Thread Content
La última edición de este post fue realizada por Soy una persona bondadosa el 14 de agosto de 2016, a las 16:39. GMT 1. Introducción: El fraccionamiento del carbono cinco es un subproducto que se obtiene durante el proceso de producción de etileno en plantas de refino, unidades de craqueo catalítico y plantas de pirólisis de hidrocarburos pesados. Este producto contiene más de 30 componentes con puntos de ebullición similares. Se trata de una materia prima de gran valor potencial, ya que a partir de ella se pueden producir una serie de productos químicos de alto valor agregado. Esto permite reducir los costos de producción de etileno y mejorar la rentabilidad y competitividad de las empresas. En la utilización integral de los fraccionamientos de carbono C5, los compuestos más valiosos son el isopreno, el metilisopreno y el (diciclo)pentadieno. Estos tres compuestos representan entre el 40% y el 55% del contenido total de los fraccionamientos de C5. El isopreno es uno de los productos principales; su contenido en estos fraccionamientos es del 15% al 25%. Sus principales aplicaciones son la producción de caucho isoprenoico, caucho butílico y elastómeros termoplásticos como el SIS. También se utiliza como intermediario en la industria farmacéutica y agrícola, así como como aditivo en lubricantes sintéticos, agente vulcanizante para caucho y catalizador. Las posibilidades de desarrollo de este compuesto son muy amplias. 2 Propiedades del isopreno. El isopreno (2-metilbutadieno) también se conoce como 2-metil-1,3-butadieno. Su fórmula molecular es C5H8, y su masa molecular es de 68.12. A temperatura ambiente, el isopreno es un líquido aceitoso incoloro, volátil y irritante. No es soluble en agua, pero sí en etanol, éter y propano. Forma una mezcla explosiva con el aire; el límite de explosividad es superior al 1,6%. La isopreno, debido a sus dobles enlaces conjugados, tiene propiedades químicas muy activas; por lo tanto, es susceptible a reacciones de polimerización homogénea y copolimerización. Puede reaccionar con muchas sustancias para formar nuevos compuestos. 3 Métodos de producción de isopreno. El isopreno es uno de los componentes más utilizados y con mayor contenido dentro del grupo C5. Por lo general, se obtiene a partir de la extracción de fracciones de C5 obtenidas por la pirólisis de hidrocarburos líquidos pesados. Los principales métodos de producción son el sintético, el de deshidrogenación y el de extracción, siendo estos tres los mencionados en la Figura 1. 3.1 Métodos de síntesis (1) Método de aldehído alílico: Se sintetiza a partir de isobuteno y formaldehído, mediante un proceso en una sola etapa o en dos etapas. Método de una sola etapa para aldehídos alenos, mediante síntesis catalítica en fase gaseosa a partir de isobuteno y formaldehído. Método en dos pasos con buteno y formaldehído: En presencia de un catalizador ácido, el isobuteno y el formaldehído reaccionan mediante la reacción de Prins para formar 4,4-dimetil-1,3-dioxahexano (DMD). En la segunda etapa, el DMD se descompone para producir isopreno, formaldehído y agua. Esta tecnología fue desarrollada por Japón y puesta en práctica a nivel industrial; Rusia también la implementó a nivel industrial. Desventajas de este método: proceso largo, alto costo, bajo rendimiento y mala selectividad. ②El método de un solo paso con isobuteno y formaldehído; el método de dos pasos tiene un proceso largo y produce subproductos complejos. Es muy atractivo sintetizar isopreno en una sola etapa a partir de isobuteno y formaldehído; Japón y la antigua Unión Soviética realizaron numerosas investigaciones al respecto. Dicha ley fue recomendada como tecnología rusa en la conferencia de intercambio técnico entre China y Rusia. (2) Método de propileno: La empresa italiana Anicschi utiliza el gas natural como materia prima para producir acetileno. A continuación, este acetileno se combina con propileno para sintetizar metilbutanol; posteriormente, se realiza una deshidratación para obtener isopreno. Su reacción se lleva a cabo en tres pasos. Los materiales utilizados en esta ley no son corrosivos y se obtiene un alto rendimiento. Pero los precios de las materias primas son elevados, y el acetileno que se utiliza es muy peligroso, por lo que general no se emplea. (3) Método de pirólisis del trementina: En nuestro país existen unidades de investigación que lo han probado, pero no se han reportado resultados. La empresa estadounidense Goodsey utilizó en el pasado el método de polimerización por dimerización del propileno, pero ahora ha dejado de producirlo. 3.2 Método de deshidrogenación: Se utiliza isopentano o isopreno como materia prima para llevar a cabo la deshidrogenación y así obtener isopreno. La empresa estadounidense Guthrie, la empresa holandesa Sieloe y Rusia también realizan su producción. El proceso de deshidrogenación del isopenteno para obtener isopreno es el siguiente: La producción de isopreno en bruto consta de 3 pasos: deshidrogenación, adsorción y destilación. Para obtener productos de grado polimérico, el isopreno en estado bruto también debe ser purificado mediante un proceso de extracción. El proceso se muestra en las figuras 5 y 6. 3.3 Método de extracción: Los solventes utilizados en este método son el acetonitrilo, la dimetilamida, el N-metilpirrolidina y el N-formilmorfolina, entre otros. Países como Japón, Estados Unidos, Países Bajos y Alemania utilizan diferentes extractantes. Se utiliza acetona nítrica para producir isopreno: sus materias primas son fáciles de obtener y su precio es bajo. Además, prácticamente no causa corrosión en el acero al carbono, tiene baja viscosidad y un punto de ebullición bajo. El proceso es sencillo, por lo que en la industria se prefiere este método. La pureza del isopreno obtenido con este método es de hasta el 98%, con un rendimiento superior al 90%. También se utiliza dimetilformamida, lo que reduce el consumo energético; la pureza del isopreno alcanza el 99,5%, y la tasa de rendimiento es del 95%. Merece especial atención el proceso de extracción ARCO. Este proceso es un tipo típico de proceso de extracción; ya se ha industrializado y cuenta con la correspondiente licencia. Este proceso, que tiene su origen en el fraccionamiento C5 de las plantas de olefinas, consta de cuatro etapas: desciclodieno, destilación por extracción, regeneración del disolvente y destilación del producto. El diagrama simplificado de este proceso se muestra en la Figura 7. (1) Método DMF: también conocido como método GPI, fue desarrollado con éxito por la empresa japonesa Ruion. Su proceso principal es el siguiente: los materiales C5 obtenidos a partir de la pirólisis del nafta entran en contacto con un disolvente dentro de una torre. De allí, el pentano y el penteno se evaporan desde la parte superior de la torre. Los dienos y el disolvente pasan a la primera torre de desorción. Los dienos que se evaporan desde la parte superior de esta torre son enviados a una torre de destilación. En la parte inferior de la torre se obtienen 1,3-pentadieno y ciclopentadieno. El isopreno bruto que se obtiene desde la parte superior de la torre pasa luego por una segunda torre de extracción, una segunda torre de desorción y una segunda torre de destilación. Finalmente, se obtiene un producto de isopreno de grado polimérico con una pureza del 99,5%. El disolvente utilizado en esta ley tiene una alta solubilidad para el isopreno, ofrece una buena selectividad, se necesita en cantidades pequeñas y su uso reduce los costos operativos ； El disolvente no es corrosivo para el equipo; se puede utilizar acero al carbono común en todo el proceso ； Se pueden obtener, como subproducto, productos de isopentadieno y dicyclopentadieno con un cierto grado de pureza. (2) Método ACN: El método ACN es actualmente el método más utilizado en el extranjero para separar la fracción C5. Su proceso consta de 3 pasos: el primer paso consiste en separar el ciclopentadieno ； El segundo paso consiste en que el líquido extraído ingrese a la torre de desorción. Los dienos y alquinos que se desorben son lavados con agua para eliminar el acetonitrilo presente en ellos. El acetonitrilo y el agua son posteriormente regenerados en la torre de recuperación de solventes ； El tercer paso consiste en separar el isopropil y el isopropenilacético, así como el 1,4-pentadieno, desde la parte superior de la torre. El líquido que queda en la parte inferior de la torre se somete a un proceso adicional de destilación; de esta manera, se puede obtener el producto de penta-dieno desde la parte superior de la torre. La ventaja de este método es que el acetonitrilo es un solvente fácilmente disponible y de bajo costo. Además, tiene poca corrosividad para los equipos, su viscosidad es baja, la eficiencia de la torre de extracción es alta, y las temperaturas de operación son bajas. Los problemas relacionados con la polimerización de las sustancias que se extraen y que causan obstrucciones en los equipos también son fáciles de resolver. Pero la pureza del producto obtenido no es alta, por lo que solo puede satisfacer los requisitos de las especificaciones para la materia prima de caucho butílico. Si se desea obtener un producto de mayor pureza, es necesario realizar procesos adicionales, lo que complica el proceso de producción y aumenta los costos. (3) Método NMP: El método NMP fue desarrollado inicialmente por la empresa alemana BASF, y posteriormente se le realizaron mejoras. El proceso mejorado utiliza tecnología de hidrogenación catalítica y elimina la segunda torre de extracción. El flujo que contiene dieno se extrae a través de la línea lateral de la torre de destilación por extracción, y luego entra en la torre de destilación ； En la parte superior de la torre de destilación se obtiene el isopentadieno, el metileno y el ciclopentadieno; mientras que los solventes saturados regresan a la parte inferior de la torre de extracción por destilación ； El sustrato entra en el reactor de hidrogenación, donde se lleva a cabo la reacción de hidrogenación sobre un catalizador basado en alúmina con paladio. De esta manera, el isopentadieno se convierte en penteno y pentano, mientras que el ciclopentadieno se transforma en ciclopenteno y ciclopentano. Los productos resultantes de la hidrogenación regresan a la parte superior de la torre de extracción y destilación; los componentes que se obtienen en la parte superior de la torre son penteno, pentano, ciclopenteno y ciclopentano. La ventaja de este método es que su proceso de producción es relativamente sencillo, el solvente utilizado tiene baja toxicidad, el consumo energético es bajo, y se puede evitar la reacción de polimerización de los dienos. 3.4 Otras metodologías de preparación (1) Además del método con disolventes mencionado anteriormente, también se han desarrollado o se están desarrollando métodos como el método con dimetilsulfóxido, propuesto por el Instituto Francés de Ciencias del Petróleo; el método con N-formilomorfolina (NMF), desarrollado por la empresa italiana Snam; y el método con B-metoxipropionitrilo, desarrollado por la empresa japonesa Gas Chemical Company. Sin embargo, el rendimiento general de estos métodos es deficiente, por lo que hasta el momento no se han puesto en práctica a gran escala. (2) Aprovechando el principio de que el isopreno y el pentano pueden formar un eutéctico binario, la empresa estadounidense Goodyear desarrolló un método de destilación eutéctica para separar el isopreno. La ventaja de este método es que su proceso es sencillo y su consumo energético es bajo. Además, resuelve todos los problemas relacionados directamente con los disolventes, como las pérdidas de disolvente, su toxicidad, su reciclaje, su descomposición y las cuestiones ambientales asociadas ； Fenómeno de inhibición de la polimerización del isopreno, el metilisopreno y el ciclopenteno, así como de los alquinos, que no ocurre a altas temperaturas (la presencia del disolvente mantiene al sistema a temperaturas más elevadas) ； No se produjo ninguna explosión debido a los alquenos concentrados ； No existe el problema de acumulación de impurezas dañinas en el disolvente. La desventaja es que el producto obtenido es un azeótro de isopreno y pentano nítrico; por lo tanto, se necesitan más placas de destilación y un mayor coeficiente de reflujo, lo que impide obtener isopreno de alta pureza. La purificación y regeneración adicionales son bastante complicadas, por lo que no resultan económicamente viables. (3) El método de adsorción química consiste en utilizar cationes metálicos (Ag+ y Cu2+) para que reaccionen de forma reversible con los dienos, produciendo complejos electrónicos de tipo Ag (o Cu)-Π-dieno. Dado que estos complejos no son miscibles con las sustancias orgánicas, es posible separar los dienos de los alquenos. La reacción de complejación es una reacción reversible; se puede recuperar el dieno presente en el complejo al cambiar la temperatura o la presión. El método de adsorción química presenta ventajas como un bajo consumo energético, una buena selectividad, un diseño sencillo, ahorro en inversiones en equipos y ser ecológico. Tiene un gran potencial de desarrollo, pero hasta el momento no se han registrado casos de su aplicación a nivel industrial. Al comparar los costos de producción de los diferentes métodos para fabricar isopreno, los resultados se presentan en la Tabla 1. Según la Tabla 1, el isopreno obtenido mediante destilación extractiva con el fraccionamiento C5 tiene el costo más bajo y requiere la menor inversión. Y en el caso del método de destilación por extracción, el dimetilformamida es el agente más adecuado. Sin embargo, este método tiene ciertas limitaciones; la concentración de la producción del fraccionamiento C5 tiene un gran impacto en él