Estireno

ESTIRENO

• Historia

El estireno (fenileteno, vinilbenceno, feniletileno, estirol, cianamina), C6H5CH=CH2, es el más simple y el miembro más importante de una serie de monómeros aromáticos. Se conoce comercialmente como estireno monómero (SM) y es producido en grandes cantidades para la polimerización. Es un monómero versátil usado en la manufactura de diversos plásticos como el poliestireno, acrilonitrilo, copolímeros, resinas, etc.

El estireno fue aislado por primera vez en el siglo XIX a partir de la destilación de estoraque, un bálsamo natural. Aunque se conocía la polimerización, no tenía aplicaciones comerciales debido a que los polímeros eran frágiles y se agrietaban fácilmente. El desarrollo de la deshidrogenación durante la década de 1930 fue el primer paso hacia la tecnología de estireno moderna. Varias plantas fueron construidas en Alemania antes de la Segunda Guerra Mundial para producir estireno, principalmente para la fabricación de caucho sintético. También se convirtió en uno de los materiales de importancia estratégica en los Estados Unidos cuando el suministro de caucho del sur de Asia fue cortado; y fueron construidas plantas de gran escala. Después de la guerra la demanda de monómero de estireno continuó creciendo, pero su uso principal se desplazó de caucho sintético a  poliestireno. El poliestireno (PS) en 1996 suponía un 65% de la demanda de estireno, y se prevé que crezca a un ritmo de más del 4% anual hasta el año 2005. Hay muchos factores que contribuyen a su crecimiento: es un líquido que puede ser manejado de forma fácil y segura, que se puede polimerizar y copolimerizar bajo una variedad de condiciones, por métodos comunes a la tecnología de los plásticos, para obtener un gran número de polímeros de diferentes propiedades y aplicaciones. El poliestireno es fácil de extrudir y moldear, y es uno de los termoplásticos más baratos volumétricamente, ya que las materias primas, benceno y etileno, se producen en cantidades muy grandes en las refinerías y se pueden suministrar a las plantas de estireno a través de tuberías. Además las tecnologías de fabricación son eficientes y las plantas se pueden construir a gran escala para producir estireno a bajo coste.

Dos rutas de proceso se utilizan comercialmente para la fabricación de estireno: deshidrogenación y coproducción con óxido de propileno. Ambas rutas usan etilbenceno como intermedio. La fabricación de estireno a través de etilbenceno consume más del 50% del benceno comercial en el mundo. La gran mayoría de las plantas de etilbenceno y estireno se basan en tecnologías modestas. El estireno es un producto químico comercializado en grandes volúmenes a nivel nacional como internacional. Las especificaciones del producto se dictan en gran medida por el mercado. La pureza mínima es normalmente 99,8%, que puede ser fácilmente reunido en una planta de diseño moderno. Algunos productores optan por tener sus plantas diseñadas para producir estireno de mayor pureza por un pequeño incremento de la inversión, con el fin obtener ventajas de comercialización y en previsión de la demanda futura. La producción de estireno del 99,95% de pureza podría convertirse en rutina como resultado de los recientes avances en la tecnología de fabricación. La naturaleza de los productos y el fácil acceso a los procesos, permiten a los nuevos productores entrar en el mercado con poca experiencia en la tecnología de estireno. El acceso a etileno, que no puede ser fácilmente transportado por medios distintos a tuberías, es un factor clave en la consideración de nuevas instalaciones de estireno. El tiempo o la suerte, es aún más importante porque la oferta y demanda de estireno están  rara vez en equilibrio y el precio fluctúa ampliamente y rápidamente como resultado. Las inversiones en las plantas de estireno se sabe que tienden a recuperarse en menos de un año, pero la prosperidad es incierta.

• Propiedades

El estireno es un líquido incoloro con olor aromático. Las  propiedades físicas importantes del estireno se muestran en la Tabla (1). El estireno es infinitamente soluble en acetona, tetracloruro de carbono, benceno, éter, n- heptano, y etanol. Casi todo el estireno comercial se consume en la polimerización y procesos de copolimerización. Los métodos comunes en la tecnología de plásticos tales como el amasado, suspensión, solución, emulsión y la polimerización se pueden utilizar para la fabricación de poliestireno y copolímeros de estireno con diferentes características físicas. La polimerización tiene lugar generalmente por reacciones de radicales libres iniciada térmicamente o catalíticamente. La polimerización se produce lentamente, incluso a temperaturas ambiente, y puede ser retarda o por inhibidores.

[pic 1][pic 2]Tabla 1. Propiedades físicas del estireno[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

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El estireno se somete a diversas reacciones de compuestos insaturados, tal como la addición, y de compuestos aromáticos, tal como la sustitución. Reacciona con diversos agentes oxidantes para formar óxido de estireno, benzaldehído, ácido benzoico, y otros compuestos oxigenados. Reacciona con benceno en presencia de un catalizador ácido para formar difeniletano. Además se lleva a cabo la deshidrogenación de estireno a fenilacetileno, desfavorable a alta temperatura; una concentración de aproximadamente 50 ppm de fenilacetileno aparece en el estireno comercial.

• Manufactura del etilbenceno

El estireno se fabrica a partir de etilbenceno. El etilbenceno es producido por alquilación de benceno con etileno, a excepción de una pequeña fracción que se recupera del mezclado de aromáticos C8 por superfraccionamiento. Las unidades de etilbenceno y estireno casi siempre se instalan juntas, debido a que casi todo el etilbenceno producido comercialmente se convierte en estireno. La alquilación es exotérmica y la deshidrogenación es endotérmica por lo que la economía energética del proceso se realiza mediante la integración de flujos de las dos unidades. Una planta destinada a producir etilbenceno exclusiva o principalmente no se considera viable debido a que el mercado del etilbenceno es pequeño y esporádico.

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La reacción de benceno y etileno se lleva a cabo sobre catalizadores ácidos y puede llevarse a cabo en fase líquida o vapor. El benceno se utiliza en exceso según la relación estequiométrica de etileno. La reacción directa está favorecida termodinámicamente; la conversión de equilibrio de etileno es casi completa. La alquilación no se detiene en monoetilbenceno; parte del etilbenceno producido se alquila a dietilbencenos, trietilbencenos, tetraethylbenzenes, etc., denominados colectivamente como polietilbencenos (PEB). La alta relación benceno/etileno en la alimentación da una baja relación polietilbencenos/etilbenceno en el producto, pero requiere equipos más grandes y mayor consumo energético para recuperar el benceno sin reaccionar y recircularlo al reactor. La cantidad de polialquilbencenos formados respecto a etilbenceno también se ve afectada por las condiciones de reacción y del catalizador. Los polietilbencenos se recuperan por destilación y transalquilación con benceno para producir etilbenceno adicional. La reacción de transalquilación es exotérmica y es reversible. Una alta relación benceno/polietilbenceno favorece la reacción de transalquilación a la derecha. Aunque la alquilación y transalquilación pueden llevarse a cabo en el mismo reactor, obteniendo mayor rendimiento de etilbenceno, y la pureza se consigue con un alquilante y transalquilador, operando bajo diferentes condiciones optimizadas para las respectivas reacciones.

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