Haga clic aquí para ver el archivo

CIENCIA DE LOS POLÍMEROS
ETILENO
El etileno es un gas que se almacena y transporta con dificultad en condiciones criogénicas, por lo que
su producción y consumo se realiza dentro de grandes complejos industriales en los que se encuentra
integrada la refinería de tipo petroquímico y las plantas de producción de derivados. Es un producto
altamente reactivo participando en reacciones de oxidación, polimerización, halogenación,
alquilación,…
Las propiedades más relevantes son:




Temperatura normal de ebullición --- -102ºC
Temperatura crítica --- 9,5ºC
Presión crítica --- 50,6ata
Límites de explosividad en aire --- 3-34 %v
El mercado de etileno como tal es bastante reducido, siendo la gran mayoría procesado en plantas de
producción de derivados. Existen dos especificaciones de referencia, el más puro (high grade),
también denominado grado polímero con contenidos muy bajos de metano, etano y, sobre todo,
acetileno, y el de menor pureza (low grade) también denominado grado químico.
La producción anual de etileno en el año 2006 fue aproximadamente de 120 millones de toneladas,
cuyo destino aproximado es el siguiente:
50% a la fabricación de polietilenos tanto de alta como de baja densidad.
18% a la fabricación de cloruro de vinilo monómero para producir principalmente PVC.
12% a la fabricación de óxido de etileno el cual se emplea básicamente en la fabricación de
glicoles.
8% a la fabricación de etilbenceno, para posteriormente fabricar estireno y sus polímeros derivados.
12% a derivados diversos.
Como ya se ha expuesto su producción es mediante el craqueo con vapor de hidrocarburos.
Polietilenos.
El polietileno procede de la polimerización del etileno y dependiendo del tipo de proceso empleado se
obtiene uno de los dos tipos fundamentales de polietileno, el de baja densidad y el de alta densidad
(aunque dentro de cada tipo existe una enorme gama de grados).
El polietileno más antiguo es el de baja densidad que se obtiene en procesos a altas presiones, éste
es un polímero termoplástico, blando y elástico de densidad 0,92. Su estructura es ramificada con
abundantes ramificaciones cortas (grupos etilo y butilo principalmente) y algunas ramificaciones largas.
Posteriormente se desarrollaron procesos que trabajaban a bajas presiones y temperaturas en
presencia de catalizadores organometálicos, de estos procesos se obtuvo un producto más duro y
rígido con una densidad de 0,96: el polietileno de alta densidad. Este producto no tiene ramificaciones
largas y su estructura es más compacta consiguiendo un mayor grado de cristalinidad. El peso
molecular medio de estos polímeros es muy superior al de los de baja densidad.
Dentro de las variantes de polietileno cabe destacar el polietileno de baja densidad lineal. La
producción se realiza mediante copolimerización del etileno con alfa-olefinas de 3 a 8 átomos de
carbono. Su comportamiento es intermedio entre los de baja y alta densidad.
El polietileno es actualmente el polímero más consumido en el mundo con una producción cercana
a las 60 millones de toneladas/año. Sus usos son muy diversos: adhesivos, almacenamiento, industria
del automóvil, fundas de cables, plásticos agrícolas, embalajes, tuberías, etc.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Proceso de fabricación del Polietileno de Baja Densidad (PEBD)
El proceso de fabricación es un proceso a alta presión. Los reactores empleados pueden ser tanto de
tipo autoclave como de tipo tubular. El iniciador normalmente es oxígeno o un peróxido orgánico. La
muestra el proceso de fabricación (empleado por la compañía Krupp-Uhde).
El etileno fresco y el reciclado del circuito de baja presión se mezclan con el iniciador y el agente
de transferencia (para controlar el peso molecular) en la aspiración del compresor primario, de este
compresor sale a unas 300 atm. uniéndose a su descarga con el etileno reciclado del sistema de alta
presión antes de entrar en el hiper compresor, que proporciona una presión de 2000 a 2600 atm. En
los reactores tubulares, el etileno comprimido se calienta primero hasta unos 250ºC para iniciar la
reacción y seguidamente se refrigera con agua para eliminar el calor de reacción. Estos reactores
tienen una longitud de 1,5km y producen un polímero con una distribución de pesos moleculares
ancha. La conversión por paso es del orden del 35% y el tiempo de residencia de 60 a 300s. En los
reactores tipo autoclave, la conversión resultante se limita al 10-16% y el etileno se introduce frío para
favorecer el balance térmico. El producto tiene una distribución de pesos moleculares más estrecha y
mayor grado de ramificación.
Proceso de fabricación de polietileno de baja densidad (Krupp-Uhde)
La reacción tiene lugar en fase homogénea en condiciones supercríticas. A la salida del reactor la
corriente se expansiona y en el separador de alta presión se separa parte del etileno no reaccionado,
que se refrigera y purifica para eliminar las ceras arrastradas. El polímero fundido que todavía contiene
etileno disuelto, se vuelve a expansionar hasta una presión por encima del etileno fresco, reciclándose
a la aspiración del compresor primario el etileno desgasado en el separador de baja presión, después
de separar los aceites y ceras arrastrados.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
El polietileno fundido, junto con los antioxidantes y otros aditivos, se extruye y corta mediante chorros
de agua, que produce unos gránulos esféricos que se secan y transportan a los silos neumáticamente.
Con variaciones en la presión, temperatura y empleo de aditivos se consigue obtener una gran
variedad de PEBD.
Proceso de fabricación del Polietileno de Alta Densidad (PEAD)
En la mayoría de estos procesos (a baja presión) se pueden distinguir las siguientes etapas:

Preparación y activación del catalizador.

Purificación y secado de monómeros, para evitar el envenenamiento del
catalizador.

Polimerización.

Separación del monómero no convertido (y reciclo, si es necesario).

Secado y extrusión del polímero.
Los procesos de baja presión se diferencian entre sí básicamente por la técnica de polimerización
empleada y por el tipo de reactor. Se pueden distinguir cuatro tipos de procesos:
Polimerización en disolución. El monómero y el catalizador se disuelven en un hidrocarburo
inerte, en condiciones de presión y temperatura que no se produzca la precipitación del
polímero.
Polimerización en una suspensión (o slurry) del catalizador (y polímero) en un hidrocarburo
inerte.
Polimerización en masa. El polímero resultante está suspendido en el monómero.
Polimerización en fase vapor. La reacción se realiza en un lecho fluidizado con las partículas
del catalizador.
Proceso de fabricación de polietileno de alta densidad (Krupp-Uhde)
La figura muestra el proceso de fabricación mediante polimerización en suspensión. Ésta es la técnica
de polimerización más madura y es la más flexible permitiendo fabricar una gran gama de polímeros y
copolímeros de muy diferentes pesos moleculares.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Cloruro de vinilo monómero (VCM).
El VCM es un gas en condiciones normales, con temperatura de ebullición de -14ºC. Se fabrica a partir
de etileno y cloro y es la materia prima para la fabricación del plástico PVC (policloruro de vinilo).
El mercado del VCM va por tanto directamente asociado al mercado de PVC. El crecimiento anual
actual es del orden del 4-5% y la producción supera las 20millones de toneladas anuales.
Todo esto pese a las previsiones que se hicieron indicando una disminución en su consumo. Las
razones para que las previsiones no se hayan cumplido son por un lado la versatilidad del PVC con
múltiples y diversos usos y por otro lado la mejora en el control de emisiones.
Hoy en día el proceso de producción empleado es el proceso balanceado en el cual se fabrica el VCM
mediante una reacción de cloración y mediante una reacción de oxicloración.
Los procesos actuales consiguen altos rendimientos, un bajo consumo neto de energía (gracias al
aprovechamiento del calor de reacción y de los calores residuales), bajos costes de personal y
mantenimiento y bajos niveles de emisión de contaminantes.
Descripción del proceso
La figura muestra un diagrama de bloques con las principales secciones de proceso.
Diagrama de bloques del proceso balanceado para la producción de VCM.
En la primera sección el dicloroetileno (EDC) se produce mediante una reacción de cloración directa
mientras que en la segunda sección se produce mediante una reacción de oxicloración. Las dos
reacciones son exotérmicas.
El EDC que se produce en la cloración directa se puede alimentar directamente al horno de craqueo
(tercera sección) mientras que el obtenido en la oxicloración necesita pasar por una etapa de
purificación antes de entrar en la sección de craqueo.
La tercera sección es el craqueo del EDC para formar VCM. Tras el craqueo los productos (VCM,
HCl y EDC no convertido) pasan a una etapa de destilación de donde se obtiene el VCM producto
y se separan el HCl y el EDC que se reciclan a oxicloración y destilación de EDC respectivamente.
Las reacciones que intervienen son las siguientes:
Sección de cloración
C2H4 + Cl2
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
C2H4Cl2
+218kJ/mol
Sección de oxicloración
C2H4Cl2+ H2O
C2H4+ 2HCl + 1/2O2
+238kJ/mol
Sección de craqueo
C2H4Cl2
C2H3Cl + HCl
La reacción global es:
C2H4+ Cl2 + 1/2 O2
2 C2H3Cl + H2O
Como se observa de la reacción global el proceso es balanceado, en cuanto al ácido clorhídrico,
siendo reutilizado todo el ácido generado en el craqueo en la sección de oxicloración.
La siguiente tabla muestra los consumos de reactivos y servicios auxiliares para una producción de
1000kg de VCM.
Etileno (100%)
Cloro (100%)
Oxígeno (100%)
Vapor
Electricidad
Agua de refrigeración
Fuel gas
459 kg
584 kg
139 kg
0 kg
100 kWh
130 m3
2.720.000 kJ
Cloración directa.
En esta sección el EDC se produce mediante una reacción fuertemente exotérmica entre el cloro y el
etileno. El proceso tiene lugar en un reactor a una temperatura entre 80-120ºC y a una presión de
entre 1-2.5 bar. El calor de reacción se disipa mediante la circulación de EDC en los rehervidores de
las columnas de destilación (lo cual disminuye las necesidades de vapor) y mediante la vaporización
del propio EDC. Convencionalmente se emplea cloruro férrico como catalizador aunque nuevos
procesos emplean catalizadores complejos inorgánicos que proporcionan una mayor selectividad y
disminuyen por tanto la formación de productos secundarios. Estos nuevos catalizadores no son
corrosivos lo que permite emplear como material de construcción de los equipos acero al carbono. El
EDC obtenido tiene una pureza del 99,9%. La figura muestra el diagrama de proceso de esta sección.
Proceso clásico de cloración directa.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Oxicloración
En este proceso el EDC se produce por una reacción catalítica altamente exotérmica en la que
intervienen como reactivos el etileno, el ácido clorhídrico y el oxígeno. En lugar de oxígeno también se
puede emplear aire aunque desde hace más de una década todas las plantas nuevas están diseñadas
para funcionar con oxígeno como reactivo. La razón es que el empleo de oxígeno reduce la cantidad
de gas de venteo hasta en un 99% y el ahorro de las unidades asociadas a este venteo (unidades de
tratamiento, compresores,…) compensa el gasto en obtener oxígeno puro.
El reactor es de lecho fluido. En el reactor el catalizador es fluidizado mediante la circulación de gas,
se añade la cantidad de oxígeno necesaria para mantener la concentración del gas circulante fuera de
los límites de explosividad. La temperatura de reacción es superior a 200ºC y el calor generado se
disipa mediante serpentines y es posteriormente recuperado para la producción de vapor.
La temperatura se mantiene constante gracias a una buena distribución en el lecho fluidizado. A la
salida del reactor el gas atraviesa un filtro para retener las partículas de catalizador arrastradas.
Para extraer el agua formada en la reacción los gases se enfrían en una columna “quench” donde el
agua sale por el fondo y el EDC que sale por la parte superior es condensado con la ayuda de agua
fría y de refrigerante en una unidad de condensación multietapa. Este EDC pasa a la unidad de
para
obtener la calidad necesaria para el craqueo. La conversión a EDC en esta unidad es alta
destilación
llegando a un 99%. La figura muestra el diagrama de proceso de la oxicloración.
Proceso de oxicloración
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Destilación EDC.
Esta sección es alimentada tanto por el EDC producido en la oxicloración como por el EDC no
convertido en la sección de craqueo. El objetivo de esta unidad es quitar tanto el agua como
subproductos de alto y bajo punto de ebullición.
La unidad de destilación consta de tres columnas. La primera columna retiene (por cabeza) el agua y
los productos de bajo punto de ebullición. El agua va a la unidad de tratamiento de aguas residuales y
el resto (fase orgánica) tanto líquido como gaseoso pasa a la unidad de recuperación de HCl. En esta
primera columna se alimenta únicamente el EDC procedente de la oxicloración.
En la segunda columna se alimenta con los fondos de la primera y con el EDC reciclado, esta
columna separa el EDC de los compuestos pesados, el EDC pasa a la unidad de craqueo y los
pesados sufren una última destilación, esta vez a vacío, para recuperar el EDC que todavía contengan.
Los pesados pasan a la unidad de recuperación de HCl y el EDC se une con el obtenido en la columna
anterior y pasa a la sección de craqueo. La figura muestra el proceso descrito.
Destilación del EDC
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Craqueo de EDC
La reacción tiene lugar en un horno de craqueo calentado con fuel. La reacción tiene lugar a
temperaturas superiores a los 480ºC, siendo esta endotérmica e incompleta. Como en todas las
reacciones de craqueo se producen diversos subproductos junto con algo de coque. Para disminuir la
formación de este último se puede añadir una unidad de pre-evaporación del EDC. Esto permite tener
periodos entre de decoquizaciones superiores a un año. La conversión de la unidad es de alrededor
del 60%. Tras el reactor se produce un quench de los productos obteniéndose por arriba VCM que
pasa a la sección de destilación y por el fondo EDC no convertido que vuelve a la unidad de
purificación de EDC. La figura muestra el proceso descrito.
Proceso de craqueo de EDC.
Destilación de VCM
El producto de la unidad de craqueo que entra en la unidad de destilación está formado
básicamente por VCM, HCl, EDC y subproductos de la reacción. El tren de destilación está compuesto
por tres columnas, la primera es la columna de recuperación del HCl, éste se obtiene por cabeza y es
reciclado a la unidad de oxicloración. La segunda columna es la que separa el VCM producto, que se
obtiene por cabeza, mientras que por el fondo se separa el EDC y subproductos. A esta corriente se le
añade cloro para convertir los productos de bajo punto de ebullición en compuestos de alto punto de
ebullición y favorecer así la separación en la unidad de destilación de EDC. El VCM que sale por
cabeza pasa por una última columna que recupera las trazas de HCl que pudiera llevar. Esta columna
es un stripper y el HCl obtenido por cabeza se reintroduce en la primera columna pasando antes por
una unidad de secado que retiene el agua de la corriente previniendo así una posible acumulación en
el circuito. La figura muestra el tren de destilación para obtener el VCM producto.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Sección de destilación del VCM.
Tratamiento de las emisiones.
En la planta de producción de VCM se tienen principalmente dos tipos de emisiones, unas de tipo
gaseoso que pasan a la unidad de recuperación de HCl y otras que pasan a la unidad de tratamiento
de aguas residuales. La unidad de recuperación de HCl oxida los productos de esta corriente a altas
temperaturas (1250ºC) para obtener 𝑪𝑶𝟐 ,agua y HCl que es reciclado. El calor de la combustión se
aprovecha para generar vapor de media presión. El tratamiento de las aguas residuales incluye una
neutralización del HCl con sosa cáustica.
PVC (policloruro de vinilo)
El VCM junto con agua caliente se alimentan a un reactor discontinuo junto con los activadores y
aditivos necesarios. En este reactor se lleva a cabo la polimerización en suspensión y una vez se ha
completado se descarga a un depósito que hace de pulmón para mantener una producción continua a
las siguientes secciones del proceso. La reacción de polimerización es endotérmica y el calor es
extraído mediante agua de refrigeración en serpentines.
Después de la sección de reacción viene la sección de desgasado en la cual se desorbe el
monómero no convertido empleando vapor en un stripper, esta corriente es comprimida,
condensada y reciclada a la alimentación del proceso. Por el fondo del stripper sale una corriente con
el polímero y con agua, para quitar el agua pasa a una centrífuga y el PVC húmedo pasa a la sección
de secado. El secado se produce en un ciclón con aire caliente. Del ciclón pasa mediante transporte
neumático a un silo y a la unidad de envasado. La figura muestra el proceso de fabricación del PVC.
El rendimiento del proceso es prácticamente del 100%, necesitándose 1001kg de VCM para
obtener 1000kg de PVC. Los consumos de servicios auxiliares son de aproximadamente 0,8t de vapor
por tonelada de PVC, 170kWh y aditivos y productos químicos por un valor aproximado de 11€.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Diagrama de proceso del PVC.
Óxido de etileno (OE)
El óxido de etileno es el principal derivado oxidado del etileno. Es un líquido tóxico miscible con agua
en todas proporciones. Algunas de sus propiedades más representativas son:
Temperatura normal de ebullición 10,7ºC
Límite superior de explosividad en aire 100%v
Límite inferior de explosividad en aire 2,7%v
Temperatura de inflamación -8ºC
El óxido de etileno es un producto de gran versatilidad ya que de él se obtienen productos
derivados como: plásticos, disolventes, cosméticos, líquidos de frenos, anticongelantes, … El destino
principal de este óxido es la producción de etilenglicoles (cerca del 70% se destina a ello) y
especialmente al monoetilenglicol (MEG, que emplea aproximadamente el 60% de la producción). La
razón es la producción de fibras y poliésteres a partir del MEG. Esto le está permitiendo tener un
crecimiento anual en la producción superior al 5%, siendo la producción anual actual cercana a las 12
millones de toneladas.
Las plantas de producción son de gran capacidad, existiendo plantas desde 100.000t/a hasta 600.00t/a
(actualmente se está terminando de construir la mayor planta existente de OE con una capacidad de
700.000t/a).
Los procesos de producción industriales se basan en la oxidación del etileno con oxígeno o con aire.
La figura muestra el diagrama de bloques de producción de OE integrado con una planta de
fabricación de glicoles. Las plantas de producción conjuntas OE/glicoles son plantas donde las
unidades están muy integradas permitiendo ahorros en los servicios auxiliares así como una gran
recuperación del OE producido. Aproximadamente el 99,7% del OE de la reacción se recupera.
Como se observa hay tres secciones principales: sección de reacción, sección de recuperación del OE
y sección de eliminación del CO2.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Diagrama de bloques del proceso de fabricación de óxido de etileno junto con la planta de producción
de glicoles.
Las reacciones que tienen lugar son:
C2H4+ 3 O2
2 CO2 + 2H2O
C2H4+ 1/2 O2
2 CO2 + 2H2O
2C2H4O+ 2,5 O2
2C2H4O
La reacción es muy exotérmica y tiene lugar con un catalizador basado en plata.
Descripción del proceso.
El etileno junto con el oxígeno, diluido en un gas compuesto básicamente de metano o nitrógeno con
algo de dióxido de carbono y argón se alimenta a un reactor multitubular catalítico. La temperatura de
la reacción se controla mediante ajuste de la presión del vapor generado. Este vapor se produce en la
carcasa del reactor y elimina el calor de la reacción. A la salida del mismo y tras un enfriamiento, que
precalienta la alimentación al reactor, la corriente gaseosa pasa a un lavador (scrubber) con agua, esta
agua absorbe el OE que sale por el fondo mientras que los gases salientes por cabeza pasan a la
unidad de eliminación del CO2. La unidad de eliminación tiene en primer lugar una columna de
absorción (con aminas o carbonato potásico) que retiene el CO2.
Esta solución pasa a un stripper que desorbe el CO2 que sale como gas por cabeza y el disolvente
pasa de nuevo a la columna de absorción. La corriente gaseosa de salida de la absorción (gas
diluyente de la alimentación) se comprime y recicla a la entrada del reactor. La corriente rica en OE
pasa a un stripper donde se desorbe el OE (junto con compuestos ligeros) y el agua (junto con algunos
glicoles formados) sale por el fondo del mismo. La corriente gaseosa se enfría y pasa a un separador
del cual se obtiene por cabeza gas de reciclo a la alimentación y por el fondo una corriente rica en OE
que pasa a una última columna de destilación donde se purifica y se obtiene por cabeza el OE
producto. La figura muestra el diagrama del proceso descrito.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Diagrama de proceso de fabricación de óxido de etileno y glicoles.
El rendimiento de la planta es bastante alto, para obtener una producción de 100t/d de OE se
necesitan 125t/d de etileno y 2577,2Nm3/h de oxígeno (que equivalen a 126t/d).
El proceso de producción de OE puede ser también empleando aire como materia prima. En este
caso, debido al elevado volumen de gas de purga (por la existencia de alto volumen de inertes), el
proceso necesita un segundo reactor, denominado reactor de purga (el cual necesita la
correspondiente cantidad de aire adicional) para aprovechar el etileno que lleva esta corriente.
Después de ambos reactores la corriente pasa a una absorción que retiene el OE de etileno al igual
que ocurre con el proceso basado en oxígeno.
El proceso basado en aire fue el primero utilizado industrialmente aunque hoy día resulta ventajoso
emplear oxígeno, especialmente en plantas de alta capacidad de producción. Los costes de depurar el
oxígeno (o comprarlo puro) son inferiores a los costes de proceso (segundo reactor, costes de
compresión de gases, de unidades de venteo,…) asociados al empleo del aire.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Estireno
El estireno es un líquido incoloro cuyo punto de ebullición a temperatura normal es de 145ºC. Es un
monómero “commodity” que se emplea para fabricar diversos polímeros como el poliestireno, las
resinas ABS, los cauchos, poliésteres,… La gran mayoría de la producción es vía etilbenceno, es
decir, empleando como materias primas el benceno y el etileno. La producción anual está alrededor de
19 millones de toneladas teniendo una buena tasa de crecimiento, algo superior al 4% anual.
La siguiente figura muestra los usos derivados del estireno.
Principales productos derivados del estireno.
Proceso de fabricación de estireno
El etilbenceno sufre una reacción de deshidrogenación catalítica a estireno en presencia de vapor.
El reactor empleado es un reactor de lecho fijo con flujo radial. La reacción de deshidrogenación es
favorecida a bajas presiones y se realiza normalmente en condiciones de vacío. Además del estireno
se producen como subproductos principales el benceno y el tolueno junto con otros productos más
ligeros. Dado que la reacción es endotérmica se necesita aportar calor a la misma, este calor de
reacción es aportado por una corriente de vapor en estos reactores adiabáticos. El vapor es
previamente sobrecalentado en un horno “superheater” y posteriormente entra en el reactor junto con
el etilbenceno. El vapor se emplea como fuente de energía ya que favorece que no se forme coque.
La salida del reactor tiene un calor residual que se aprovecha para precalentar la alimentación y
producir vapor (que se usa en el proceso). Después pasa a un condensador donde se obtiene una
corriente líquida con agua e hidrocarburos y una corriente gaseosa, ésta pasa a la sección de
recuperación tras comprimirse. De la unidad de recuperación se obtiene por un lado una corriente
gaseosa que se emplea como fuel en el “superheater” del vapor, por otro lado una corriente líquida
que se separa en una fase acuosa que se junta con el condensado y en una fase orgánica. La mezcla
deshidrogenada (principalmente tolueno, benceno, estireno y etilbenceno no convertido) pasa a la
sección de fraccionamiento para separar los diferentes productos. La primera columna separa por
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
cabeza el EB junto con el tolueno y el benceno, y por el fondo el estireno junto con subproductos
pesados. En esta primera columna es necesario añadir un inhibidor para evitar la polimerización del
estireno (aunque la destilación se realiza a vacío se alcanzan temperaturas cercanas a los 100ºC).
Esta primera columna debe de ser cuidadosamente diseñada dada la proximidad de los puntos de
ebullición del estireno y del etilbenceno.
La corriente de cabeza pasa a una segunda columna donde se obtiene el EB por el fondo y se recicla.
Por cabeza sale una mezcla de benceno y tolueno que pasa a una última columna donde se separan
los dos subproductos. La corriente de fondo pasa a otra columna de destilación donde se separa el
estireno monómero producto de los compuestos pesados.
El proceso consigue un estireno de alta pureza (mínimo 99,85%p) y alta conversión de EB por paso
(cerca del 70%) lo que permite reducir los costes de reciclo de EB.
Proceso clásico de fabricación de estireno monómero a partir de etilbenceno.
Sobre este proceso clásico se ha realizado alguna mejora que consiste en la utilización de oxígeno en
la sección de reacción del proceso. La sección de reacción consiste en varios reactores en serie, en
este proceso mejorado se introduce oxígeno en el reactor intermedio con el fin de proporcionar calor
para la reacción mediante la oxidación del hidrógeno y además favorecer la reacción al consumir
hidrógeno y por lo tanto bajar su presión parcial. Este proceso consigue una mayor conversión por
paso (alrededor de un 80%) y reduce las necesidades de vapor sobrecalentado.
Aunque como se ha mencionado la mayoría de la producción de estireno monómero sigue este
proceso, existe otra vía de fabricación en la cual se fabrica de manera conjunta el estireno y óxido de
propileno, las materias primas a este proceso son el propileno, el estireno y el benceno. Primero se
forma etilbenceno, éste se oxida con aire para formar hidroperóxido de etilbenceno que a su vez
reacciona con propileno dando óxido de propileno y alcohol metilbencílico que por deshidrogenación
da lugar al estireno.
Polímeros derivados del estireno monómero
Tal y como se comentó al inicio, del estireno se obtienen diversos polímeros, entre otros cabe citar los
siguientes.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Resinas ABS.
Son termoplásticos formados a partir de los reactivos: acrilonitrilo, butadieno y estireno. Tiene buena
resistencia mecánica y al impacto. Se emplean en automóviles (parachoques, tableros,…) en
electrodomésticos, etc. La polimerización se puede realizar tanto en suspensión como en masa. La
figura muestra un esquema de la fabricación en suspensión.
Esquema de la polimerización en suspensión de estireno a ABS.
Poliestireno expandido
Es un producto muy ligero aunque resistente, teniendo muy buenas propiedades como aislante
térmico. Se fabrica a partir de poliestireno expandible que a su vez se produce mediante la
polimerización del estireno en presencia de un agente expandible, como puede ser el pentano. Una
vez obtenido este poliestireno se expande en tres etapas:
1. Preexpansión. Donde los granos de polímero se calientan con vapor de agua y se consigue
aumentar su volumen en unas 50 veces.
2. Estabilización. Los granos expandidos conteniendo un 90% de aire se estabilizan. Los granos se
enfrían y secan.
3. Expansión y moldeo final. Las perlas preexpandidas y estabilizadas se transportan a unos moldes
donde se les inyecta de nuevo vapor de agua y las perlas se sueldan entre sí. Entre sus aplicaciones
están el embalaje y la construcción (como aislante térmico y acústico). La figura muestra un esquema
de la fabricación.
Otros plásticos derivados importante son el SAN (copolímero de acrilonitrilo y estireno) o el caucho
SBR (estireno y butadieno)
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda
Esquema de la polimerización de estireno a SAN.
Ciencia de los polímeros | Profesor Francisco A. Herrera
Castañeda