Produccion de Butadieno Apartir de Butano

8/11/2019 Produccion de Butadieno Apartir de Butano

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PRODUCCION DE BUTADIENO APARTIR DE BUTANO

1.

RESUMEN:

Se realizar un anlisis de la produccin de butadieno en una planta de deshidrogenacin

de butano. El butadieno se produce comercialmente por tres procesos:

Craqueo con vapor de hidrocarburos parafnicos, es una compleja reaccinendotrmica de pirlisis, es el mtodo predominante, lo que representa ms de

91% del suministro de butadieno en el mundo. Es casi exclusivamente

manufacturado por este proceso en los Estados Unidos, oeste de Europa y Japn.

Deshidrogenacin cataltica de n-butano y n-buteno (el proceso de Houdry).

Deshidrogenacin oxidativa de n-buteno (la Oxo-D o el proceso Oxd).

La Tecnologa que se estudiara es Lummus Technology-Butadieno a partir del butano. En la

industria qumica el 1,3-butadieno es principalmente una materia prima en la fabricacin

de elastmeros sintticos, y sobre todo de cauchos sintticos (caucho estireno-butadieno

(SBR) y el polibutadieno). Se utiliza en gran medida en varias partes de los neumticos de

automvil, la fabricacin de neumticos consume alrededor del 70% de la produccinmundial de butadieno, se usa principalmente en la pared lateral de los neumticos de

camiones, lo que ayuda a mejorarla fatiga a la vida el fracaso debido a la flexin continua

durante la marcha.. Tambin se utiliza en la porcin de banda de rodadura de neumticos

para camiones gigantes para mejorar la abrasin, es decir, menos desgaste, y para

ejecutar el neumtico comparativamente fresco, ya que el calor interno sale rpidamente.

Ambas partes se forman por extrusin.

2. INTRODUCCION

El aumento de la produccin de etileno basado en etano en Amrica del Norte y el Medio

Oriente har que materia prima butadieno crezca a un ritmo ms lento que la demanda.

Las fuentes de suministro de butadieno incluyen deshidrogenacin, sin embargo en losprximos 10aos surgirn de base biolgica. Estas nuevas fuentes de

suministro impulsarn cambios en las corrientes tradicionales y las relaciones de precios.

El nombre butadieno tambin puede hacer referencia a su ismero, 1,2-butadieno.

Aunque su importancia es casi nula al lado del 1,3-butadieno. Cerca del 75% del 1,3-

butadieno que se manufactura se usa para fabricarcaucho sinttico. El caucho sinttico

es usado extensamente enneumticos para automviles y camiones. Tambin se usa para

fabricar plsticos, entre los que se incluyen los acrlicos. La gasolina contiene pequeas

cantidades de 1,3-butadieno.

3. HISTORIA

En 1863, un qumico francs aisl un hidrocarburo previamente desconocido de la pirolisis

del Alcohol amlico. Este hidrocarburo se identific como butadieno en 1886, despus de

que Henry Edward Armstronglo aislara de entre los productos de pirolisis del petrleo. En

1910, el qumico ruso Sergei

Lebedev butadieno polimerizado, y obtuvo un material con propiedadessimilares al

caucho. Este polmero es, sin embargo, demasiado suave para sustituir el caucho natural

en muchas funciones, sobre todo los neumticos del automvil.
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3.1

BUTADIENO

El 1,3-butadieno es un alqueno que se produce en la destilacin del petrleo. El 1,3-

butadienoocupa el lugar nmero 36 entre las sustancias qumicas de ms alta produccin

en los EE. UU. Es un gas incoloro de olor levemente parecido a la gasolina. El nombre

butadieno tambin puede hacer referencia a su ismero, 1,2-butadieno. Aunque su

importancia es casi nula al lado del 1,3- butadieno. Cerca del 75% del 1,3-butadieno que semanufactura se usa para fabricar caucho sinttico. El caucho sinttico es usado

extensamente en neumticos para automviles y camiones. Tambin se usa para fabricar

plsticos, entre los que se incluyen los acrlicos. La gasolina contiene pequeas cantidades

de 1,3-butadieno.

3.2

ESTRUCTURA QUIMICA

3.2.1 ISOMEROS

Cada molcula de polibutadieno contiene una cierta proporcin de tres ismeros distintos,

denominados cis, trans y vinilo. El monmero 1,3-butadieno es un dieno conjugado, es

decir, posee dos dobles enlaces

separados por un simple enlace. En la reaccin de polimerizacin pueden intervenir uno s

lo o los dos dobles enlaces.

Cuando slo se activa uno de los dobles enlaces, dos de los carbonos del butadieno se

aaden a la cadena principal de polibutadieno y los otros dos quedan colgando a un lado.

A esto se le denomina polimerizacin en posicin 1-2. Como los dos carbonos dejados de

lado recuerdan aun radical Vinilo, se dice que se ha formado una unidad o grupo vinilo.

Cuando slo se activa uno de los dobles enlaces, dos de los carbonos del butadieno se

aaden a la cadena principal de polibutadieno y los otros dos quedan colgando a un lado.

A esto se le denomina polimerizacin en posicin 1-2. Como los dos carbonos dejados de

lado recuerdan aun radical Vinilo, se dice que se ha formado una unidad o grupo vinilo.

Polibutadieno 1-2 (unidad vinilo) Si, por el contrario, ambos dobles enlaces participan en la

reaccin, los cuatro carbonos del butadieno se incorporan a la cadena principal y se forma

espontneamente un nuevo doble enlace entre los carbonos 2 y 3. En este caso, llamado

polimerizacin en posicin 1-4, la geometra dela molcula formada ser diferente segn
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la posicin relativa de los dos carbonos de los extremos (1 y 4). Si quedan en el mismo

lado del doble enlace (configuracin cis), la molcula sufrir un giro mientras que si

quedan en lados opuestos (configuracin trans), la molcula sigue polimerizando en la

misma direccin.

El que una molcula de butadieno sea incorporada en configuracin cis, trans o vinilodepende de las condiciones de reaccin, sobre todo del tipo de catalizador utilizado. Ms

abajo se discuten los distintos tipos de polibutadieno que se pueden obtener segn su

contenido relativo en cis, trans y vinilo.

3.2.2 TIPOS

Segn el catalizador utilizado en su produccin se pueden obtener diferentes tipos

de polibutadieno, cada uno con unas propiedades especficas.

4. APLICACIONES DE BUTADIENO

La aplicacin industrial del butadieno se basa en su aptitud para la homopolimerizacin y

en su fcil copolimerizacin con numerosos monmeros no saturados. Puesto que posee

varios centros de reactividad, el butadieno participa en numerosas reacciones, sobre todo,

en las de adicin y ciclacin que llevan a sntesis de importantes productos intermedios. A

los productos mencionados en primer lugar corresponden una serie de elastmeros, que

segn como polimericen pueden ser elsticos, estables a la abrasin, al desgaste, al fro y


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al calor, as como estables a la oxidacin, al envejecimiento y a los disolventes. Como

monmero de copolimerizacin con butadieno se emplean preferentemente estireno y

acrilo nitrilo. Para la clasificacin de los elastmeros se usa un cdigo con la denominacin

rubber. Las tres clases ms importantes de caucho son:

SBR estireno-butadieno-caucho

BR caucho de butadieno (1,4-cis-polibutadieno) NBR----Nitril-caucho (copolmero de butadieno-acrilo nitrilo)

ABS Resinas

Adiponitrile

K-Resin

MBS (metacrilato-

butadieno-estireno

Resinas)

Caucho nitrilo

Policloropreno Caucho

SB Goma (emulsin ysolucin)

Ltex SB

Elastmeros Termoplsticos

La importancia relativa de cada una de las clases de caucho se deduce claramente de

las producciones de caucho de sntesis en los EEUU en 1976 y del consumo de caucho de

sntesis en Europa Occidental en 1976.A otro grupo pertenecen los terpolmeros para su

elaboracin termoplstica, como ABS- polimerizado, que se obtiene por copolimerizacin de acrilo

nitrilo, butadieno y estireno, y que se distinguen por su alta tenacidad a los golpes, incluso a bajas

temperaturas. La siguiente prospeccin de las aplicaciones del butadieno en los EEUU (1974)muestra que el73% de la produccin total de butadieno se utiliza en la fabricacin de homo y

copolmeros.


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El butadieno actualmente gana creciente importancia como producto intermedio. As se obtiene

de l el cloropreno, a travs del producto de adicin con cloro, el 3,4-dicloro-1-buteno, que por

eliminacin de HCl da lugar al mismo, y por hidrocianuracin, es decir, adicin duplicada de CNH,

se obtiene el adiponitrilo. Tambin se puede transformar en 1.4-butandiol mediante diferentes

etapas intermedias.

La ciclomeriazacin del butadieno en presencia de catalizadores rgano metlicos produce 1,5-

ciclooctadieno y por trimerizacin el 1, 5, 9ciclo de catrieno. Ambos compuestos son productos

de partida importantes para la preparacin de poliamidas superiores. Finalmente, el butadieno

reacciona reversiblemente en adicin 1,4 con SO2para dar sulfoleno, que por hidrogenacin pasa

a sulfoln, o dixido de tetrahidrotiofeno, trmicamente muy estable:

El sulfoln es un disolvente industrial, aprtico y muy estable, que, por ejemplo, se emplea para la

destilacin extractiva de aromticos o junto con diisopropanolamina en el proceso sulfinol para

purificacin de gases (separacin de gases cidos). El productor de sulfoln es la Shell, con una

capacidad de 11000 toneladas anuales.

5.

TECONOLOGIA EXISTENTE

El butadieno se produce comercialmente por tres procesos: Craqueo con vapor de hidrocarburos parafnicos, es una compleja reaccin

endotrmica de pirolisis.

Deshidrogenacin cataltica de n-butano y n-buteno; Proceso de Houdry

(CATODIENE).

Deshidrogenacin oxidativa de n-buteno, Proceso de Oxd.


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Se basara el estudio en el segundo proceso para obtener butadieno a partir de alcanos C4

5.1

TECNOLOGA LUMMUSPROCESO CATODIENE

Materia prima:

N- butanos----deshidrogenacin Selectiva. Son sustancias de partida barata las

fracciones C4 de craqueo o mezclas de butanobuteno procedente del gasnatural o de gases de refinera.

Proceso:

Los productos empleados para deshidrogenacin pura son las mezclas de butano y

buteno procedentes de gas natural y gas de refineras, de que sobre todo dispone

n especialmente losEE.UU. Por ello, los procesos industriales se han desarrollado

casi exclusivamente en aquel pas, en donde siguen actualmente aplicndose con

preferencia. Igual ocurre en algunos pases de Amrica del Sur. En Europa

occidental, en 1972, se obtuvo solamente el 3% de butadieno por

deshidrogenacin y en 1978 dej de realizarse esta deshidrogenacin no slo en

Europa, sino tambin en Canad y frica del Sur. En el Japn, desde 1967, estparada la ltima instalacin de deshidrogenacin Houdry despus de ocho aos de

trabajo. La deshidrogenacin de n-butano son procesos endotrmicos, que estn

ligados a un consumo enorme de energa:

Para conseguir transformaciones econmicas, se tiene que emplear temperaturas

relativamente altas de 600-700C. El n-butano necesita para alcanzar la misma

velocidad de reaccin una temperatura 130C ms alta que para los n-butenos. En

estas condiciones se producen reacciones secundarias de escisin y derivadas delas combinaciones no saturadas en magnitud notable. Por lo cual, se elige un

tiempo de permanencia corto y se emplean catalizadores que actan

selectivamente.

El aumento de volumen que se produce en el transcurso de la deshidrogenacin,

como en el caso del craqueo en vapor, se favorece por adicin de vapor de agua.

La disminucin de la


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presin parcial de los hidrocarburos que se alcanza de este modo, disminuye la se

paracin de cock la isomerizacin y la polimerizacin.

Si los catalizadores son sensibles al vapor de agua., el proceso de

deshidrogenacin se

realiza predominantemente con presin disminuida. Con lo que al mismo tiempo s

e desplaza elequilibrio de deshidrogenacin favoreciendo la formacin debutadieno.

A los procesos industriales ms importantes pertenece, como uno de los ms

antiguos de los empleados para deshidrogenacin del butano (proceso

Catadieno), el proceso en una etapa de la Houdry. Se realiza por empleo de un

catalizador sensible al agua de xido Cr-Al a 600C y 15milibars, pero que a los

pocos minutos se tiene que regenerar por inversin de aire (combustin de los

depsitos de coke). Entre el perodo deshidrogenante y el de regeneracin hay

que realizar una evacuacin del catalizador para separar la mezcla de reaccin.

Para realizar el proceso funcionan tres reactores acoplados en una unidad en que

se alternan las tres etapas formando un proceso cclico. El elevado aportede energa necesaria para la deshidrogenacin se consigue por combustin de los

depsitos de coke sobre el catalizador (mtodo adiabtico).

El catalizador usado contiene:

8-20% de Cr 2O3 y 1-2% de metales alcalinos sobre una superficie especifica de Al2O3

Tiene baja actividad.


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Reactores de lecho fijo (por lo menos 3)

Condiciones de reaccin de alta severidad: Temperatura = 600 C. Presin = 15 mbar.

5.2OBTENCIN DE 1,3-BUTADIENO

TECNOLOGA LUMMUS PROCESO DE EXTRACCIN DE BUTADIENO BASADO EN BASF

El proceso de extraccin de butadieno NMP basado en BASF, licencia de tecnologaLummus desde 1990, es la tecnologa preferida para la produccin de alta pureza del 1,3-

butadieno de cortes C4 brutos. La tecnologa se aplica con xito en ms de 30 plantas de

todo el mundo, con una capacidad total superior tres millones de toneladas por ao. El

proceso basado en butadieno NMP utiliza n-metil-pirrolidona (NMP) como disolvente. A

diferencia de los otros disolventes usados para la extraccin de butadieno, las mezclas

acuosas de NMP no son corrosivas, lo que permite el uso de acero al carbono como

material de construccin sin la adicin de inhibidores de la corrosin. Este proceso es

particularmente adecuado para corrientes de C4 de alta severidad de craqueo, donde los

niveles de acetileno puede ser alta (> 3%). Se produce un producto de 1,3 -

butadieno de pureza 99,7% en peso, mientras que la recuperacin de ms del 99% del 1,3-butadieno contenido en la alimentacin. Tambin produce un producto de refinado-1 que

consiste en una mezcla de butanos y butenos con un contenido de butadieno tan bajo

como 40 ppm en peso.

Descripcin del Proceso

Una planta tpica de extraccin de butadieno se compone de cuatro secciones bsicas: proceso de

destilacin extractiva, destilacin convencional, desgasificacin de disolvente, y la regeneracin de

disolvente. La alimentacin de C4se enva a la seccin de destilacin extractiva en el que se

vaporiza y se separa usando tres columnas de destilacin extractiva. El producto de cabeza de la

columna consiste en una mezcla de butenos y butanos. La sobrecarga de la tercera columna de


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butadieno es un producto crudo que se enva al sistema de destilacin convencional para ms

purificacin. El disolvente se separa de la parte inferior de la segunda columna y se enva al

sistema de desgasificacin de disolvente. Butadieno crudo se alimenta a la columna de propeno,

en la seccin de destilacin convencional.

Propeno se elimina como destilado de cabeza de esta columna y las partes inferiores se enva a la

columna de butadieno. El producto butadieno se retira de la parte superior de esta columna y los

C5S as como el 1,2-butadieno son rechazados en los fondos. El disolvente rico de la seccin de

destilacin extractiva se alimenta a la seccin de desgasificacin de disolvente. El disolvente se

elimina libre de C4 en la columna de desgasificacin y se recicla a la destilacin extractiva.

Acetilenos se eliminan como una corriente lateral y pueden ser hidrogenados, usados como gas

combustible o como alimentacin de galleta, o quemados. El vapor que sale de la columna de

desgasificacin se enfra en una columna de enfriamiento separado o intercambiador de calor,

comprimido, y enviado de nuevo a la seccin de destilacin extractiva. Un sistema de recuperacin

de calor sofisticado utiliza la mayor parte del calor sensible del disolvente, lo que resulta en el

consumo de energa extremadamente bajo. Una pequea corriente de disolvente, se alimenta

continuamente a la seccin de regeneracin de NMP. El disolvente se calienta con vapor de agua

bajo condiciones de vaco en un recipiente de regeneracin. NMP vaporizado se condensa y se

recicla a la seccin de destilacin extractiva. El residuo restante por lo general se incinera.


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6.

INFORMACIN DE LA SALUD Y DEL PELIGRO PARA EL MEDIO AMBIENTE

Descripcin de los peligros para la salud del butadieno

Exposicin Aguda De la Inhalacin


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Los vapores del butadieno pueden ser suavemente irritantes a la nariz, a la garganta y a la zona

respiratoria. Las altas concentraciones del vapor pueden causar la depresin del sistema nervioso

central (CNS).Temprano al CNS moderado la depresin se puede evidenciar por el estrs, el dolor

de cabeza, los vrtigos y la nusea; en casos extremos, la inconsciencia, la depresin respiratoria y

la muerte pueden ocurrir. Las altas concentraciones del butadieno en espacios confinados, tales

como pueden ocurrir en un derramamiento o la situacin del escape, puede causar la asfixia

desplazando el oxgeno, causando una atmsfera oxigeno-deficiente. Como con los efectos

antedichos del CNS, esto puede dar lugar a una prdida repentina de sentido; la muerte puede

seguir rpidamente.

Contacto visual y Piel

El contacto visual con el gas del butadieno rpidamente que se ampla o el butadieno lquido que

se vaporiza puede causar la irritacin severa y las quemaduras (congelacin). La congelacin sera

el resultado del efecto que se refresca debido a la evaporacin rpida del material.

7.

DISEO DEL REACTOR

7.1CALCULOS PREVIOS

58.12g/mol 54.0916g/mol

Para una produccin de 5200 kg de Butadieno

La masa requerida de butano es:

El volumen total del reactor es:


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Hallando D , H , h y r:

[ ]Donde:

Hallando las relaciones:

Resultados:


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Determinacin de la Potencia del motor en HP

Suponiendo datos del motor siguientes:

0.18 1084

0.4029 m = 1.322 pie

3.5 rps

33.78 KW

Hallando la Potencia de arranque:

67.56 Kw

Hallando la Potencia de instalacin:

85.33 Kw


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Determinacin del espesor de la chaqueta:

( ) E = espesor= Presin total del aceroD = Dimetro del tanque, pulg = 1.2208 m =48.06 pulg

S = Esfuerzo permisible = 10000

t = Segn movimientos ssmicos = 0.7 s

Hallamos el :

Hallamos el :

7252.66 pulg2

Hallamos H=1.83m =72.0471 pulg

(

)

130633.24 pulg3 130633.24 pulg3

37047.59 lb


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Sacamos el 10% de la masa y hallamos

40752.35 lb

5.62

Hallamos el ( )


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( )

8.

CONCLUSIONES

El proceso es ideal cuando se tiene corrientes de C4s de alta severidad de craqueo, donde

los niveles de acelilenos puede ser alta.

Como el butadieno se utiliza en gran medida en varias partes de los neumticos de

automvil y la fabricacin de neumticos consume alrededor del 70% tenemos gran

expectativas en que ser factible la implementacin de nuevas plantas de butadieno debido

al crecimiento del parque automotriz.

Aunque el butadieno no es tan bueno como el caucho natural en otras reas, es ms fcil de

procesar y puede mezclarse con otros cauchos para crear una mezcla mejor para el trabajo

para el que se ha creado. tiene buena resistencia al desgaste, especialmente a aquel que

responda ms a mecanismos de fatiga por rozamiento. En este sentido se comporta mejor

que el Caucho Natural y de ah suadopcin casi universal en las bandas de rodamiento para

neumticos de automviles.
http://www.monografias.com/trabajos11/adopca/adopca.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/adopca/adopca.shtml

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