Mtbe

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE- LATACUNGA INGENIERÍA PETROQUÍMICA  

Nombre: Janine Molina Vallejo Fecha: 15-01-2019

PRODUCCIÓN DE ANHÍDRIDO DEL ÁCIDO MALEICO (MAA)

Conceptos Básicos 

Proceso Petroquímico, no es parte normalmente de una diseño de refinería convencional.

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La producción industrial de MAA es posible típicamente a partir de dos moléculas: a través de Oxidación de n-butano o benceno, utilizando aire, en presencia de catalizador.

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Durante el proceso: 1. En las reacciones primarias MA y agua ... 2. …en las reacciones secundarias se produce CO2, CO, CH3COOH y ácido acrílico

Figura 1. Producción Industrial de MAA

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El MAA es un material blanco cristalino en condiciones ambientales. Es higroscópico, disuelto en agua se formará ácido maleico.

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Debido a su naturaleza química, está igualmente dispuesta a someterse a policondensación y reacciones de poliadición, por lo que su aplicación industrial es muy amplia.

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En la industria del plástico: 1. Poliésteres 2. Resinas alquídicas (reforzadas con fibra de vidrio, por ejemplo, producción de tubos.) 3. Copolímeros (producción de detergentes)

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Producción intermedia

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Producción de insecticidas.

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Comercializado en forma sólida o líquida.

Química de la Producción de MAA. 

La producción de MA es una reacción altamente exotérmica. La cantidad de calor liberado depende del tipo de reacción.

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La mayor cantidad de calor se libera cuando la alimentación no tiene contacto con el catalizador, y el n-butano simplemente se quema (reacciones secundarias, quema de n-butano).

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El objetivo operacional es reducir las reacciones secundarias, a fin de minimizar la pérdida de rendimiento y el taponamiento del reactor.

Reacción química primaria: 400 ÷405º𝐶

𝑛𝐶4 𝐻10 + 3,5 𝑂2 →

𝐶4 𝐻2 𝑂3 + 4𝐻2 𝑂 − 21.400 𝑘𝐽/𝑘𝑔

Reacción química secundaria: 𝑛𝐶4 𝐻10 + 4,5 𝑂2 → 4𝐶𝑂 + 5𝐻2 𝑂 − 26.270 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑛𝐶4 𝐻10 + 6,5 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2 𝑂 − 45.725 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑛𝐶4 𝐻10 + 4,5 𝑂2 → 𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝐶𝑂2 + 3𝐻2 𝑂 − 31.400 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑛𝐶4 𝐻10 + 3,5 𝑂2 → 𝐶𝐻2 = 𝐶𝐻 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 3𝐻2 𝑂 − 22.760 𝑘𝐽/𝑘𝑔

Principales pasos del Proceso de MAA. 

Oxidación de nC4 en MAA

El n-butano se evapora y se sobrecalienta y se mezcla con el aire en una proporción apropiada. La mezcla de nC4 / aire se enruta a través de tuberías llenas de catalizador de pirofosfato de vanadio, que se sumergen en sal fundida. Durante la oxidación catalítica de nC4, se forma MAA como resultado de las reacciones primarias. 

Eliminación de MAA en bruto

El MAA, formado durante las reacciones muy exotérmicas, se separa de la mezcla de reacción por enfriamiento y absorción por agua. Durante la etapa de enfriamiento, parte del MAA crudo se condensa y puede separarse de los gases de reacción. Después de enfriar, el MAA que permanece en la mezcla de gas de reacción puede separarse por lavado con agua. En la etapa de absorción, la solución de ácido maleico (MA) se formará en una concentración de 40-42%. 

Deshidratación del ácido maleico, refinado por destilación

La solución de MA, formada durante la etapa de absorción, se deshidratará en la columna de xileno de la operación por lotes. Pasos del proceso de deshidratación por lotes: 1. Deshidratación 2. Eliminación del ácido acrílico 3. Eliminación de xileno 4. MAA refinación 

Recuperación y despacho de MAA destilada.

La mayoría del MAA refinado se envía desde la unidad en forma líquida, mientras que el resto se granula y se rellena en bolsas de plástico. 

Incineración de gases de cola que contienen hidrocarburos.

El residuo de caldero y los gases de hidrocarburo se incineran en la unidad incineradora de cola (se produce vapor de HP).

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Manejo de agua agria, producida durante el proceso.

El agua ácida que se forma durante el proceso se neutraliza con NaOH y luego se envía a la planta de aguas residuales biológicas.

Figura 2. Proceso MAA

Reactor MAA  En la práctica, el reactor MAA es un Intercambiador de calor tipo haz con tubos de 20100 piezas (ID es de 21 mm)  Los tubos del paquete se llenan con el catalizador en 1 a 3 capas, dependiendo del tipo.  Dado

que

la

reacción

es

altamente

exotérmica, el calor liberado es eliminado por la sal fundida que circula en el lado de la cubierta.

Parámetros principales del proceso:  Concentración de entrada de nC4: máx. 1,6 mol%.  Avance nC4 de avance: 64 t/d (1020 Nm3/h).  Velocidad de entrada de aire: 60-65 thNm3/h  Temperatura de la sal: 420-425 °C.  Punto caliente: máx. 520 °C  Adición de TMP: 0,6 kg / h (suplemento de fosfato de catalizador)  Conversión: 82% 

Producción de vapor: 12 t/h, 360 °C, 38 barg.

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Temperatura de la materia prima: 130 °C

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Temperatura de salida de la mezcla de reacción: 425 °C.

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Velocidad del mezclador de sal: 550 rpm

MAA catalizador En la alta temperatura de reacción, el equilibrio del enlace V-O-P se divide, debido a la ruptura de los átomos de fósforo. El TMP (trimetilfosfato) se usa para mantener el nivel de fósforo apropiado.

El catalizador de vanadio-pirofosfato y su estructura.

Termodinámica 

En condiciones óptimas, la diferencia de temperatura de la sal es menor a 1,5 ° C en cualquier sección transversal del reactor y menor a 6 ° C entre la entrada y el punto de salida.

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El "punto caliente" se encuentra normalmente en el lado de entrada, ya que la mayoría de la reacción se está produciendo.

MTBE: TIPO DE REACTOR

El objetivo es producir un mejorador octánico de óptima calidad a partir de la combinación de isobutileno (bajo valor comercial) y alcohol metílico (metanol).

Ventajas de la utilización de MTBE  Reemplazo del tetraetilo de plomo como antidetonante.  Aporta oxígeno al combustible, asegurando una combustión completa.  C.a.a. exige un mínimo desde 2.0 a 2,7 % en peso de oxígeno.  No aporta contaminantes y permite reducir la participación de los aromáticos.  Existen otros compuestos oxigenados como: ETBE, TAME, TAEE.

Carga a la unidad     

La unidad utiliza como carga corrientes de butanos de las unidades de cracking catalítico. El proceso es altamente selectivo hacia el isobutileno contenido en dichas corrientes. La unidad también usa como carga alcohol metílico (metanol) el cual se combina con el isobutileno. El diseño contempla una especificación de isobutileno en la carga de 16% a 26%. Esta limitado el contenido de agua y compuestos básicos (NAOH, DEA, acetonitrilo) ya que son venenos del catalizador.

Reacciones químicas 

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La reacción principal en el proceso de MTBE es la combinación en fase liquida del isobutileno y el metanol usando como catalizador una resina de intercambio cationico fuertemente ácida. La reacción es exotérmica y finaliza con una alta conversión (>97%) hacia MTBE. Dicha reacción es altamente selectiva sobre el isobutileno de la corriente de butanos el cual se combina en fase liquida con metanol.

Reacción Principal

Reacciones Secundarias Además de esta reacción, pueden ocurrir distintas reacciones secundarias indeseables por falencia de reactivos limitantes o por excesivas concentraciones de agua o metanol durante la reacción, que inciden sobre la calidad del MTBE o afectan la vida útil del catalizador. 

Por presencia de agua

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Por sobre exceso de metanol

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Por exceso de isobutileno

Variables operativas 

Temperatura de reacción

La temperatura de reacción barre un rango entre 40°C (entrada reactor) y 76°C (salida reactor), con un delta de reacción de 30°C a 40°C. 

Velocidad espacial en peso (WHSV)

Está definida como el cociente entre el la carga al reactor (kg/hora) sobre el volumen de catalizador por su densidad en fase acuosa. El valor de diseño es de 1.5 1/s. 

Relación molar metanol / isobutileno

La reacción metanol e isobutileno es esencialmente 100 % selectiva hacia MTBE a relaciones cercanas a 1.1. La selectividad cae abruptamente a relaciones molares menores por los que opera con un leve exceso de metanol sobre isobutileno. 

Relación reciclo / carga

Regula la concentración de isobutileno (15.5%) en la entrada del primer reactor. Presión en la separadora de butanos: 6 kg/cm2

FLOW SHEET DE MTBE

Bibliografía Németh’s, T. (16 de 10 de 2018). Maleic Anhydride Production. Obtenido de http://kkft.bme.hu/attachments/article/126/PC_7_Maleic%20Acid%20productio n%20DrF%C3%81%202018_10_16.pdf?fbclid=IwAR1yUqtxM0zOjzW8OXGt _c3TvGTzpNSAfDmlY8uoFHOZQagEF878IvlpRxg