proceso ebone

8/13/2019 Proceso Ebone

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Proceso LUMMUS/ UOP EB ONE fase liquida y proceso CDTECH EB

El etilbenceno (EB) se utiliza casi de forma exclusiva como intermediario en la produccin de

monmero de estireno (SM). Se produce mediante una alquilacin de fase lquida o fase vaporde benceno con etileno.

Hasta 1980, casi todo el EB se manufacturaba con un catalizador de cloruro de aluminio;

algunas unidades empleaban un catalizador a base de trifloruro de boro. En este ao comenz

operaciones la primera planta comercial que us un catalizador de zeolita.

Los proceso de fase lquida y fase mixta que operan a temperaturas menores a 270C que los

procesos catalizados con zeolita fueron en realidad capaces de producir etilbenceno de pureza

elevada. En este captulo se discuten dos tecnologas zeolticas para la produccin de EB:

EBone y CDTECH EB.

El proceso EBone en fase lquida de Lummus y UOP emplea un catalizador muy selectivo y

robusto, con duraciones de corrida comprobadas de ms de seis aos. Este proceso tiene

significativas ventajas de costo de capital y operacin en comparacin con los primeros

procesos que empleaban zeolita en fase vapor o ALCL3, as como con los procesos en fase

lquida para producir EB de la competencia.

El proceso CDTECH maneja un catalizador de zeolita empacado, estas pacas de catalizador se

instalan en el alquilador, semejando un empacado estructurado, lo que hace posible que la

reaccin de alquilacin y la destilacin de reactivos y productos se lleve a cabo en forma

simultnea.

Ambos procesos se caracterizan por rendimientos elevados, pureza superior de producto,

contenidos de xileno muy reducidos, bajo consumo de energa y largas duraciones de corrida,

por lo cual los reactores ya no requieren de repuesto ni los equipos de regeneracin

necesarios en los procesos de zeolita en fase vapor.

Qumica del proceso

El EB es producto de la alquilacin de benceno con etileno en presencia de un catalizador dezeolita. Tambin se realizan alquilaciones posteriores, las cuales producen dietilbenceno y

bencenos ms etilados, denominados genricamente bencenos polietilados. Adems tiene

lugar pequeas reacciones de acoplamiento que generan materiales como difeniletano (DPE) y

otros compuestos con punto de ebullicin elevados.

Descripcin del proceso

El benceno se alquila con etileno para producir una mezcla de bencenos alquilados. Tal mezcla

se destila para recuperar EB, excesos de benceno que van a reciclaje y bencenos mas etilados.

Los PEB se transalquilan con benceno para generar EB adicional. Desde que se utilizan los


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procesos de base zeolita, Lummus y UOP fueron los primeros en introducir el concepto de

reactores separados de alquilacin y transalquilacin.

El reactor de alquilacin en fase lquida consta de varios lechos de catalizador de zeolita que

operan de manera adiabtica. Asimismo, se emplea un exceso de benceno y se inyecta etileno

antes de cada lecho; en el reactor de alquilacin, el etileno reacciona por completo, quedandosolo los constituyentes inertes de la alimentacin, como el etano.

El reactor de transalquilacin tambin est conformado por varios lechos de catalizador de

zeolita. A su vez, se seleccionan las condiciones que mantengan los contenidos del reactor en

fase lquida.

El eje del proceso CDTECH EB es el concepto patentado de destilacin cataltica que combina la

reaccin cataltica y la destilacin en una sola operacin. Primero se introduce el etileno en

forma de vapor al fondo de la zona de reaccin. Posteriormente, la reaccin se realiza en la

zona cataltica de la columna, y la destilacin a travs de toda ella, lo que da como resultadoun flujo contracorriente de vapor y lquido en toda la columna.

Continuamente se retiran productos de reaccin de la zona cataltica, mientras que los

reactivos que no reaccionan y otros materiales ligeros se envan a la salida de vapor. El calor de

la reaccin se extrae de manera inmediata por medio de la evaporacin de benceno, lo cual

resulta fundamental porque permite una operacin caso isotrmica a la temperatura optima

de reaccin. Conforme se inyecta el etileno en las distintas partes del reactor, entra en

contacto con el benceno lquido que viene de la parte superior y se absorbe en la fase lquida.

En condiciones de equilibrio, la mayor parte del etileno se presenta en fase vapor. Al momento

en que el poco etileno del lquido toca el catalizador, reacciona de inmediato para formaretilbenceno.

Economa

Costos de inversin

Los procesos EBOne de Lummus/UOP y CDTECH EB son simples y cuentan con equipos

fabricados en acero al carbn. La inversin es considerablemente menor que la de otros

procesos disponibles comercialmente.

Alimentaciones

Ambas tecnologas logran procesar el rango completo de alimentaciones de etileno; asimismo,

son capaces de trabajar con etileno grado polmero, que presenta una especificacin de 99.9%

mol de etileno, y mximo de 50ppm de otras sustancias insaturadas y 10ppm de propileno.

Rendimientos y calidad del producto

Las reacciones de alquilacin y transalquilacin de los procesos EBone y CDTECH son muy

selectivas. La mnima formacin de residuos y la conversin de etileno del 100% danrendimientos totales de 99.7%. Puesto que las condiciones operativas son moderadas, los


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rendimientos y los niveles d conversin de etileno se mantienen a lo largo de la vida til del

catalizador.

Catalizadores

Los catalizadores de zeolita patentados que se utilizan en los reactores de alquilacin ytransalquilacin son muy estables. Adems de las corridas ms prolongadas que representa

esto. Entre los beneficios de las corridas largas tenemos que los ciclos de apagado para el

reemplazo de catalizadores son muy infrecuentes y que los costos de catalizador por tonelada

producida de etilbenceno se ven reducidos.

Efluentes del proceso

Los componentes inertes de la alimentacin de etileno se disolvern en el efluente del

alquilador y aparecern como materiales no condensables en el sistema de salida de la

columna de benceno, el cual se dirige a un quemador abierto o a un calentador.

Consumo de materia prima y servicios

Los procesos EBOne y CDTECH presentan rendimientos constantemente elevados a lo largo de

la vida til del catalizador. Integrar el calor generado a una unidad de estireno localizada

corriente abajo permite ahorrar insumos de servicios adicionales. La proporcin de benceno a

etileno es moderada.

Proceso de Polimeri Europa de ETILBENCENO

El etilbenceno (EB) es uno de los intermediarios petroqumicos de mayor volumen que se

utilizan hoy en da. Casi toda la produccin de EB y estireno suelen estar ubicadas en la misma

locacin, con lo cual tambin se aprovecha la integracin de la produccin y el consumo de

vapor.

Hoy en da, Polimeri Europa es una de las pocas empresas que, con sus catalizadores a base de

zeolita y tecnologa de proceso es capaz de brindar una tecnologa de produccin de EB flexible

y actualizada.

Qumica del proceso

La alquilacin de benceno con etileno es una reaccin exotrmica que se efecta en la fase

lquida y en presencia de catalizadores zeolticos. Se considera que la reaccin es una

sustitucin electrnica en el anillo aromtico, que tiene lugar mediante un mecanismo de tipo

ion carbonio.

La reaccin de alquilacin principal lleva a la produccin de EB, con el siguiente esquema:

C6 H6 (l) + C2 H4 (g) C6 H5 CH2 CH3 (l)


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Adems, a causa de la presencia de los sitios cidos del catalizador, el etileno puede continuar

reaccionando con el producto de EB, generando dietilbenceno, el cual es el subproducto

principal del proceso:

C6 H5 CH2 CH3 (l) + C2 H4 (g) C6 H4 (CH2 CH3)2 (l)

Junto con el dietilbenceno, tambin se producen otros polietilbencenos, pero en cantidades

mucho menores. Ninguno de los polietilbencenos que se generan constituye una prdida de

material del proceso, ya que se pueden recuperar en la reaccin de transalquilacin que se

lleva a cabo en una seccin especial de la planta, en funcin del siguiente esquema:

C6 H4 (CH2 CH3)2 (l) + C6 H6 (l) 2 C6 H5 CH2 CH3 (l)

El catalizador

Las zeolitas son aluminosilicatos cristalinos con una estructura microporosa regular que puede

ser de distintos tipos, de acuerdo con la composicin qumica y el mtodo de preparacin. La

principal responsable de la elevada selectividad del catalizador es la estructura zeoltica.

Desactivacin del catalizador

Los materiales zeolticos se pueden desactivar ya sea por envenenamiento de los sitios activos

o por el bloqueo de los poros. La primera forma de desactivacin es ocasionada por venenos

que, incluso en cantidades pequeas, pueden contaminar las materias primas. La segunda esconsecuencia de la formacin de coque.

Los venenos conocidos de las zeolitas cidas son los compuestos bsicos como aminas u otros

compuestos con nitrgeno, que pueden estar presentes en la alimentacin de benceno y/o

etileno de los reactores. De hecho, neutralizan los sitios cidos de la zeolita de manera tal que

desactivan al catalizador.

Descripcin del flujo de proceso

Una planta de EB consta de cuatro secciones principales: pretratamiento, alquilacin,

transalquilacin y destilacin.

En la seccin de pretratamiento el benceno fresco proviene del OSBL se alimenta a la columna

de secado para retirar el agua y el oxigeno molecular. El benceno seco se enva a un lecho

protector para extraer cualquier posible veneno del catalizador.

En la seccin de alquilacin la reaccin de etileno con benceno tiene lugar en uno o ms

reactores con lecho fijo debido a lo exotrmico de la reaccin, se necesitan refrigeradores

intra-lechoexternos, los cuales permiten una recuperacin total del calor. El exceso de


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benceno, reciclado de la seccin de destilacin junto con el benceno fresco tratado, se

precalienta y luego es alimentado al principio del tren de alquilacin.

El efluente de la zona de alquilacin, que consiste en esencia de benceno sin reaccionar,

etilbenceno y subproductos como dietilbenceno, polietilbenceno, y componentes de mayor

punto de ebullicin, se alimenta al sistema de destilacin.

En la seccin de transalquilacin el dietilbenceno que se produjo en la zona de alquilacin y

que se separo en la de destilacin, reacciona con el exceso de benceno para producir EB

adicional. Primero, se precalienta la mezcla de benceno y dietilbenceno, y posteriormente se

enva a un reactor de lecho fijo especial, se realiza la reaccin isotrmica en la fase liquida.

La seccin de destilacin est integrada por un tren de tres columnas. La primera columna,

alimentada con efluentes de la alquilacin y la transalquilacion, se remueve el benceno de la

parte superior y se recicla a las secciones de alquilacin y transalquilacion. El EB puro se puede

separar de la cima de la segunda columna, y luego se enva a almacenamiento. En la terceracolumna se efecta la separacin de los subproductos ms pesados. Los polietilbencenos

transalquilables se extraen de la seccin superior de la columna y son reciclados a

transalquilacin, mientras que los subproductos de punto de ebullicin elevados salen del

fondo.

Caractersticas avanzadas del proceso y el catalizador

Todas las tecnologas de produccin de EB basadas en zeolitas presentan las siguientes

ventajas en comparacin con las de la tecnologa de cloruro de aluminio:

* Costos reducidos de inversin y mantenimiento, debido a que todo el equipo de seccin de

la reaccin es de acero al carbn.

* Costos operativos menores, porque emplea un catalizador heterogneo en lugar de un

homogneo.

* Impacto ambiental limitado.

* Selectividad elevada.

Tecnologa de ETILBENCENO de EXXONMOBIL/BADGER

El proceso EBMaxSM para la produccin de etilbenceno por alquilacin de benceno con

etileno, produce etilbenceno en condiciones totales o parciales de fase lquida, en un

catalizador de zeolita patentado por ExxonMobil que se ubica en reactores de lecho fijo. La

pureza del etilbenceno producido en este proceso es muy elevada, por lo general sobrepasa

99.9 por ciento, con menos de 100ppm de impurezas. Las unidades de etilbenceno son

adyacentes a las unidades de monmero de estireno.


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* El catalizador de la alquilacin EBMax genera cantidades muy pequeas de polietilbencenos,

reduciendo con ello el tamao y costo del equipo necesario para recuperar estos compuestos y

el monto de catalizador que se usa para su transalquilacin.

Qumica del proceso

En el reactor de alquilacin, el etileno reacciona con benceno, cuya alimentacin excede la

necesidad estequiomtrica, formando etilbenceno:

C6 H6 + C2 H4 C6 H5-C2 H5

Benceno Etileno Etilbenceno

El catalizador de alquilacin EBMax de ExxonMobil adsorbe con potencia al benceno. En

consecuencia, la formacin de subproductos originados por las reacciones de oligomerizacin

de etileno prcticamente queda eliminada. Se piensa que los oligmeros de etileno pueden ser

precursores de compuestos pesados que contaminan el catalizador, los cuales reducen su

actividad.

El etilbenceno producido se somete a una mayor etilacin:

C6 H5-C2 H5 + C2 H4 C6 H4-(C2 H5)2

Etilbenceno Etileno Dietilbenceno

El etileno reaccionar con otros alquilbencenos presentes en la alimentacin del reactor,

creando los etilalquilbencenos correspondientes. Ejemplo:

C6 H5-CH3 + C2 H4 C6 H4- (CH3)(C2 H5)

Tolueno Etileno Etiltolueno

Todo el tolueno de la alimentacin de benceno de la unidad se presentar en el producto de

etilbenceno, ya sea en forma de tolueno o de etiltolueno.


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En el reactor de alquilacin se experimenta una pequea prdida de rendimiento a causa de

los subproductos pesados que no se convierten con facilidad en etilbenceno en el reactor de

transalquilacin. Entre estos materiales se incluyen los tetraetilbencenos, los polietilbencenos

ms pesados y los diarilalcanos; estos ltimos se forman por una reaccin compleja de

transferencia de hidruros. Ejemplo:

C6 H5-C2 H5 + C6 H6 C6 H5- C2 H4- C6 H5 + H2

Algunos de los compuestos no aromticos que entran a la unidad EBMax con la alimentacin

de benceno, en especial los que tienen puntos de ebullicin muy similares, se concentraran en

el reciclaje de benceno y se podrn observar en la alimentacin de los reactores de alquilacin

y transalquilacin. Estos compuestos pueden formar otros compuestos no aromticos o

pesados. Quiz algunos de estos compuestos no aromticos escapen de la unidad junto con el

producto de etilbenceno o la salida de la columna de compuestos ligeros, al menos una parte

deber ser extrada por reaccin, debido a que no se pueden retirar de modo significativo por

fraccionamiento.

El catalizador de alquilacin EBMax posee una selectividad de monoalquilacin

intrnsecamente elevada. Este catalizador no requiere de un excedente de benceno que

promueva una operacin estable; sin embargo, el excedente ayuda a reducir la cantidad de

polietilbencenos que se produce en el reactor de alquilacin. La mayor parte de las unidadesde etilbenceno en fase lquida incluyen sistemas de pretratamiento de benceno para eliminar

los compuestos bsicos.

Descripcin del proceso

Todas las plantas EBMax tienen una seccin de reaccin, que consta de un sistema de

alquilacin y transalquilacin, y un sistema de destilacin, conformado por cuatro columnasque recuperan el benceno sin reaccionar y el producto de etilbenceno, y rechazan los

compuestos pesados y ligeros. Para precalentar las alimentaciones que van a los sistemas de

reaccin y para calentar las columnas de destilacin, se puede emplear una fuente de calor de

alta temperatura. En las plantas que integran una unidad de EBMax se puede utilizar el vapor

generado en el sistema de alquilacin y los condensadores de salida de vapor de las columnas

de destilacin como vapor de dilucin.

Las plantas que usan etileno diluido como alimentacin requieren de equipo adicional pararecuperar el benceno y los otros compuestos aromticos de los diluyentes inertes que


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conforman el gas residual del proceso. Para las unidades EBMax que reciben alimentacin de

etileno con gran cantidad de diluyentes, el sistema de alquilacin fue diseado para operar en

condiciones de fase liquida parcial, en el cual una fase de vapor, rica en etileno, y una fase

liquida, cargada con compuestos aromticos, fluyen a contracorriente y de manera

descendente a travs de los lechos de catalizador del reactor de alquilacin.

En el sistema de alquilacin, el etileno reacciona con benceno en la fase liquida sobre un

catalizador de alquilacin EBMax de ExxonMobil, formando etilbenceno y cantidades de

polietilbencenos. El benceno se precalienta a la temperatura de reaccin y se introduce al

fondo del reactor; una parte de alimentacin total de etileno se introduce corriente arriba de

cada lecho catalizador. El calor de reaccin de cada etapa se puede recuperar por la accin de

intercambiadores de generacin de vapor.

Los polietilbencenos del etilbenceno crudo se recuperan en la seccin de destilacin de la

planta EBMax. En el sistema de transalquilacin, los polietilbencenos se convierten en

etilbencenos mediante una reaccin con benceno en un recipiente repleto de lquido. Los

polietilbencenos y el benceno se mezclan externamente y luego son precalentados antes de

alimentar al reactor, el cual contiene un solo lecho de catalizador de transalquilacin

ExxonMobil.

En la seccin de destilacin, el benceno sin reaccionar, los polietilbenceno y los compuestos

ms pesados se separan de los efluentes del reactor de alquilacin y transalquilacin para

producir etilbenceno.

Una parte de la salida de vapor de la columna de benceno se alimenta a una columna de

sustancias ligeras para rechazar el C4 y los compuestos ms ligeros. En la seccin inferior de la

columna de sustancias ligeras, el benceno mojado entra en contacto con la alimentacin de

vapor de la columna de benceno. La corriente seca de materiales de fondo se bombea al

tambor de reflujo de la columna de benceno. La salida de vapor de la columna se condensa

con agua de enfriamiento, y el agua que entra al sistema, por medio de la alimentacin de

benceno, se separa de los hidrocarburos condensados del tambor de reflujo. En las unidadesintegradas de EB/SM, se lleva a cabo una recuperacin de compuestos aromticos; cabe

destacar que la prdida de rendimiento por los materiales ligeros es muy pequea y que, por

motivos prcticos, se puede ignorar.

Los materiales de fondo de la columna de benceno se alimentan a la columna de etilbenceno

para recuperar un producto de etilbenceno de alta pureza.

Optimizacin del diseo del proceso y adecuacin para propsitos especficos


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Todas las plantas EBMax incluyen las operaciones bsicas de la descripcin de proceso que se

mencion; no obstante, las condiciones operativas de las secciones de reaccin y destilacin

sern distintas para cada planta en funcin de cmo se haya optimizado su diseo para

integrar los sistemas de servicios y la unidad que se alimentar.

Los modelos de la unidad EBMax fueron optimizados para equilibrar los costos de capital y de

operacin, de acuerdo con los criterios econmicos especficos de cada proyecto, y tambin

considerando las condiciones de suministro de la alimentacin y los lmites impuestos por los

sistemas de insumos. En la mayora de los casos, los criterios econmicos de las plantas nuevas

favorecen un diseo con proporcin B/E baja. El impacto de esta proporcin en el costo del

equipo es fundamental, mientras que, comparativamente, el de materia prima parece

pequeo.

Diseo de procesos EBMax para la alimentacin de etileno diluido

El diseo y la operacin del equipo ubicado corriente debajo de la columna de benceno no

resultan afectados por el uso de la alimentacin de etileno diluido. La qumica de la reaccin

no se ve alterada por la presencia de diluyentes inertes, y el consumo de etileno y benceno no

aumenta de manera notable.

Para los modelos que utilizan etileno diluido, el aumento en el costo de capital y el consumode insumos de la unidad EBMax casi siempre deber justificarse con un incremento en la

produccin de la unidad de etileno o con una reduccin en los costos operativos de la unidad.

Conversin de tecnologa y capacidad de expansin con EBMax

Los sistemas nuevos de reaccin EBMax a menudo se construyen en algn espacio disponible

adyacente mientras la unidad existente sigue operando y se conectan con el sistema dedestilacin durante el ciclo de parada.

En las actualizaciones de la tecnologa fase vapor, por lo regular se reutilizan los reactores

existentes para los procesos de alquilacin y transalquilacin, con lo que la inversin de capital

se reduce. Con estas mejoras se puede lograr un aumento en la capacidad productiva en el

rango de 50 a 100 por ciento, sin que se tenga que modificar en forma radical la seccin de

destilacin.

Calidad de producto del etilbenceno


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La pureza del etilbenceno de la unidad EBMax es muy elevada. Los principales factores que

intervienen en la calidad de producto del etilbenceno son la operacin de la columna de

destilacin y la pureza de la alimentacin de benceno. Las unidades EBMax diseadas para

producir una separacin marcada en la columna de benceno han reportado purezas mayores a99.98 por ciento en peso, al operar con alimentaciones muy puras de benceno.

El diseo y la operacin de la columna de benceno afectan el contenido de benceno del

producto de etilbenceno. El benceno y el tolueno se producen como subproducto de la

deshidrogenacin del etilbenceno en cantidades grandes en relacin con el contenido residual

de benceno del producto de etilbenceno. Por lo tanto, en el etilbenceno suele ser aceptable un

contenido de benceno de aproximadamente 1,000ppm.

Requerimientos de catalizador

La cantidad total de catalizador que necesita el proceso se calcula con base en la capacidad de

la planta, las condiciones operativas del reactor y la meta de operacin continua entre cada

parada de mantenimiento. El catalizador EBMax de ExxonMobil que se utiliza en los reactores

de alquilacin y transalquilacin puede operar durante muchos aos antes de requerir un

reemplazo.

Diseo de una planta EBMax

Una unidad EBMax comn est conformada por un equipo de alrededor de 40 piezas. Todas

las piezas principales estn fabricadas con acero al carbn. Los mezcladores en lnea de

etileno, las mallas de soporte del catalizador y los tubos de un pequeo intercambiador de

agua de enfriamiento estn hechos de acero inoxidable. En la mayora de los modelos, lastorres de destilacin incluyen platos de vlvula convencionales.

En la actualidad, se pueden construir unidades EBMax de un solo tren con capacidades

productivas mayores a un milln de MTA sin grandes dificultades. A finales de 2001 comenz a

funcionar una unidad EBMax capaz de producir 900,000 MTA de etilbenceno. Otra unidad, con

capacidad de 1.3 millones, arranc operaciones en 2004. En ms de una de las localizaciones,

una sola unidad de EBMax provee el etilbenceno de dos o ms plantas de SM. Una vez ms,

resulta importante la caracterstica del catalizador EBMax de operar con un excedente

pequeo de benceno en la alimentacin porque el reactor de alquilacin y las columnas de

benceno son dos de los recipientes ms grandes de la planta de etilbenceno.

proceso ebone

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