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RefnaciónPolimerización y Alquilación

 Avanzada

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-2015

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1. POLIMERIZACION Y ALQUILACION AVANZADA

2. ABSTRACT

El petróleo por su naturaleza no es un producto puro, sino que es una mezcla devarios cientos de Hidrocarburos y otras sustancias como azufre, sales, metales yotros, es un líquido aceitoso que presenta una amplia variedad de propiedadesfísicas y químicas, y cuyo color varia de incoloro a negro siendo los colores máscomunes Verde, Marrón, Negro y ocasionalmente casi blancos

!a importancia del petróleo radica en que "oy en día es la fuente de energía más

ampliamente usada, así como la materia prima para una amplia variedad deproductos, de diferente índole #in embargo se debe destacar, que el petróleo ensu estado natural tiene poco o ning$n uso y es solo a trav%s de los llamadosprocesos de refinación y petroquímicos que llega a convertirse en una gran gamade productos derivados

!a polimerización es un proceso en el que una sustancia de ba&o peso molecular se transforma en una de la misma composición, pero de mayor peso molecular mientras se mantiene la disposición atómica presente en la mol%cula básica'ambi%n se "a descrito como la adicción sucesiva de una mol%cula a otra por medio de un grupo funcional, como el actualmente en una olefina alifático

En la industria del petróleo, polimerización es el proceso por el cual la olefinagases se convierten en productos de condensación de líquido que pueden ser adecuados para la gasolina (por lo tanto gasolina de polímero) u otroscombustibles líquidos

!a materia prima se compone generalmente de propileno (propeno, (*H ₃*H +*H₂) y butilenos (butenos, varios isómeros de *₄H₈) de craqueo de procesos opuede incluso ser olefinas selectivas para la producción de dímero, trímero otetrámeroEistes diferentes procesos de polimerización entres los cuales están- por condensación y por adicción que a continuación se va a profundizar sus

conceptos

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3. RECURSOS

Polimero

!os polmero! son macromol%culas (generalmente orgánicas) formadas por la

unión de mol%culas más peque.as llamadas monómeros

!os polímeros pueden ser lineales, formados por una $nica cadena de

monómeros, o bien esta cadena puede presentar ramificaciones de mayor o

menor tama.o 'ambi%n se pueden formar entrecruzamientos provocados por el

enlace entre átomos de distintas cadenas

!a naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras propiedades

físicas, así como la estructura que presentan, determinan diferentescaracterísticas para cada polímero /or e&emplo, si un polímero presenta

entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no presentara

ninguno

!os enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí, por eso

dependiendo del orden estereoquímico de los enlaces, un polímero puede ser-

atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o sindiotáctico (orden alternante) a

esta conformación se la llama tacticidad !as propiedades de un polímero pueden

verse modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica

En el caso de que el polímero provenga de un $nico tipo de monómero se

denomina "omopolímero y si proviene de varios monómeros se

llama copolímero o "eteropolímero /or e&emplo, el poliestireno es un

"omopolímero, pues proviene de un $nico tipo de monómero, el estireno, mientras

que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos

dos monómeros

En los "eteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes maneras,

particularmente para polímeros naturales, los monómeros pueden repetirse deforma aleatoria, informativa (como en los polip%ptidos de las proteínas o en los

polinucleótidos de los ácidos nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano o

en algunos polisacáridos

!os monómeros que conforman la cadena de un copolímero se pueden ubicar en

la cadena principal alternándose seg$n diversos patrones,

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denominándose copolímero alternante,  copolímero en bloque, copolímero

aleatorio, copolímero de in&erto /ara lograr este dise.o, la reacción de

polimerización y los catalizadores deben ser los adecuados

0inalmente, los etremos de los polímeros pueden ser distintos que el resto

de la cadena polim%rica, sin embargo es muc"o más importante el resto de lacadena que estos etremos debido a que la cadena es de una gran etensióncomparada con los etremos 

Propie"#"e! $!i%#! "e lo! polmero!.

Estudios de difracción de rayos 1 sobre muestras de polietileno comercial,

muestran que este material, constituido por mol%culas que pueden contener desde

2333 "asta 243333 grupos *H5 6 *H5 presentan regiones con un cierto

ordenamiento cristalino, y otras donde se evidencia un carácter amorfo- a %stas

$ltimas se les considera defectos del cristal En este caso las fuerzasresponsables del ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuerzas de van

der 7aals En otros casos la responsabilidad del ordenamiento recae en los

enlaces de H !a temperatura tiene muc"a importancia en relación al

comportamiento de los polímeros 8 temperaturas más ba&as los polímeros se

vuelven más duros y con ciertas características vítreas debido a la p%rdida de

movimiento relativo entre las cadenas que forman el material

 L#! propie"#"e! me%&'i%#!

#on una consecuencia directa de su composición así como de la estructuramolecular tanto a nivel molecular como supermolecular 8ctualmente las

propiedades mecánicas de inter%s son las de los materiales polímeros y %stas "an

de ser me&oradas mediante la modificación de la composición o morfología por 

e&emplo, cambiar la temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el

estado de sólido elástico o tambi%n el grado global del orden tridimensional

Normalmente el incentivo de estudios sobre las propiedades mecánicas es

generalmente debido a la necesidad de correlacionar la respuesta de diferentes

materiales ba&o un rango de condiciones con ob&eto de predecir el desempe.o de

estos polímeros en aplicaciones prácticas 9urante muc"o tiempo los ensayos "an

sido realizados para comprender el comportamiento mecánico de los materiales

plásticos a trav%s de la deformación de la red de polímeros reticulados y cadenas

moleculares enredadas, pero los esfuerzos para describir la deformación de otros

polímeros sólidos en t%rminos de procesos operando a escala molecular son más

recientes

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(. RESOLUCION

Polimeri)#%i*'

/olimerización es un proceso en el que una sustancia de ba&o peso molecular setransforma en una de la misma composición, pero de mayor peso molecular mientras se mantiene la disposición atómica presente en la mol%cula básica'ambi%n se "a descrito como la adicción sucesiva de una mol%cula a otra por medio de un grupo funcional, como el actualmente en una olefina alifático En la industria del petróleo, polimerización es el proceso por el cual la olefinagases se convierten en productos de condensación de líquido que pueden ser adecuados para la gasolina (por lo tanto gasolina de polímero) u otroscombustibles líquidos!a materia prima se compone generalmente de propileno (propeno, (*H ₃*H +

*H₂) y butilenos (butenos, varios isómeros de *₄H₈) de craqueo de procesos opuede incluso ser olefinas selectivas para la producción de dímero, trímero otetrámero- 

*H₂ + *H₂ : (*H₂ + *H₂) : ₂ : (*H₂ + *H₂) : ₃ : (*H₂ + *H₂) ₄ : ;lefinas dímero trímero tetrámero 

Este tipo de reacción es en realidad una reacción de co<polimerización en el quese limita el tama.o molecular del producto /or lo general se evita la

polimerización en el verdadero sentido de la palabra y se realizan todos losintentos de poner fin a la reacción en la moneda de diez centavos o etapa detrimmer (tres monómeros se unieron) !os compuestos de cuatro a doce<carbononecesarios como los mandantes de combustibles líquidos son los productos de lacartilla #in embargo, en la sección petroquímica de una refinería, polimerización,lo que resulta en la producción de polietileno de (por e&emplo), puede continuar "asta que se "an producido los productos que tengan el necesario alto pesomolecular/olimerización es un proceso que puede pretender ser los primeros en emplear catalizadores a escala comercial 9e "ec"o, la polimerización catalítica entró enuso durante la d%cada de 2=>3 y fue uno de los primeros procesos catalíticos que

se utiliza en la industria del petróleo

Me%#'i!mo! "e polimeri)#%i*'

Poli#"i%i*'

En esta polimerización pueden asociarse macromol%culas mediante la acción de

distintos grupos químicos, la reacción de polimerización donde los monómeros se

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enlazan sin que se presente la condensación de un subproducto !os productos

iniciales pueden ser mol%culas algo mayores obtenidas por reacciones previas En

la poliadición se tiene la posibilidad de dirigir, seg$n los casos, la estructura d% las

macromol%culas y con ello las propiedades, mediante la selección de los

productos preliminares con estructuras variadas !a poliadición se distingue entre

las reacciones de polimerización porque cada etapa de la reacción procede

independientemente de la etapa previa !a migración de un átomo de "idrógeno

en cada etapa es la base de la poliadición

Poli%o'"e'!#%i*'

!as reacciones por poli condensación consisten en la unión de mol%culas poli

funcionales por reacciones comunes de esterificación o amidación, principalmente

#e efect$an con eliminación de una mol%cula, que generalmente es el agua, pero

que pueda ser un "idrácido, amoniaco u otro compuesto

!as reacciones de poli condensación se producen, por simple calentamiento o por 

la acción de los mismos catalizadores empleados para reacciones análogas entre

mol%culas mono funcionales, consisten en una serie de reacciones de una cadena

en crecimiento y una mol%cula peque.a, o entre dos cadenas de crecimiento, y se

pueden representar por el esquema general-

M ? M @ M ?ᵢ ᵤ ᵢ ᵤ

  , pueden variar desde la unidad a valores muy grandesᵢ ᵤ

Más que reacciones de polimerización son reacciones en cadena que sedesarrollan rápidamente y reaccionan por etapas en donde las mol%culas crecen

todas progresivamente y en con&unto

Tipo! "e Polimeri)#%i*'

Polimeri)#%i*' por #"i%i*'+

 8dición de mol%culas peque.as de un mismo tipo unas a otras por apertura del

doble enlace sin eliminación de ninguna parte de la mol%cula (polimerización de

tipo vinilo)

 8dición de peque.as mol%culas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un

anillo sin eliminación de ninguna parte de la mol%cula (polimerización tipo epói)

 8dición de peque.as mol%culas de un mismo tipo unas a otras por apertura de un

doble enlace con eliminación de una parte de la mol%cula (polimerización alifática

del tipo diazo)

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 8dición de peque.as mol%culas unas a otras por ruptura del anillo con eliminación

de una parte de la mol%cula (polimerización del tipo a <aminocarboian"idro)

 8dición de birradicales formados por des"idrogenación (polimerización tipo p<

ileno)

En el cuadro siguiente vemos algunos de los polímeros de adición más

importantes, sus principales aplicaciones, así como los monómeros de los que

proceden Nótese que los polímeros basan su nomenclatura en el nombre

comercial de los monómeros

Polimeri)#%i*' por %o'"e'!#%i*'+

0ormación de poli%steres, poliamidas, poli%teres, polian"idros, etc, por 

eliminación de agua o alco"oles, con mol%culas bifuncionales, como ácidos o

glicoles, diaminas, di%steres entre otros (polimerización del tipo poli%steres y

poliamidas)

0ormación de poli"idrocarburos, por eliminación de "alógenos o "aluros de

"idrógeno, con ayuda de catalizadores metálicos o de "aluros metálicos

(policondensación del tipo de 0riedel<*raffts y Allmann)

0ormación de polisulfuros o poli<polisulfuros, por eliminación de cloruro de sodio,

con "aluros bifuncionales de alquilo o arilo y sulfuros alcalinos o polisulfuros

alcalinos o por oidación de dimercaptanos (policondensación del tipo '"ioBol)

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Al,-il#%i*' A#')#"#

El proceso de alquilación, se refiere a la conversión de olefinas de ba&o pesomolecular (por e&emplo /ropileno y butileno), producidas en los procesos decraqueo catalítico, mediante la reacción con una isoparafina para obtener unaisoparafina de mayor peso molecular, el resultado de lo cual es un componenteempleado para me&orar gasolinas otorgándoles mayor valor En la práctica,podemos definirlo como un proceso de conversión en el cual mol%culas peque.asde "idrocarburos, producidas por craqueo t%rmico, se combinan en presencia deun catalizador En t%rminos más específicos, se emplea para la combinación deCsobutanos o isopentanos con olefinas tales como /ropileno o Dutileno En la granmayoría de los procesos actuales solo se usa el isobutano, ya que el isopentanotiene un n$mero de octano suficientemente alto y presión de vapor ba&a por lo que

puede ser mezclado directamente para dar gasolinasEl 8lquilato o 8lquilado, que es el principal producto de este proceso, es uno de losme&ores componentes empleados para la mezcla de gasolina en una refineríadebido a su alto n$mero de octano y ba&a presión de vapor !a reacción básicapodría resumirse en la adición de un grupo alquilo en cualquier compuesto, lo cualse conoce como una reacción de alquilaciónEsta tecnología "a estado presente por un largo tiempo en la industria de larefinación, así tenemos que la primera unidad comercial fue arrancada a finales delos a.os >3, y se empleó durante la segunda Fuerra mundial para producir gasolina para la aviación Ana vez concluida dic"a coyuntura la mayor parte de lasinstalaciones fueron adaptadas para producir gasolinas para la creciente industria

automotriz

M#/eri# Prim#! "e l# #l,-il#%i*'

*omo ya se di&o para la alimentación a las unidades de alquilación se empleanolefinas e Csobutano, cuya fuente principales son, para las olefinas, lasoperaciones de craqueo *atalítico y *oquización, mientras que el isobutano,normalmente es craqueado comercialmente en una planta de Csomerización !asolefinas más com$nmente usadas son los Dutenos y /ropenos, pero en algunos

casos se emplean etileno y /entenos !as olefinas pueden producirse por des"idrogenación de parafinas En sus orígenes las refinerías utilizaban Dutanosy Dutilenos como alimentación a los procesos de alquilación, sin embargo lasnuevas plantas se dise.aron para transformar todos los Dutanos y /ropileno quese producen en la refinería y en algunos casos se "an construido específicamentepara procesar /ropileno

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0. NOMENCLATURA

(*H₃*H + *H₂)- propeno

H*- "idrocarburos

*<*- enlace carbono< carbono

G;N- El N$mero de octano de investigación (G;N)

. CONCLUSIONES

• !a polimerización se da en etapas (condensación) necesita al menos

monómeros bifuncionales

• En la polimerización por adición la masa molecular del polímero es un

m$ltiplo eacto de la masa molecular del mo<nómero, pues al formarse lacadena los monómeros se unen sin perder ning$n átomo

• En la polimerización por condensación en cada unión de dos monómeros

se pierde una mol%cula peque.a, por e&emplo agua /or tanto, la masamolecular del polímero no es un m$ltiplo eacto de la masa mo<lecular delmonómero

• !os principales polímeros de condensación son- Homopolímeros y

*opolímeros

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. BIBLIORA4IA

Den&amín Derm$dez (533=)Gefinación del /etróleo Notas de *átedra eCnformación complementaria sobre los procesos de Gefinación 90 M%ico

atia Escalante 9arIin /enadillo (5325) /olimerización Aniversidad Nacional 8graria de la #elva 'ingo María /er$

at"erin *alvo #ara ;rtega (5322) /olimerización Cnstituto /olit%cnico Nacional*entro de Estudios y 'ecnológicos

Giovanny Vásconez Página #