa por la base y el metanol sale por el tope. El catali7ador se mantiene así fluidi7ado dentro del reactor, el cual es enfriado por a"ua en estado de ebullición, obteniéndose apor que se utili7a en otros sectores del proceso.

!a destilación se reali7a en dos etapas en lu"ar de real7arse en una sola. odas las dem#s características son similares al proceso !ur"i antes descrito.

FIGURA 3.3 P%"ce)" ICI ! b!! $%e)ión

5-


#mmonia-Casale

El reactor posee m?ltiples catali7adores de lecho fluidi7ado, con "as refri"erante, flu8os a/iales y radiales y ba8as caídas de presión. !a producción en este tipo de reactores puede lle"ar a -.''' t2día.

Topsoe

Se caracteri7a por desarrollar un flu8o radial a traés de tres catali7adores de lecho fluidi7ado en distintos compartimentos. El intercambio de calor es e/terno

endimientos.-

55


D

res "randes empresas %K=SL, 9C9 y !:GB9+ han desarrollado distintos métodos de producción, mediante la ariación de presiones y catali7adores utili7ados.

D

!a producción de metanol mediante estos métodos puede alcan7ar producciones de apro/imadamente 53 metros c?bicos de metanol por hora, con un consumo de 5.''' metros c?bicos normales de "as natural.

"es$enta%as del proceso.-

D

!a producción de metanol utili7ando métodos conencionales es ener"éticamente intensa y materialmente limitada, con pérdidas netas de ener"ía que arían de un 30 a un  por ciento.

D

@roblemas de contaminación medioambiental tanto en la e/tracción como en la elaboración y transporte.

Tendencias futuras.-

D

Se requerir#n mayores cantidades de metanol para diersos usos, en sustitución de otros compuestos deriados del petróleo.

#nalizando parte de un informe del &nstituto del 'etróleo en #rgentina.-

D

T!os precios del "as natural han aumentado en EE::, pero a?n no afectan la situación del producto %El metanol+. !os precios que han lo"rado mantener los productores son tan buenos que no mencionan el factor del costo de la materia prima. Si el precio del "as retrocede, los productores no desean trasladar la ba8a a los precios del metanol, y no parece probable que 5


haya una escalada como la que lleó al "as a &' U2JJK: a comien7os del 0''&, aunque diciembre es siempre un mes de aumentos. D

!a ausencia de nueas capacidades en el corto pla7o, faorece las perspectias de la industria. Jethane/ y K@ contin?an construyendo su planta en rinidad, mientras Jethane/ est# encarando la construcción de un cuarto en Chile y una planta en rinidadV

Tendencias sobre la con$ersión de gas de síntesis a metanol.-



!os procesos comerciales de producción de metanol emplean catali7adores hetero"éneos, los cuales operan a temperaturas altas %M &-'


=unque por ía de cat#lisis homo"énea no se han encontrado un sistema que ofre7ca "randes enta8as sobre los procesos comerciales, los resultados de la literatura obtenida hasta el presente muestran que esta ruta como de "ran potencial para me8orar la tecnolo"ía de producción de metanol.



En resumen, la transformación de "as de síntesis en metanol por ía homo"énea es una alternatia que pudiera tener "ran impacto comercial.



6e i"ual manera, la conersión directa de metano a metanol, aunque es un ob8etio difícil y ambicioso, es otra opción por considerar. !os ?ltimos traba8os muestran pro"resos considerables que apoyan y 8ustifican la inesti"ación en esta #rea. 5(




eniendo presente que el metanol constituye insumo de "ran alor, no hay duda de la importancia de reali7ar esfuer7os de inesti"ación orientados hacia su producción.



El dominio de esta tecnolo"ía no solo nos haría m#s competitios a niel internacional, sino también nos permitiría alori7ar el "as natural y hacer un uso apropiado de nuestras reseras.

'recios en el mercado internacional.-

En la si"uiente abla 3$3, se muestra la eolución en el tiempo, del precio del metanol en el mercado internacional.

TA,LA 3.3 P%eci" e #! t"ne#!! =t%ic! e# et!n"#

A"

P%eci" en ') E.U.

1: 11 113 1@ 1; 1 1

&3', &--,' &0&,5 &3),( 3',&((,&-,) &),5

5)


1H 1 -::: -::1 -::-::3

&0',' &'-,&5',&0,' &,( 0),

F'ente? E#!b"%!ción $%"$i! ! b!)e) e !t") e# ,DP.

'rimer productor de metano en el mundo.-

D

Chile, el primer productor mundial de metanol en base a BF o metano, mediante un e/clusio proceso petroquímico catalítico de Jethane/ produce 3.('.''' de toneladas anuales de metanol en cuatro plantas ubicadas en @untas =renas.

D

@ara mantener este ritmo de producción por unos &' a>os, Chile puede requerir &,- CL; por otro lado, en el mismo periodo a a necesitar 3,)CL para otros usos %termoeléctricas, industrias, uso domestico, etc.+, con una demanda total de -, CL; sin embar"o solo cuenta con ,& CL., por lo tanto es un país que se er# en serios problemas, dentro de poco, si no encuentra un suministro se"uro de BF a ba8o costo.

'L#(T# ") *)T#(OL: 'refactibilidad de la implementación de una 'lanta en #m+rica Latina.

$

In2e%)ión?

&'' a &0' JJ Uus.

$

P%"'cción?

&'.''' K@6

'

PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL ________________________________________________________________________ $

In&%e)")?

&'- a &' JJ Uus anuales.

$

C"n)'"?

3- JJ mcd.

$

S'b$%"'ct"?

Hidró"eno.

$

De)$'=) e ; !") e $%"'cción9 )e 'e! #! $%e+ect'%! en $%"$ie! e #! $#!nt! e et!n"#

)l metanol , la seguridad uímica.-

=l ser considerado como inflamable de primera cate"oría, las condiciones de almacenamiento y transporte deber#n ser e/tremas. Est# prohibido el transporte de alcohol metílico sin contar con los recipientes especialmente dise>ados para ello. !a cantidad m#/ima de almacenamiento de metanol en el lu"ar de traba8o es de 0'' litros.

!as #reas donde se produce manipulación y almacenamiento de metanol deber#n estar correctamente entiladas para eitar la acumulación de apores. =dem#s los pisos ser#n impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deber# ser antie/plosia, prefiriéndose la iluminación natural. =sí mismo, los materiales que componen las estanterías y artefactos similares deber#n ser antichispa. !as distancias entre el almacén y la ía p?blica ser# de tres metros para &''' litros de metanol, aumentando un metro por cada &''' litros m#s de metanol. !a distancia entre dos almacenes similares deber# ser el doble de la anterior.

El metanol, como todos los alcoholes es tó/ico y enenoso. Cuando se produce la in"esta de etanol, el or"anismo debe eliminarlo para eitar que se acumule en la san"re y enenene al cerebro. @ara lo"rar la eliminación, el hí"ado produce una en7ima llamada alcohol deshidro"enasa %=6H+. Esta catali7a una o/idación por la cual el etanol se transforma en #cido acético que es inocuo. &


6e i"ual manera que se produce con el etanol, el alcohol metílico in"erido es catali7ado por la en7ima =6H. 6esafortunadamente, la o/idación del metanol produce formaldehído y #cido fórmico, los cuales son m#s tó/icos que el metanol. :na in"esta inapropiada de metanol puede ori"inar ce"uera y hasta la muerte %ocasionadas por el #cido fórmico+.

El tratamiento para el enenenamiento con metanol consiste en administrarle al paciente infusiones intraenosas de etanol diluido. !a "ran cantidad de etanol suministrado obstruye la en7ima =6H y la mayor parte del metanol es e/cretado por los ri>ones antes de que pueda o/idarse a #cido fórmico.

El metanol es enenoso en los nieles altos de e/posición1 puede ori"inar ce"uera si se in"ieren 33 "ramos e incluso la muerte, si la dosis in"erida es mayor. Es, adem#s, un irritante de o8os y piel.

!a into/icación m#s com?n de metanol se produce a partir del consumo de productos alcohólicos ile"ales.

El primer síntoma es parecido al ocasionado por el etanol1 depresión, n#usea y ómitos. !ue"o la formación de metabolitos tó/icos proocan acide7, la cual afecta a la retina.

Si la dosis es m#s eleada puede ocasionar dolores abdominales y pancreatitis. Con el tiempo ori"ina taquicardia e hipertensión. Sin embar"o, si la to/icidad es a?n mayor, da lu"ar a hipotensión.

0


!os pacientes afectados se pueden tratar con infusiones intraenosas de etanol, el cual inhibe el metabolismo de metanol y la consi"uiente formación de tó/icos como ser #cido fórmico.

3.- Obtención e P#J)tic") ! $!%ti% e# G!) N!t'%!# "efinición de polímero.-

Jateriales formados por moléculas de tipo or"#nico, muy "randes llamadas polímeros. rdenadas en lar"as cadenas de #tomos que contienen Carbono e Hidró"eno, entre otros.

P"#*e%" K M!c%""#=c'#! =plicaciones m?ltiples en ransporte, Enases y Embala8es, Jateriales de Construcción.

Obtención de plsticos.-

El nombre de muchos pl#sticos %polietileno, polipropileno, policloruro de inilo+ comien7a con el prefi8o poli$; ello es debido a que se obtienen mediante un proceso químico denominado P"#ie%i!ción. @olímero %proiene del "rie"o poly  muchos; mero  parte, se"mento+. El procedimiento consiste en la unión de muchas moléculas i"uales para formar una mucho m#s lar"a. @olietileno iene de la unión o polimeri7ación de muchos etilenos.

En la Li"ura 3$, se obsera la molécula de un polímero. Es una cadena lar"a formada por una estructura sencilla repetida una y otra e7. Eso es un

3


polímero. El "rupo que se repite una y otra e7 se lo conoce como monómero si ha sido la sustancia a partir de la cual se ha formado la cadena lar"a.

FIGURA 3.@ C!en! #!%&! e 'n $"#*e%"

Luente1 Sistema irtual, 9m#"enes de Boo"le

Tipos de polimerización.-

$

P"#ie%i!ción $"% !ición? Se produce por la unión de moléculas con dobles enlaces internos que se rompen y para unirse a otras. Solamente se forma una sustancia W el polímero W.

$

P"#ie%i!ción $"% c"nen)!ción? !a unión se produce debido a que la formación de peque>as moléculas W condensado W que se forman a partir de los monómeros de8a a estos uniones libres para la formación del polímero. =dem#s del polímero se forma un subproducto %a"ua, amoniaco, alcohol+.




utas de proceso /!a0l )scalera1:

utas de producción:

1. Ac"$#!ient" O
-


-. C"n2e%)ión 2*! Met!n"#? :nion Carbide de :S= desarrolló en década Z(' familia de catali7adores basados en tamices moleculares de alumino$fosfatos, estos ofrecen mayor selectiidad para producir olefinas de ba8o carbono %cerca de )-O para C0$ C+, adem#s produce conersión casi completa del metanol XFirula, &))5Y.

'otenciales aplicaciones para el futuro.-

D

Ac"$#!ient" "
D

P%"'cción e An5*%i" M!#=ic" , obteniéndose productos un '$(-O mas concentrados.

D

Re+"%!" c"n 2!$"% ; donde se han lo"rado conersiones equialentes al proceso tradicional % )''*C+ con tan solo 5'' $ ''*C; esto permite no solo ahorros importantes de ener"ía sino también el uso de materiales de construcción m#s económicos.

5


Clasificación.-

$

@or su naturale7a1  

$

Faturales1 %arcilla, ceras, betunes, etc.+ Sintéticos1 %celuloide, baquelita, etc.+

@or su estructura interna 

ermopl#sticos



ermoestables



Elastómeros

(aturaleza 2uímica de los 'olímeros.-

1. 6epende del monómero que compone la cadena del polímero. @or e8emplo, las poliolefinas est#n compuestas de monómeros de olefinas, que son hidrocarburos de cadena abierta con al menos un doble enlace.

-. Como e8emplo el polietileno es una poliolefina. Su monómero es el etileno. 3. tros tipos de polímeros son los acrílicos %como el polimetacrilato+, poliestirenos, halo"enuros de inilo %como el policloruro de inilo+, poliésteres, poliuretanos, poliamidas %nailon+, poliéteres, acetatos y las resinas fenólicas o de aminas.

Concepto &mportante.-

Temperatura de transición $ítrea.-

emperatura a la que se produce la moilidad de los se"mentos de la cadena a causa de la rotación libre de los enlaces coalentes.




@or sobre esta temperatura se comportan como materiales iscosos y por deba8o de ella son quebradi7os y cristalinos.

@ara ser de utilidad, los ermopl#sticos deben usarse por deba8o de su temperatura de transición ítrea.

3enta%as de los plsticos.-

D

@oseen "ran resistencia al ataque de los #cidos, bases y a"entes atmosféricos y buenas propiedades mec#nicas, como resistencia a la rotura y des"aste.

D

!os pl#sticos encuentran m?ltiples aplicaciones "racias a sus interesantes propiedades, como su ba8a densidad, el ser aislantes del calor y de la electricidad, su facilidad de conformación y su precio económico

Limitaciones de los plsticos.-

D

Constituye limitaciones las ba8as temperaturas de utili7ación %normalmente entre 5' y &-'
4abricación de 'olímeros.-

Su fabricación implica cuatro pasos b#sicos1

1. btención de las materias primas (


-. Síntesis del polímero b#sico 3. btención del polímero como un producto utili7able industrialmente @. Joldeo o deformación del pl#stico hasta su forma definitia.

T+cnicas de conformación.-

1. E
también moldea por soplado o por

inyección.

-. M"#e" $"% c"$%e)ión 4e5clusi$o para termoestables 6? !a presión fuer7a al pl#stico a adoptar una forma concreta

3. M"#e" $"% t%!n)+e%enci!? :n pistón introduce el pl#stico fundido a presión en un molde

Usos de los 'olímeros.&. Construcción:

!6 El polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del mismo modo que el @AC.

b6 El @AC se emplea también en forma de l#minas como material de construcción.

c6 Juchos pl#sticos se utili7an para aislar cables e hilos. 6 El poliestireno aplicado en forma de espuma sire para aislar paredes y techos.

)


e6 Jarcos para puertas, entanas y techos, molduras y otros artículos. 6. )mpauetado:

!6 @olietileno de ba8a densidad en rollos de pl#stico transparente para enoltorios.

b6 El polietileno de alta densidad se usa para películas pl#sticas m#s "ruesas, como la que se emplea en las bolsas de basura.

c6 tros polímeros utili7ados también en el empaquetado son1 polipropileno, poliestireno, policloruro de inilo %@AC+ y el policloruro de inilideno.

7. Otras aplicaciones:

!6

Labricación de motores y pie7as de motores.

b6

Carrocerías de automóiles hechas con pl#stico refor7ado con fibra de idrio.

c6

Labricación de carcasas para equipos de oficina, dispositios electrónicos, accesorios peque>os y herramientas.

6

[u"uetes, maletas y artículos deportios.

Termoplsticos.-

D

Son calentados a una temperatura superior o cercana a la de fusión, de tal forma que se ha"a pl#stico o líquido.

D

Es aciado o inyectado en un molde para producir la forma deseada.

D

El material de desecho puede reciclarse minimi7ando el desperdicio.

Termoestables.-

D

Se utili7an pocas técnicas de transformación ya que una e7 ocurrida la formación de entrecru7amiento no pueden oler a ser transformados.

D

El material de desecho no puede ser reciclado.

('


)5trusión.-

D

:n mecanismo de tornillo empu8a el termopl#stico caliente a traés de una boquilla, que puede formar sólidos, películas, tubos.

D

@uede utili7arse para recubrir conductores y cables, con termopl#sticos o termoestables.

FIGURA 3.; E


écnica mediante la cual se puede producir películas de polímero



!a película se e/truye en forma de bolsa, la cual es separada con aire a presión, mientras el polímero se enfría.

*oldeo por soplado.-

D

Lorma hueca de termopl#sticos conocida como preforma

D

Es introducida en un molde y mediante calor y la presión de un "as se e/pande hacia las paredes del molde.

(&


D

Es utili7ado para producir botellas de pl#stico recipientes tanques para combustible.

FIGURA 3. M"#e!" $"% )"$#!"

*oldeo por in,ección.-

D

!os termopl#sticos que se calientan por encima del punto de fusión pueden ser for7ados a entrar en un molde cerrado para producir una pie7a.

D

Es similar al moldeado por fundición a presión de los metales.

D

:n émbolo obli"a al polímero caliente a entrar en el molde

D

@roduce asos, peines, en"rana8es.

FIGURA 3. M"#e!" $"% in/ección

(0


Termoformado.-

D

!as l#minas de polímero termopl#stico son calentadas hasta lle"ar a la re"ión pl#stica.

D

?til para producir cartones para hueos y paneles decoratios.

D

Se puede efectuar utili7ando dados, acío y aire a presión.

FIGURA 3.H Te%"+"%!"

Calandrado.-

D

En una calandra se ierte pl#stico fundido en un 8ue"o de rodillos con una peque>a separación.

D

!os rodillos pueden estar "rabados con al"?n dibu8o presionan el material y forman una ho8a del"ada de polímero.

D

@roductos típicos de este método incluyen losetas de inilo para suelo y cortinas para ducha.

FIGURA 3. M"#e!" $"% in/ección

(3


Termoplsticos.-

D

Se resblandecen con el calor, pudiéndose moldear a nueas formas que se conseran al enfriarse.

D

Esto se e/plica debido a que las macromoléculas est#n unidas por fuer7as débiles que se rompen con el calor.

TA,LA 3.@ Ee$#") e te%"$#J)tic") &. @olietileno %@E+

-. Jetacrilato

0. @olipropileno %@@+

5. eflón

3. @oliestireno %@S+

. Celof#n

. Cloruro de poliinilo %@AC+

(. Fylon o poliamida %@=+

TA,LA 3.; @ropiedades de los termopl#sticos NOM,RE

FRMULA

PROPIEDADES

APLICACIONES

@olietileno

\ CH0 \ CH0 rasl?cido en l#mina.

!#minas, bolsas, tuberías,

%@E+

\

reestimientos aislantes,

Lle/ible, permeable a

(

PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL ________________________________________________________________________ hidrocarburos, alcoholes

tapones, tapas, enases,

y "ases. Gesistente a

8u"uetes.

rayos ] y a"entes @olipropileno

químicos. Ka8a densidad, Gi"ide7

=rtículos domésticos,

eleada, Gesistente a

enases, carrocerías

\ CH0 \ CH

rayos ], Juy poco

moldeadas, baterías,

\

permeable al a"ua.

parachoques, muebles de

Gesiste temperaturas

8ardín, 8erin"uillas, frascos,

eleadas %Q&3- *C+ y

prótesis.

"olpes. ransparente.

Enases.

Fo tó/ico al in"erir

:tensilios de cocina

CH3

%@@+

^

@oliestireno %@S+

C5H^

\ CH0 \ CH Kuenas propiedades

6ifusores ópticos

\

ópticas y eléctricas. L#cil

=islamiento térmico.

de te>ir Gesistente a

[u"uetes.

rayos ] Gesistente a

=rtículos de oficina.

aceites. Cl Lle/ible o Gí"ido. paco

=rtículos domésticos,

@olicloruro de inilo %@AC+

^

o transparente. Gesistente

enases, aislamiento de

\ CH0 \ CH a rayos ], #cidos, bases,

cables eléctricos, tuberías

\

aceites, "rasas y

de a"ua, reestimientos de

alcoholes.

suelos, maletas, piel sintética, industria química,

@olitetrafluoroe

\ CL0 \ CL0 9nerte. =ntiadherente.

etc. @rótesis, 8untas, pie7as

tileno %@LE+ o \

9mpermeable al a"ua y a

mec#nicas en medios

teflón

las "rasas. E/celente

corrosios, aislamiento

resistencia al calor y la

eléctrico, reestimiento de sartenes. Jaterial sustitutio del idrio en letreros

@olimetacrilato

CH3

corrosión. ransparente. E/celentes

de metilo

^

propiedades ópticas.

(-

PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL ________________________________________________________________________ %@JJ=+ o

\ CH0 \ C \ Gesistencia al

ple/i"l#s

^

CCH3 G

Siliconas

^ \  \ Si \

luminosos, cristaleras,

ene8ecimiento y a la

entanillas, itrinas. Libras

intemperie.

ópticas, odontolo"ía,

Lluidas, lubricantes,

prótesis, lentes de contacto. Lluidos para

antiadherentes,

transformadores eléctricos.

débilmente tó/icas.

Jasillas, moldeados

^

comple8os. Geestimientos

G

antiadherentes, barnices,

E8emplos 1

ceras, tratamiento de

G  CH3 o

quemaduras, te8ido

C5H-

sintético.

Termoestables.-

$

Se descomponen con el calor antes de lle"ar a fundir.

$

Fo se les puede moldear. Son fr#"iles y rí"idos.

$

Esto se e/plica debido a que las macromoléculas est#n muy entrela7adas.

$

E8emplos1 @oliuretano Gesinas fenólicas Jelamina

)lastómeros.-

D

@olímeros que se caracteri7an por su "ran elasticidad, adherencia y ba8a dure7a.

D

Estructuralmente

son

intermedios

entre

los

termopl#sticos

y

los

termoestables. D

E8emplos1

(5

PETROQUÍMICA DEL GAS NATURAL ________________________________________________________________________ 

Caucho natural



Caucho sintético



Feopreno

'rocesado de polímeros termoplsticos.-

D

Joldeo por inyección1 un material pl#stico ablandado por calentamiento es for7ado a entrar en un molde relatiamente frío.

D

Joldeo por soplado1 un tubo hueco es for7ado a adoptar la forma de un molde por presión interna de aire.

D

E/trusión

'rocesado de polímeros termoestables.-

D

Joldeo por compresión1 proceso térmico en el que el componente a moldear se introduce en un molde.

D

Joldeo por transferencia1 proceso térmico en el cual se ablanda el compuesto en una c#mara de transferencia calent#ndolo.

D

Joldeo por inyección.

D

Joldeo por fundición.

'lsticos especiales.-

D

!os pl#sticos especiales poseen al"una propiedad destacada, como la e/traordinaria transferencia y resistencia a la intemperie del polimetacrilato de metilo %@JJ=+, o la ba8a fricción y la resistencia a la temperatura %hasta 05'
(


D

!os pl#sticos técnicos de costo eleado, tienen propiedades mec#nicas %resistencia, ri"ide7, tenacidad+ y térmicas %temperatura de uso+ eleadas entre los pl#sticos.

D

Entre ellos se destacan1 el acrilonitrilo$butadieno$estireno %=KS+, de buenas propiedades mec#nicas, pero que se inflama f#cilmente en contacto con el fue"o; las poliacetales %@J+, de e/celente ri"ide7 %usados para resortes de pl#stico+, y el policarbono %@C+ de "ran tenacidad y buen comportamiento al fue"o.

ecicla%e de plsticos.-

D

!os pl#sticos pueden ser sometidos a un reciclado químico para recuperar los materiales constituyentes ori"inales y obtener materiales nueos.

D

=l"unos pl#sticos adquieren mayor dure7a y se tornan m#s quebradi7os cuando se reciclan.

Características de algunos materiales.-

= continuación mostramos los m#s comunes1

TA,LA 3. C!%!cte%*)tic!) e !te%i!#e)

M!te%i!#

Re)i)tenci! ! M!ne!bi#i! Re)i)tenci! !#t! Te$e%!t'%!

M"#e!"

! #!

D'%e! 8

C")t"

F%!&i#i!

c"%%")ión

Met!#e) Ce%Jic") P"#*e%") E#=ct%ic")

Jedia2ba8a =lta Ka8a =lta Jedio Juy alta Juy ba8a Juy alta Juy ba8a Ka8o Juy ba8a Juy alta Juy alta 6iersa Aarios @ropiedades eléctricas y ópticas ?nicas %electrónica y

C"$'e)t"

comunicaciones+. odo tipo de combinaciones en las propiedades físicas y mec#nicas.

((


) .

Tipos de 'olietileno.-

FIGURA 3.1:. P"#ieti#en"

.

'ropiedades del polietileno.-

TA,LA 3. @ropiedades de los polietilenos P"#ieti#en"

Pe)" M"#ec'#!% C%i)t!#ini! PM

6e ba8a

P

Re)i)tenci!

F')ión

ecJnic!

&'''' a -'''

-'O

&&-
&'' I"2cm0

6e alta

-''' a

('$)'O

&3-
0(' I"2cm0

densidad

&'''''

densidad

. 4abricación del polietileno de ba%a densidad.-

()


FIGURA 3.11 Di!&%!! e# P%"ce)"

4abricación del polietileno de alta densidad.-

FIGURA 3.1- Di!&%!! e# P%"ce)"

Obtención del policloruro de $inilo /'3C1 a partir del etileno.-

C0H  Cl0 ClH0C W CH0Cl



ClH0C W CH0Cl

 H0CCHCl

n%H0CCHCl+  G

 HCl

1%! F!)e 4 C!t C# 3Fe6 -! F!)e 4 ;:: C9 3: !t6

 G%H0C$CHCl+n$H0C$CHClG

4;: C9 1: !t6

)$aluación )conómica.-

*e%or #lternati$a:

!a ruta de acomplamiento o/idatio es la me8or alternatia si es que se lo"ra aumentar la selectiidad del etileno y propileno hasta -'O y ('O,

)'

Capítulo 3: Procesos Petroquímicos Para Transformar Metano A Metanol Y Plásticos

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