Diseo de un proceso para produccin de Etileno va Etanol

Diseo de un proceso para produccin de Etileno va EtanolAlejandra franco PatioDavid Alejandro Gmez mejaRoberto Jos guerrero TrejoUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES-2014-II

CONTENIDO

GeneralidadesEl Etileno: Propiedades, Usos, Estado del MercadoProduccin: Vas de produccin, Cantidad a producir, Anlisis Costo-BeneficioImpacto Ambiental.

GENERALIDADESEl Etileno: Propiedades, Usos, Estado del Mercado

El Etileno es un Alqueno gaseoso a condicin ambiente que se usa ampliamente en la industria. Es explosivo y produce asfixia cuando hay fugas ya que desplaza el oxigeno del ambiente

GENERALIDADESTemperatura de Autoignicin= 490C

GENERALIDADESEl Etileno es muy importante en la industria ya que a partir de el se obtiene una gran variedad de compuestos qumicos

El mayor productor de etileno en la actualidad es Amrica del norte, seguido del Lejano Oriente y la Unin Europea. Se destaca un incremento de manera notable en la capacidad de produccin del medio Oriente.El consumo potencial de etileno se espera superar la oferta de etileno en 265.000 toneladas para el 2015.El Oriente Medio presenta la mayor exportacin de etileno, mientras que Amrica del Norte en cuanto a sus exportaciones se mantiene constante.

GENERALIDADES

GENERALIDADES

Capacidad de produccin Etileno de algunas empresas

Existen tres pases que poseen plantas de produccin de etileno en masa: Brasil, Mxico y Argentina.Argentina posee una capacidad de produccin de alrededor de 750.000 ton/ao. Es necesario resaltar que Brasil cuenta con 6 plantas de produccin a gran escala.Amrica del sur consume la menor parte (aprox.10 MMT/YR o 9%) del etileno que se exporta mundialmente

GENERALIDADES

capacidades anuales y materias primas de las plantas de produccin de etileno en Amrica LatinaGENERALIDADES

Importaciones y exportaciones de Etileno a nivel mundialGENERALIDADES

GENERALIDADESProduccin: Vas de produccin y anlisis costo-beneficio

GENERALIDADESDescripcin general de los procesos usados para la produccin de Etileno

Ruta Sinttica: Cracking Trmico del Gas naturalGENERALIDADES

Es el proceso mas ampliamente usado en la industria para producir Etileno.Es un proceso usado por la mayora de las petroleras del mundo ya que la materia prima (gas natural) es un co-producto de la extraccin del petrleo.El proceso se basa fundamentalmente en separaciones sucesivas de los hidrocarburos producidos ya que la nica etapa de reaccin es el cracking trmicoGENERALIDADES

GENERALIDADESRuta Biotecnolgica: Deshidrogenacin de Etanol

Es un proceso menos usado que el proceso de cracking trmico.La materia prima es Bioetanol que puede ser obtenido de diversas fuentes vegetales (Maz, Caa, Papa, etc.).Fue un proceso ampliamente usado en la industria de Polmeros con la materia prima (Etanol) obtenida por origen petroqumico.Es un proceso que tiende a ubicarse principalmente en plantas relacionadas con procesos bio.

GENERALIDADES

Impacto AmbientalGENERALIDADES

Proceso BiotecnolgicoProceso SintticoUso de fuentes renovables.Produccin de vinazas por parte de materia prima.Usa catalizador metlico.Aumento indirecto del uso del agua por cultivos.Riesgo de Intoxicacin por DietilEter

Uso de fuentes no renovablesProduccin de gases invernaderos a la atmosfera.Proceso altamente consumidor de energaImpacto por cidos removidos, requieren un buen tratamiento.

Cantidad a producirGENERALIDADESTomando como base fundamental la capacidad de produccin diaria de etanol en Colombia (1050000 L/da) y relacionando esti con la demanda nacional de etileno para el 2013 (9674280 kg/ao) o 35307,6 kg/da, y teniendo en cuenta la reaccin principal de etileno a partir de etanol se pudo estimar que de la produccin total de etanol por da se puede destinar cerca de un 8 % del total para llevar a cabo la reaccin de produccin de etileno segn los siguientes clculos:

GENERALIDADESPara un da de trabajo

Potencial Econmico

GENERALIDADES*Costos de separacin, reaccin y pre-tratamiento basados en estimados

Anlisis Costo-BeneficioGENERALIDADESCaractersticasPE BeneficioCosto/Beneficio/CaracteristicasDeseable(Si o No)Etileno biotecnolgico, alta aplicabilidad en el contexto nacional, Innovador, Competencia en el mercado, No dependiente de fuentes limitadas, no tiene dominio en mercado. El etanol produce vinaza.Se abandona la dependencia de fuentes fsiles, Uso del potencial de la regin, ampliacin de el catalogo de negocio para la empresa que lo compre, estudio tecnolgico medioSegn esta relacin tiene la ventaja de innovacin, pero debe ser vendido junto a otra alternativa tecnolgica que aproveche el etileno o debe ser vendido a una planta que aproveche etileno SI, solo si se vende como una alternativa de negocio a una empresa que cuente con la tecnologa necesaria para transformar el Etileno a sus derivados.Etileno Fsil, alta aplicabilidad contexto nacional, instalado en el mercado, depende de fuentes limitadas no reenovalbles, proceso convencional, altsima competencia.Alto estudio tecnolgico, mayor gamma de productos que se puede obtener, ligado a otros hidrocarburosAltsima competencia a un Potencial econmico mas bajo que la primera alternativa, confiable pero costoso, productos diversos pero a costo no competitivoNO, no se puede implementar como negocio independiente ni vender a otra empresa ya que cuentan con un proceso desarrollado

Anlisis Conceptual del procesoAnlisis Conceptual de Va de Produccin: Estructura Entrada-Salida, Estudio de Configuraciones Posibles.Anlisis Conceptual de Zonas del proceso : Reaccin, Separacin, Pre-tratamiento.Eleccin de la Mejor Va y configuracin.

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOAnlisis Conceptual de Va de Produccin: Ubicacin,Estructura Entrada-Salida, Estudio de Configuraciones Posibles.

Ubicacin de la plantaANALSIS CONCEPTUAL PROCESOSe realiza un estudio preliminar para determinar la ubicacin optima de la planta en Colombia, se evalan diferentes factores y se califica de acuerdo a cada departamento, la seleccin inicial de estos departamentos se genera por su produccin de caa.

Factores primariosValle del caucaCaldasNarioSiNoSiNoSiNoDisponibilidad de servicios generalesReservasxXxDistanciasxXxFuentesxXxCalidadxXxSeguridadxXxDisponibilidad de materias primasPrincipales fuentes de abastecimientoxxxDistancia.xXxDisponibilidad de transportesVas de accesoxXxDisponibilidad de tierraDisponibilidad de mercadosPotencialidad relativaCrecimiento o disminucin del Mercado.xxxCompetencia - Presente y futura.xXxDisponibilidad de mano de obraInfluencia en la eleccin de laLocalizacin de la Planta.xXxFactores especficosFactores geogrficosClimaxxxTemperaturas Atmosfricas.xxxHumedad.xxxLluviasxxxTopografa del terrenoxxxANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

Se selecciona el Valle del Cauca!!ANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

500CDEEPosible configuracin del procesoLa eleccin de la configuracin adecuada depender de el anlisis termodinmico y cintico de la reaccin, las condiciones necesarias del producto , los costos y el tipo de equipo o reactor donde se llevara a cabo la reaccinANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOAnlisis Conceptual de Zonas del proceso : Reaccin, Separacin, Pre-tratamiento.

ZONA DE REACCIONANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

Ecuaciones cinticas, elementalesANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

Se asume que la entalpia de reaccin no se ve afectada significativamente con la temperatura.ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOANALISIS TERMODINAMICO

RXN ETANOL A ETILENORXN ETANOL A DEEANALSIS CONCEPTUAL PROCESOLa reaccin de produccin de etileno se ve altamente favorecida a temperaturas elevadas mientras que a temperaturas bajas se ve favorecida la reaccin no deseada es decir la produccin de Dietil ter, por lo cual ser ideal operar el reactor a altas temperaturas.

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

Temperaturas de 483.15 a 573.15 K a presiones bajas en un rango de 0 a 1 atmANALSIS CONCEPTUAL PROCESOSe concluye del anterior anlisis que :ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOReactor PFR Caractersticas

Aislado, hace que a lo largo del reactor se produzca un aumento o disminucin de temperatura dependiendo del tipo de reaccin endotrmica o exotrmica. El fluido circula por un tubo en flujo pistn cuando no existen gradientes radiales y cuando no hay ningn tipo de difusin axial.Provoca una disminucin progresiva de los reactivos.

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOPerfil reactor PFR

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOCondiciones de reaccinTemperatura: 670 F Presin: 600 Psi

Como se puede observar en el perfil del reactor si este se disea de manera que predomine la reaccin endotrmica entonces es necesario efectuar calentamientos intermedios para recuperar las condiciones optimas de temperatura de reaccin.ANALSIS CONCEPTUAL PROCESO

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOAnlisis de selectividad y rendimiento del proceso

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOConfiguracin de la zona de reaccin Zona De Separacin Una vez la corriente del proceso rica en etileno, partes de dietil ter, etanol y agua salen de la zona de reaccin a 600 psi y 750 F se procede a plantear un esquema de separacin teniendo en cuenta la diferencia de puntos de ebullicin (-104 C C para etileno, 34,6 C dietil ter, 78 C etanol) se espera separar la corriente de producto esperado haciendo uso de 2 separadores flash donde en la primer columna de separacin se retira el producto esperado mientras que en la segunda columna se separa el sub producto y los residuos de etanol que pueden ser usados para formar un reciclo de etanol que mejore las condiciones de reaccinANALSIS CONCEPTUAL PROCESOMientras que si la presin incrementa se evidencia un incremento en los costos asociados al material. Entre ms alta sea la temperatura de operacin del reactor mas pequeos tendrn que ser los hornos de calentamiento de reactor a reactor pero ms grande tendr que ser el reactor a disear y mas costoso, por ello se decide que la variable de diseo ser la temperatura de salida del reactor PFR.

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOEs necesario operar el reactor a temperaturas altas y presin parcial de etanol baja por lo cual se hace necesario el uso de componentes inertes.Debido al incremento necesario de la temperatura de reaccin , el volumen del reactor se hace mas pequeo lo que en consecuencia ocasiona una disminucin en el costo asociado a la zona de reaccin.

ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOEntrada a la zona de reaccinEntrada a la zona de SeparacinANALSIS CONCEPTUAL PROCESOZONA DE PRETRATAMIENTO Existen dos zonas de pre-tratamiento donde es necesario considerar las condiciones a las cuales deben llevarse las corrientes de proceso:ANALSIS CONCEPTUAL PROCESOEntrada a la zona de reaccinANALSIS CONCEPTUAL PROCESO