Benceno

PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS

AROMÁTICOS BTX

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA FUERZA ARMADA

PROCESOS PETROQUIMICOS I

PROFESORA:PATRICIA RAMIREZ

Los compuestos aromáticos son sistemas cíclicos con una alta energía de resonancia.

El máximo exponente de hidrocarburos aromáticos es el benceno

Todos los derivados del benceno, siempre que se mantenga intacto el anillo, se consideran

aromáticos.

Los hidrocarburos aromáticos simples se usan como materia prima para la elaboración de los

hidrocarburos más complejos y sus dos fuentes principales son el carbón (o hulla) y el

petróleo.

GENERALIDADES

Lo que en la industria petroquímica se conoce como hidrocarburos aromáticos, bajo la denominación de fracción BTX, es un conjunto de moléculas que se

podrían considerar como derivados básicos de benceno y formado por benceno, tolueno, orto-xileno,

meta-xileno, para-xileno y etil-benceno.

Actualmente, la petroquímica basada en naftas de petróleo aporta más del 96% de la producción

mundial de BTX.

GENERALIDADES

- Llamado también ciclohexatrieno es un hidrocarburo cíclico con 3 dobles enlaces.

- Descubierto en 1825 por M. Faraday como uno de los componentes de un aceite que recogió de las tuberías del gas de alumbrado.

- En 1845, Hoffmann lo encontró en el alquitrán de hulla.

- Su fórmula química es C6H6. - Es el principal entre los

hidrocarburos aromáticos.

BENCENO

BENCENO

BENCENO

BENCENO. PROPIEDADES FÍSICAS:

- Líquido incoloro.- Olor dulce.- Soluble en éter, nafta y

acetona. También se disuelve en alcohol y en la mayoría de los solventes orgánicos.

- Disuelve al iodo y las grasas.- Densidad de 0,89 g/cm3.- Punto fusión: 5,5 °C. - Punto ebullición: 80°C.- Peso molecular: 78 gramos.

BENCENO

BENCENO

USOS: - El Benceno se utiliza

como constituyente de combustibles para motores, disolventes de grasas, aceites, pinturas y nueces en el grabado fotográfico de impresiones. También se utiliza como intermediario químico.

También se usa en la manufactura de detergentes, explosivos, productos farmacéuticos y tinturas.

BENCENO

- Líquido incoloro con un olor parecido a los solventes de pintura.

- Es miscible con la mayoría de disolventes orgánicos apolares pero casi inmiscible con el agua (0,52 g/l).

- Su punto de inflamación es de 4 ºC y el punto de ignición es de 535 ºC. En mezclas con el aire los vapores

son explosivos en el rango de 1,2 - 7 %.

TOLUENO

TOLUENO

TOLUENO

TOLUENO

Se adiciona a los combustibles (como antidetonante) y como solvente para pinturas, revestimientos, caucho, resinas, diluyente en lacas nitrocelulósicas y en adhesivos.

- Es producto de partida en la síntesis del TNT (2,4,6-trinitrotolueno), un conocido explosivo.

- En condiciones normales es estable.

USOS:

- El uso predominante del Tolueno es como aditivo en los combustibles. Es también utilizado para producir benceno y como solvente de pinturas, revestimientos, adhesivos, tintas, etc.- Es utilizado en la producción de polímeros utilizado parahacer nylon y poliuretanos.- Se lo emplea en tinturas, pinturas de uñas y en la síntesis de químicos orgánicos.

TOLUENO

TOLUENO

XILENO

El xileno comercial es una mezcla de tres isómeros (orto, meta y para

xileno) también puede contener etilbenceno así como pequeñas cantidades de tolueno y otros.

- El meta xileno predomina en el xileno comercial.

- Es un líquido muy fluido, incoloro e inflamable

XILENO

XILENO

USOS:

- Solvente de grasas, ceras y muchas otras resinas naturales y sintéticas.

- Solvente y diluyente para pinturas, esmaltes, lacas y barnices.

- Intermediario químico en producción de resina sintética, fibras, detergentes, perfumes, plastificantes.

- En los hospitales se utiliza en los laboratorios de

histopatología en el proceso de preparación de muestras

de tejidos para observación microscópica

XILENO

Procesos de Obtención de BTX


A partir de Alquitrán de Hulla.

Destilación Fraccionada de Crudo

Reformación Catalítica.


•La hulla es un tipo de carbón mineral que contiene entre un 45 y un 85% de carbón.

•Es dura y quebradiza, estratificada, de color negro y brillo mate o graso.

•Este material surge como resultado de la descomposición de la materia vegetal de los bosques primitivos, proceso que ha requerido millones de años. Su uso se comenzó en Inglaterra.

Hulla


Proceso A partir de HullaProceso A partir de Hulla

• Gas de coquería (metano = 32%)• Coque.• Alquitrán de Hulla. (Hidrocarburos

Aromáticos, bases nitrogenadas y fenoles)

Δ (650 - 800 ºC)

Libre de Oxigeno

Destilación Fraccionada.

Extracción con NaOH

Cristalización

Aromáticos

Fenoles

Naftaleno y fenantreno


Clasificación del Clasificación del Crudo según la Crudo según la predominación predominación

de uno de de uno de los compuesto.los compuesto.

Crudos Parafínicos, presentan una proporción elevada de hidrocarburos tipo CnH n+ particularmente parafinas y ceras naturales (Pennsylvania, Libia);

Crudos Nafténicos, con una cantidad más grande de naftenos, hidrocarburos de la serie anulares o cíclicos (Venezuela);

Crudos Aromáticos, en los que se encuentran hidrocarburos bencénicos CnH (Borneo);

Crudos Sulfurosos, que contienen sulfuro de hidrógeno y mercaptanos formados por la fijación de azufre sobre un hidrocarburo (Oriente Medio);

Crudos Particulares, como los crudos bituminosos, que son los crudos de muy bajo contenido en azufre, y los crudos polucionados por ácidos, metales (vanadio, níquel, arsénico), sales, agua salada, etc.


Factibilidad.Factibilidad.

•A partir HullaA partir Hulla. Al calentar carbón bituminoso en contenedores cerrados sin aire hasta unos 650 a 800 °C, el carbón se descompone en los siguientes productos:

80% de coque5% de amoníaco

5% de alquitrán de hulla10% de gas ciudad.

La producción de BTX a partir del carbón mineral, pero esta industria Fue insuficiente para satisfacer las demandas del mercado.


FactibilidadFactibilidad..

Los querosenos no tratados contiene HC aromáticos que los hacen fuliginosos y deben ser sometidos a un refino especial con ácido sulfúrico, anhídrido sulfuroso o cualquier procedimiento de desaromatización.

Estos hidrocarburos se encuentran en la

gasolina natural en mínimas concentraciones, por lo que resulta incosteable su extracción

Por lo tanto, para producirlos se desarrolló el proceso denominado de

Reformación catalíticaReformación catalítica,, cuya materia prima de carga es la gasolina natural o nafta pesada.

Reformación Catalítica.Reformación Catalítica.

•Las moléculas hidrocarbonadas no se craquean, sino que su estructura se reordena para formar aromáticos.

•Alimentación:Alimentación: Gasolinas directas y naftas (de 180 a 375 ºF).



ReaccionesReacciones

Reacciones Deseadas Reacciones Deseadas

• Deshidratación de Naftenos a Aromáticos.

• Deshidrociclación de Parafinas a Aromáticos.

• Isomerización.

• Craqueo con hidrógeno.

Reacciones que Conducen a Productos Indeseados:Reacciones que Conducen a Productos Indeseados:

• La desalquilación de cadenas laterales sobre naftenos y

aromáticos para formar butano y parafinas más ligeras.

• Craqueo de parafinas y naftenos para formar butano y

parafinas más ligeras.

Procesos de Obtención de BTXReacciones deReacciones de

DeshidrogenaciónDeshidrogenación

El rendimiento en Aromáticos El rendimiento en Aromáticos se ve favorecido:se ve favorecido:

• Temperaturas Altas (Cinética).

• Presiones Bajas (Reacciones Excentrópicas)

• Bajas Relaciones molares de hidrógeno a Hidrocarburo. (Para favorecer los productos)


Reacciones Reacciones DeDe

IsomerizaciónIsomerización

El rendimiento de la El rendimiento de la isomerización se isomerización se

incrementa:incrementa:

• Temperaturas Altas (Cinética).

• Presiones Bajas (Reacciones Excentrópicas)


Reacciones de Craqueo con Reacciones de Craqueo con HidrogenoHidrogeno

Condiciones Condiciones FavorablesFavorables

Altas Temperaturas.Presiones Altas


CatalizadoresCatalizadores

• Catalizadores que contienen Oxidos o Sulfitos de (Cr, Mo, Ni, W)

• Catalizadores que contienen metales nobles, (Platino) Soportados en una base de silice o de aluminio-silice (clorada).

Factores que Afectan la Actividad del CatalizadorFactores que Afectan la Actividad del Catalizador

• Formación de depósitos de coque; removidos en regeneración. Controladas con T y P (H2).

• Presencia de Venenos en la alimentación. (Pre-tratamiento). H2//(Cobalto – Molibdeno ”retiene metales” T (320 ^ 380 ºC); S, N2, H2S, NH3


Reformación Catalítica Reformación Catalítica IndustrialIndustrial

ContinuosContinuos Semiregneradores.Semiregneradores.

Regeneración continua de catalizador

Regeneración durante cierres periódicos

Alto nivel de actividad Bajo nivel de Actividad

Altos Costos de Inversión inicial. Bajos Costos de Inversión inicial.

Producción Ininterrumpida. Paradas de Plantas.


Catalizadores.Catalizadores.

• Máximo contenido de platino (0.6 %).• Mínimo contenido de platino (0.2 a 0.4%)• Catalizador Bimetalito: R 16 (Pt/Re). Los catalizadores

R 15 y R 18 por UOP y RG 442 por IFP que contiene 0.35% en peso de platino sirven para perfeccionar la producción de C3/C4 reforzando la función ácida por la adición de compuestos halogenados (cloro, flúor).

• Catalizadores Multimetalicos: la serie R 30 y R 60 por UOP, serie E 600 por Engelhard, KX HACEN (Ptjlr) por Esso, el catalizador de Pt/Pb de Asahi's, el catalizador de especialidad de Amoco, RG 45 J (Pt O.35%) y RG461 (Pt O.6%) por IFP etc.

Esquemas de ProcesamientoEsquemas de Procesamiento

• Reformación catalítica o craqueo con vapor para producir gasolina aromática.

• Tratamiento preliminar de cada corte: Fraccionamiento y/o hidrogenación selectiva (esencialmente para la pirolisis de gasolina)

• Extracción con solvente para eliminar los compuestos no aromáticos.

• Destilación para producir benceno y tolueno puro, y en caso de obtener otros productos aplicar únicamente o en conjunto con la pirolisis de la gasolina un tratamiento adicional que consiste en:

– Destilación de aromáticos ( cortes C8) para producir etilbenceno y o-xileno, para luego pasar por una columna y separar el producto ligero del pesado ( separación de cortes “ Splitter”)

– Producción de p-xileno a bajas temperaturas.


Catalytic Reformers

Procesos de Conversión a Aromáticos


HIDRODEALQUILACIÓN

ISOMERIZACIÓN

DISMUTACIÓN


HIDRODEALQUILACIÓN

Se realiza para producir el benceno a partir del tolueno que desde el punto de vista químico es a menudo difícil, y

posiblemente los aromáticos más pesados se encuentren en los sobrantes, o a veces de los cortes de C5+ completos.

C6H5 –CH3 + H2 ↔ C6H6 + CH4

- El reactor de lecho fijo.

- Catalizador a base de Níquel-Cobalto-Molibdeno

- 650ºC y 42 bar.

- La reacción es exotérmica

Condiciones de reacciónProcesos

Los procesos son de dos tipos, catalítica y térmica Sin embargo,

aparte de las condiciones que opera, sus diagramas de flujos son idénticos.

Un esquema simplificado puede describir sólo el proceso de

dealquilación, y otra versión más detallada incluye el pre-tratamiento de

el corte de pirólisis de C5+.


HIDRODEALQUILACIÓN


HIDRODESALQUILACIÓN DE TOLUENO


Un esquema convencional comprende la separación de etilbenceno y o-xileno por la destilación. y de un fragmento grande de p-

xileno por la cristalización o casi completamente por la adsorción, un licor madre

con un alto contenido de m-xileno, puede actualizarse como un solvente o empleado en

las gasolinas de alto octanaje. Dependiendo de los requisitos del mercado, sin embargo, este corte de C8 puede usarse para aumentar la

producción de o-xileno y p-xileno por el isomerización catalizada.

Isomerización de Xilenos.



- Bajas temperaturas favorecen la producción de p-xilenos.

-La concentración de equilibrio del p-xileno tiene un máximo a alrededor de 80ºC y luego decrece

Procesos en

Fase Líquida

Existen 3 tipos: •Sílice de alúmina (opera sin hidrógeno)

• Los Catalizadores basados en metales nobles sobre alúmina de sílice con hidrógeno atmosférico

•Catalizadores basados en los metales no-nobles usados en presencia de hidrógeno

Procesos en Fase Vapor



Los catalizadores son ácidos halogenados, metálico o una mezcla de ambos, que forman complejos con los aromático, ALCI3-- HCI, BF3--HF, etc. Ellos actúan según el siguiente

principio:

• La isomerización tiene lugar en la fase ácida, pero la solubilidad mutua del ácido y xileno es baja.

• El halógeno tiene el efecto de formar un complejo con los aromáticos y, si él, está presente en cantidad suficiente, tiende

incrementar el tamaño de la fase de la reacción en que el isomerización tiene lugar.

Friedel-Crafts tipo catalítico:

ISOMERIZACIÓN



Desmetilación del Tolueno

Esta técnica cuyo desarrollo industrial es reciente, sirve para aumentar la disponibilidad de mezclas

de benceno y xilenos. Combinado con la separación de p-xileno por cristalización o

adsorción, o con la isomerizacion, puede usarse para producir cantidades adicionales de o y p-xilenos sin aumentar el tonelaje del reformado a

ser tratado


A nivel industrial, la reacción de desmetilación de tolueno se lleva a cabo fase el vapor o fase líquida, en presencia

de un catalizador sólido. Los sistemas del catalizador empleados originalmente eran del tipo de Friedel-Craft,

alúminas de sílice, zeolitas.La reacción principal es la siguiente:

2C6H5-CH3 ↔ C6H6 + C6H4(CH3)2

Para la transalquilación:

C6H5-CH3 + C6H3(CH3)3 ↔ 2C6H4(CH3)2Algunos las reacciones laterales pueden tener lugar:

(a) Dealquilación del tolueno a benceno y metano.(b) Desmetilación de xilenos a tolueno, si el volumen C9

aromático es inicialmente bajo.



Se utilizan zeolitas con ciertas

propiedades para tratar los

aromáticos

Fase Líquida

En la técnica de Arco, la conversión tiene lugar en la

ausencia de hidrógeno

En el proceso de Tatoray, el H2 en relación al hidrocarburo de entrada del reactor está entre

5 y 20

Fase Vapor



La producción Simultánea y flexible de benceno y xilenos.

- Los rendimientos de aromáticos más altos

- Ningún o Poco consumo de hidrógeno bajo (la inversión y gasto de energía bajos).

- Temperatura y presión moderadas

-Recirculación de volúmenes grandes de tolueno no convertido, la inversión creciente.

- Tren de separación mas complejo

Desventajas:

Ventajas:

DISMUTACIÓN DEL TOLUENO


Técnicas de Separación Físicas de Aromáticos

Muchas técnicas se encuentran disponibles para la extracción de compuestos aromáticos a altas temperaturas y de distintos grados de pureza como las gasolinas producidas a partir

del craqueo con vapor o la reformación catalítica. Estos tratamientos se basan en procesos fisicoquímicos, requerimientos

económicos y especificaciones de los productos, de los cuales dependerán las condiciones de operación, y el proceso a

emplear


Destilación CristalizaciónAdsorciónDestilación azeotrópicaDestilación extractivaExtracción con solvente


Etilbenceno O-xileno

Benceno P-xileno

Aromáticos No-Aromáticos

Aromáticos No-Aromáticos


Destilación

Cristalización

Adsorción

Destilación Azeotropica

El extractor retiene los aromáticos y abandona los no aromáticos para retenerlos en el destilado.

En esta operación el solvente debe ser no polar para evitar la formación de dos fases líquidas en la que el contenido de impurezas es alto. Los principales solventes extractores utilizados en la industria son la anilina, furfural, nitrobenceno, fenol.

Destilación Extractiva


Existen diversos procesos basados en la destilación extractiva, entre ellos se encuentran:

Proceso Lurgi (solo produce benceno y tolueno)Snam Progettis Formex y Koppers´s Morphylane:

(alimentacion de no-aromaticos)Toray:(Recuperra el estireno de la gasolina de

pirolisis)

Destilacion Extractiva


Propiedades de los solventes de extracción: La formación de una zona de inmiscibilidad.El punto de ebullición es suficientemente

diferente a la de los aromáticos y tienen buena estabilidad térmica.

Baja toxicidad y acción corrosiva para un mejor almacenamiento del líquido.

Bajo costo.La densidad diferente a la de la alimentación y

baja viscosidad

Extracción con solvente


Tratamiento de Aromáticos de corte C-8

Tratamiento de Aromaticos de corte C-8

La Reformacion catalítica o aromatización y las técnicas de separación produce el Benceno y el Tolueno puro, junto con un

corte de C-8 conteniendo aromáticos o-xileno, p-xileno, m-xileno, el etilbenceno y tambien

corte C-9+

Características del Corte C-8 aromáticos

La separación de los diferentes componentes tienen varios

problemas que se identifican claramente por evaluar sus

propiedades física, básicamente le punto de ebullición


-48139M-xileno

13138P-xileno

-25144O-xileno

-95136Etilbenceno

P fusion (oC)P ebullición (Oc)ISOMEROS


Relación entre los puntos de ebullición de los aromáticos C-8


Baja volatilidad relativa etilbenceno/xileno

Gran numero de platos.Altas relaciones de reflujo.

Superfraccionamiento, Codsen 1957 Pe m-xileno muy parecido al el del p-xileno

Separación de etilbenceno y o-xileno


Recuperación de etilbenceno: 95%

Numero de etapas:330

Pureza 99.8% Eficacia por etapa:85%

Separación de etilbenceno y o-xileno


Separación de o-xileno por destilación

Supefracionamiento80 a 150 platos

Relación de reflujo: 7 a 15Recuperación:50-98%

Una segunda destilacion:Separa aromaticos C-940 a 60 platos Reflujo 1 a 2.Pureza 99 a 99.9%


Separación de p-xileno

Cristalización o Adsorción

La temperatura de Cristalización depende de la composición de la

mezcla a ser tratada


La presencia de otros aromáticos también

afecta la temperatura de cristalización

Separación de p-xileno


Separación de p-xileno. Proceso Phillips


Separación de p-xileno.

Proceso ARCO dos pasos


Separación de m-xileno

Separacion selectiva del m-xileno presente en

mezcla con el p-xileno.

Se extrae m-xileno por medio de HF-HF3, ya que

el m-xileno forma un complejo mas estable

Es posible extraer el m-xileno por un corte de C-8.

Proceso de conversión a Aromáticos

Separación de m-xileno. Mitsubishi Gas Chemical

Process

Hidrodealquilacion

Se utiliza para producir benceno a partir de tolueno. Se obtiene hidrocarburos ligeros (metano)

C6H5 –CH3 + H2 ↔ C6H6 + CH4

La reacción es la siguiente:


Hidrodealquilacion. Proceso.



Isomerización de Xilenos

Puede llevarse a cabo en fase liquida o fase vapor en presencia de un catalizador.

La isomerización lleva a un equilibrio entre los 4 aromáticos C-8.

Etilbenceno o-xileno p-xileno m-xileno



Dependiendo del catalizador y el medio se pueden tener las siguientes reacciones:

a) Hidrogenación de aromáticosb) Deshidrogenación de naftenos

c) Reacciones de desmetilacion de aromáticosd) Hidrocraqueo de compuestos saturados



Efectos de la temperatura en la isomerización


Isomerización de Xilenos. Fase liquida.

Friedel-Crafts tipo catalítico. Catalizadores ácidos, metálicos o una mezcla que

forman complejos con los aromáticos.

Zeolitas.Rendimiento de los xilenos 98%

Equilibrio para el p-xileno 95 a 98%Mobil Chemical. Proceso LTI.


Isomerización de Xilenos. Fase vapor.

Sílice de alumina.Poder de craqueo y desmetilacion ha sido alterado por tratamiento con vapor, el uso de inhibidores. 400-500 ºc. 0.1-2 MPa.

Catalizadores basados en los metales nobles.Recientemente en el mercado.1% de etilbenceno. 370 ºc a 450 ºc.

Desmetilacion de Tolueno.

Desarrollo industrial reciente, sirve para la disponibilidad de mezclas benceno-tolueno.

Reacción principal:2C6H5-CH3 ↔ C6H6 + C6H4(CH3)2

C6H5-CH3 + C6H3(CH3)3 ↔ 2C6H4(CH3)2


Desmetilacion de Tolueno.Proceso.


Avances.Pequiven tiene planes de construir una planta de BTX para aprovechar las corrientes de refinerías de CRP, lo cual permitirá la obtención de aromáticos grado monómero, los cuales no son producidos actualmente en el país.

Esto permite construir aguas abajo plantas de resina estirénicas, plastificantes.


Avances

La planta BTX seria parte del futuro Complejo Petroquímico Paraguaná.

También se considera aumentar la capacidad de producción de aromáticos de la planta BTX ubicada en la refinería El Palito.


Benceno

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