PROCESO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCIÒN DEL ESTIRENO

RESUMEN

En este trabajo se muestran los diferentes procesos industriales, para la producción masiva del C8H8 (estireno ò vinilbenceno). El más importante es el proceso de deshidrogenaciòn catalítica del C8H10 (etilbenceno) en la producción de estireno; a continuación se describen aspectos generales del proceso de deshidrogenaciòn, entre los que se destaca el papel de los catalizadores en la reacción y sus cualidades cinéticas. También se describen las diferentes reacciones obtenidas en los laboratorios o procesos industriales para la obtención del C8H8 (estireno ò vinilbenceno).

Palabras clave: deshidrogenación, etilbenceno, catalizadores, estireno y desactivación catalítica.

INTRODUCCIÓN

El C8H8 (estireno ò vinilbenceno), es el hidrocarburo aromático mas sencillo en una cadena lateral no ramificada. Es un líquido incoloro, inflamable, con olor característico no desagradable. Tiene las reacciones típicas olefìnicas y se caracteriza de modo especial por se fácilmente polimerizable. Los principales usos del estireno en la industria son la copolimerización con el C4H6 (butadieno) para hacer el caucho sintético y la polimerización en amplia variedad de resinas y de plásticos.

La deshidrogtenación catalítica del etilbenceno, es la más utilizada, ya que los demás procesos para la fabricación del C8H8 (estireno ò vinilbenceno) utilizan cloro, materia prima cuyo costo es elevado, y los residuos e impurezas orgánicas cloradas en el C8H10 (etilbenceno) contaminan el estireno, además de ser nocivos para el medio ambiente.

Por otra parte los procesos en los cuales el estireno es obtenido directamente del petróleo, son complejos y costosos en requerimientos energéticos, aparte de presentar desventajas asociadas al proceso como migración de promotores y elevadas temperaturas (exotérmicas) que afectan a los catalizadores empleados en las diferentes reacciones de producción por la presencia de coque.

En la Tabla 1 se observan los diferentes procesos industriales para la obtención del estireno:

Tabla1. Procesos industriales para la obtención del estireno.

Pirolisis del petróleo y recuperación en varias etapas del proceso

Cloración de la cadena de etilbenceno seguida de deshidrogenación

Cloración en cadena del etilbenceno e hidrolisis para dar el corresponidente alcohol y luego deshidrogenación

Oxidación del etilbenceno a hidroperóxido de etilbenceno, el cual por reaccion del propileno produce a- feniletanol y oxido de propileno. A continuación el alcohol es deshidratado a estireno

Conversión oxidativa del etilbenceno a a- feniletanol por via de la acetofenona y subsecuente deshidratación del alcohol

Dimerización del etilbenceno seguida de desproporciona miento y degradación del poliestireno reciclado

Alquilación del tolueno con metanol

Deshidrogenación catalítica del etilbenceno

PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DEL ESTIRENO

El estireno monómero es completamente miscible con metanol, etanol, acetona, éter, hidrocarburos alifáticos y aromáticos. Este es soluble en los éteres, alcoholes y cetonas superiores. Tiene poca solubilidad en los glicoles y polioles, propiedad que sirve de base para una patente que ampara la concentración del estireno en soluciones aromáticas por extracción selectiva con disolvente. El estireno es un buen disolvente de sustancias orgánicas, , incluso del poliestireno y de otros polímeros plásticos.

En la Tabla 2, aparecen las propiedades fisicoquímicas más características del estireno:

Propiedad Valor

Punto de ebullición 142°C

Densidad a 20°C 0.906g/cm3

Presión critica 40 atm

Calor latente de fusión 2645 cal/mol

Calor latente de vaporización 10500 ± 100 cal /mol

Momento dipolo 0.37 (aprox)

Calor especifico 0.416 cal/g°C

PROCESOS INDUSTRIALES PARA LA OBTENCIÓN DE ESTIRENO

Fabricación del etilbenceno

La reacción básica en la alquilación Friedel-Crafts del benceno es

"C" _"6" "H" _"6" "+C" "H" _"2" "=C" "H" _"2" " → " "C" _"6" "H" _"5" 〖"CH" 〗_"2" 〖"CH" 〗_"3"

La reacción catalítica del C6H6 (benceno) y CH2=CH2 (eteno ó etileno) produce como producto el C8H10 (etilbenceno) y como subproductos el dietilbenceno y polietilbencenos superiores. En consecuencia, los métodos tienden a reducir al mínimo la formación de los bencenos altamente etilados convertirlos en el deseado monoetilbenceno. La reacción que se lleva a cabo en el alquilador a contracorriente libera mucha energía en forma de calor, es decir es una reacción altamente exotérmica; termodinámicamente, el equilibrio de la reacción para la formación de C8H10 (etilbenceno) se desplaza hacia los productos, es decir que reacciona todo el etileno. En el proceso en fase liquida con AlCl3 (cloruro de aluminio) la alquilación se lleva a cabo ordinariamente de modo continuo en condiciones moderadas (aproximadamente a 95ºC y 352g/cm3 de presión en el reactor. Dos reacciones ocurren en el reactor. Una es la reacción del CH2=CH2 (eteno ó etileno) gaseoso con el C6H6 (benceno) para formar los diferentes derivados etílicos. La segunda es la llamada desalquilación o reacción de intercambio en la cual reaccionan los polietilbencenos con el benceno para formar el etilbenceno. Es típica de esta segunda reacción la del dietilbenceno.

"C" _"6" "H" _"6" "+ " "C" _"6" "H" _"4" "(" 〖"CH" 〗_"2" 〖"CH" 〗_"3" ")" _"2" " ↔ 2" "C" _"6" "H" _"5" 〖"CH" 〗_"2" 〖"CH" 〗_"3"

En condiciones apropiadas de reacción, la absorción del CH2=CH2 (eteno ó etileno) es virtualmente instantánea, pero la reacción de intercambio es menor rápida, sobretodo por debajo de los 60ºC.

Por lo tanto, en la recuperación del C8H10 (etilbenceno) deseado seria necesario separar primeramente, por fraccionamiento, gran cantidad de C6H6 (benceno) por unidad de C8H10 (etilbenceno). Sin embargo a consecuencia de la reacción de intercambio anteriormente citada, se emplean relaciones etileno-benceno mucho mayores y los polietilbencenos recuperados del producto de la reacción son recirculados a la etapa de alquilación para conseguir una concentración de C8H10 (etilbenceno) fija con un 95 % de rendimiento.

Además del AlCl3 (cloruro de aluminio),

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