Procesos de fabricación de polipropileno Obtención del Polipropileno Aunque los procesos comerciales de obtención del polipropileno son variados, se les puede clasificar, dependiendo del medio de reacción y de la temperatura de operación, en tres tipos: » Procesos en solución » Procesos en suspensión » Procesos en fase gas En la actualidad muchas de las nuevas unidades de producción incorporan procesos híbridos, en los que se combina un reactor que opera en suspensión con otro que opera en fase gas. Los procesos en solución, prácticamente en desuso, son aquellos en los que la polimerización tiene lugar en el seno de un disolvente hidrocarbonado a una temperatura de fusión superior a la del polímero. Entre sus ventajas han contado con la fácil transición entre grados, gracias a la pequeña dimensión de los reactores empleados. Los procesos en suspensión (slurry), están configurados para que la reacción tenga lugar en un hidrocarburo líquido, en el que el polipropileno es prácticamente insoluble, y a una temperatura inferior a la de fusión del polímero. Dentro de este tipo de procesos existen marcadas diferencias en la configuración de los reactores (de tipo bucle o autoclave) y en el tipo de diluyente utilizado, lo que afecta a las características de la operación y al rango de productos que se puede fabricar. Los procesos en fase gas están caracterizados por la ausencia de disolvente en el reactor de polimerización. Tienen la ventaja de poderse emplear con facilidad en la producción de copolímeros con un alto contenido en etileno (en otros procesos se pueden presentar problemas al agregar altas concentraciones de etileno, puesto que se hace aumentar la solubilidad del polímero en el medio de reacción). Destilación del Propileno Unos de los métodos más utilizados para obtener el Propileno es la destilación a partir de G.L.P. (Gas Licuado de Petróleo) con una proporción mayoritaria de componentes livianos (Propano, Propileno, etc).
El proceso de destilación se compone de una serie de pasos que van eliminando los diferentes componentes no deseados hasta obtener Propileno. Primero, se “dulcifica” la mezcla en la Merichem en la cual de separan componentes tales como Anhídrido carbónico o Mercaptanos. Luego, se separan los componentes livianos en una columna de destilación “Deetanizadora”, tales como Metano, Etano o Nitrógeno. Después de esto llega el paso más complejo, que es el de separar el Propileno del Propano, los cuales poseen un peso específico muy similar, por lo tanto se necesita una columna de destilación “Splitter” muy larga con gran cantidad de platos y con un sistema muy complejo de reflujo de condensado. Para finalizar, se eliminan los últimos componentes residuales, como Arsina, y se obtiene el Propileno listo para polimerizar.
Proceso Novolen
El propileno, el etileno y/o alguno de los demás comonómeros utilizados se alimentan a los reactores. Se agrega hidrógeno para controlar el peso molecular en el medio de reacción. Se eligen las condiciones de polimerización (temperatura, presión y concentración de los reactivos) dependiendo del grado que se desee producir. La reacción es exotérmica, y el enfriamiento del reactor se realiza por la transferencia de calor por la descompresión (flash) de la mezcla de los gases licuados del reactor con las corrientes de alimentación. La evaporación de los líquidos en el lecho de polimerización asegura que el intercambio de calor extremadamente eficiente. El polvo de polipropileno se descarga desde el reactor y se separa en un tanque de descarga a presión atmosférica. El comonómero sin reaccionar se separa del polvo y se comprime, y finalmente se recicla o se retorna aguas arriba a la unidad de destilación para su recuperación. El polímero se pone en contacto con nitrógeno en un tanque de purga para despojarlo del propileno residual. El gas de purga se recupera, el polvo se transporta a los silos de polvo, y posteriormente por extrusión se convierte en pellets, donde se incorpora una gama completa de aditivos bien dispersados. Proceso LIPP Es un proceso similar al Novolen. Es el adoptado por Petroken S.A. para la producción de Homopolímeros.
Consiste en hacer reaccionar el propileno junto con Hidrógeno y el catalizador en un reactor. Luego de terminado este paso, se separa el polipropileno de residuos de la reacción, como monómeros, catalizador, etc., los cuales son reflujados al reactor. Luego se suceden los mismos pasos de terminación que en el proceso Novelen. Proceso Spheripol Para describir con más detenimiento los procesos, hablaremos de uno de los más empleados en la actualidad: el proceso Spheripol. Diseñado como híbrido con dos reactores en serie, el primero para trabajar en suspensión y el segundo en fase gas, es un proceso versátil, que permite preparar diferentes tipos de productos con propiedades óptimas. El primer reactor es de tipo bucle (o loop), en el cual se hace circular catalizador y polímero a gran velocidad para que permanezcan en suspensión en el
diluyente. El diluyente es en realidad el mismo propileno líquido que, dadas las condiciones de operación, facilita la evacuación del calor generado por la reacción al mismo tiempo que permite aumentar el rendimiento del sistema catalítico. En el segundo reactor de fase gas se incorpora ulteriormente el polímero producido en el reactor loop. En esta fase se preparan grados con características especiales añadiendo un comonómero además del monómero. Tras separar el polímero fabricado de las corrientes de propileno, y de desactivar el catalizador, el polvo de polipropileno obtenido se envía a la línea de acabado donde se añaden aditivos y se le da la forma de granza requerida para su distribución comercial.
En el campo de los procesos, los últimos desarrollos han ido dirigidos a la optimización con objeto de mejorar las propiedades de los polímeros, aumentar las capacidades de producción y reducir costes. La adecuación del proceso al sistema catalítico empleado es un parámetro fundamental con vistas a este objetivo.
Polipropileno ( PP ). Diagrama de bloque del proceso. En la figura se exponen las etapas que conforman el diagrama de bloque para obtención del polipropileno. Descripción específica del proceso. La planta de PROPILCO S.A emplea proceso en fase gaseosa y lecho fluidizado con tecnología UNIPOL de Union Carbide. A continuación se explica el proceso a través de las diversas etapas que lo conforman : Etapa de almacenamiento y purificación : En la producción de homopolímeros se emplea únicamente propileno, el cual es un hidrocarburo que llega a la planta en estado líquido y a temperatura de -44 oC (ver figura).
Este hidrocarburo arriba en buques y se bombea desde el muelle hasta la planta para ser almacenado en dos esferas con capacidad de 21000 toneladas, aisladas convenientemente para la conservación del frío. En la producción de copolímeros random y copolímeros de impacto, además de propileno se emplea el etileno. Este hidrocarburo, al igual que el propileno, llega a la planta en buques, en estado líquido a -106oC y se almacena en un tanque cilíndrico debidamente aislado para su conservación a baja temperatura. El objetivo de mantenerlos a esta temperatura a fin de controlar la alta volatilidad que presentan. Posteriormente de las esferas de almacenamiento se pasan los monómeros a cargar en el proceso por un área de purificación, puesto que normalmente contienen impurezas tales
como agua, oxígeno, alcoholes, monóxido de carbono etc, las cuales son nocivas para el catalizador empleado en la reacción y por ende son retiradas usando un tren de purificación especialmente diseñados para cada reactante. En el proceso de purificación se emplean fundamentalmente operaciones de destilación y absorción en lecho frío ; los equipos de absorción de impurezas , básicamente son tanques rellenos con tamiz molecular. Cuando estos tamices se encuentran saturados de impurezas, se regeneran con nitrógeno el cual se envía a la tea de la planta a fin de quemar las trazas de impurezas. Los estándares de emisiones en la combustión de la tea se consiguen controlando la intensidad de la llama por medio de inyección de vapor, operación realizada desde la sala de control de la planta. Etapa de reacción : Con los monómeros purificados se pasa a la zona de reacción (ver figura). Para la producción de homopolímeros y copolímeros random. La reacción ocurre en fase gaseosa en un reactor de lecho fluidizado al cual se alimentan continuamente los reactantes y un catalizador especialmente diseñado para la obtención de polipropileno de configuración isotáctico.
El catalizador empleado pertenece al tipo Ziegler Nicholls, específicamente tetracloruro de titanio y se mantiene almacenado en estado líquido. Cuando pasa al proceso de reacción, experimenta un cambio de fase convirtiéndose en gas para llevar a cabo la reacción en fase gaseosa con el monómero (propileno). El sistema de reacción consta del reactor ( ver figura ), un compresor de desplazamiento positivo y un enfriador. El reactor tiene aproximadamente 40 metros de altura y 4 metros de diámetro . El compresor mantiene en circulación continua los gases, succionando gases calientes del tope del reactor y forzándolos a pasar a través de un enfriador para retornarlos por el fondo del reactor. El polipropileno sólido formado se descarga continuamente hacia el área de desgasificación.
Las condiciones típicas de operación del reactor son las siguientes : carga :20 ton/hr a 40 oC;Temperatura de reacción 65 oC; Presión de reacción 32 Kgf/cm2 ; eficiencia o conversión 96-97%. Como se dijo anteriormente dentro del reactor se tiene un lecho fluidizado. Este lecho está formado por partículas del mismo producto, es decir polipropileno. La forma geométrica del reactor, facilita el deslizamiento de las partículas fluidizadas del lecho e impide que se vayan con las corrientes de reciclo gaseoso, el cual es de
aproximadamente 2000 lb/hr. La capacidad del reactor en volumen para que la reacción se desarrolle es de aproximadamente 500 metros cúbicos. El sistema de la torre enfriadora utiliza aproximadamente un flujo de 12000 gpm de agua de enfriamiento tratada con molibdato. Para la producción de copolímeros de impacto intervienen dos reactores instalados en serie ( ver figura ). El sistema de reacción No. 2 al igual que el sistema de reacción No.1, está compuesto de un reactor, un compresor y un enfriador. En el reactor No.1 se produce homopolímero a partir de propileno y el catalizador ; el polímero formado (polipropileno homo ) va al reactor No.2, donde la reacción prosigue, como una mezcla de propileno y etileno.
Etapa de desgasificación y peletizado : El copolímero así formado se descarga al área de desgasificación. El polipropileno descargado bien sea del reactor 1 o del 2, llega al tanque recibidor de producto, acompañado de gases ricos en monómero. Los gases se ventean hacia el sistema de recuperación, en el cual son comprimidos, enfriados y destilados. El propileno monómero líquido se recicla a los reactores; si se está utilizando etileno, éste se devuelve gaseoso al segundo reactor. La resina separada del tanque recibidor de producto, pasa al tanque de purga. En este tanque se purgan con una corriente de nitrógeno los pocos hidrocarburos que aún contiene el polipropileno, la mezcla nitrógeno-hidrocarburos se ventea a la tea, donde son quemados, la resina libre de
hidrocarburos pasa al mezclador continuo donde se funde y mezcla con aditivos para se sometida a peletización. Los gases venteados en el tanque recibidor de productos son ricos en monómeros y es indispensable la recuperación del monómero ( materia prima costosa), con el fin de hacer mas eficiente el proceso. Otra vez se recurre a la compresión, enfriamiento y destilación, el polipropileno venteado se pasa de la fase gaseosa a la líquida y se recircula a los reactores. Cuando se usa etileno, éste se recircula hacia el sistema de reacción en estado gaseoso. Con el propileno se encuentran trazas de propano el cual es resistente a la separación por tamices. Este propano en pequeñas cantidades es retirado en esta fase de purificación de la corriente de hidrocarburos y es llevado como gas remanente a los equipos de combustión (calderas), con el fin de ser quemado junto con el gas empleado por la planta, básicamente gas natural proveniente de la Guajira y vendido por PROMIGAS S.A. Etapa de almacenamiento y empaque : El polipropileno peletizado y cortado, pasa por un elutriador, separando los finos ("off grade") y luego de la debida certificación de laboratorio es llevado por transporte neumático a su almacenamiento en silos, despachándose a clientes a granel por carros tolva, supersacos de 500 Kgs, o en bolsas de 25 Kgs.
