Proceso Monómero Cloruro De Vinilo

PROCESO DEL MONÓMERO DE CLORURO DE VINILO

Meneses C. Giselle Natalia, Morales S. Néstor Fabio

Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Departamento de ingeniería Química

Ingeniería de Procesos II

Universidad Nacional de Colombia sede Manizales

Objetivo General

Estudiar la viabilidad de la implementación de una planta para la producción de Monómero de Cloruro de Vinilo en Colombia.

Objetivos Específicos

Realizar un estudio de mercado de la materia prima, productos y co-productos y su posible tratamiento.

Analizar el impacto ambiental de dicho proceso.

Evaluar e identificar los sistema de separación los cuales se utliza para purificar el producto deseado.

Realizar un análisis de costos.

JUSTIFICACIÓN

El Cloruro de Vinilo Monómero (VCM), también conocido como cloroeteno, cloroetileno, monocloruro de etileno o monocloroetileno, es a temperatura ambiente, un gas incoloro, inflamable y es inestable.

El Cloruro de Vinilo es uno de los productos más importantes para la producción de Policloruro de Vinilo (PVC) a partir de la polimerización del monómero y casi el 95% de la producción de VCM es utilizado para la fabricación de PVC, el resto se utiliza para la producción de disolventes clorados y no clorados.

A principios del año 1980 hasta el año 1990, la producción de Cloruro de Vinilo en los Estados Unidos creció en un 7%, en la actualidad crece en un promedio anual del 3%.

El PVC es utilizado para la fabricación de una gran variedad de productos plásticos, como tuberías, cañerías, revestimientos de alambres y materiales de empaque. También se usa en la tapicería de muebles y automóviles, entre otros.

El objetivo de este estudio es realizar, en forma detallada, un análisis a fondo sobre la viabilidad de la implementación de una planta de producción de Cloruro de Vinilo en Colombia, para ello debemos tener en cuenta que uno de los principales factores que determinan la rentabilidad de un proceso, es la caracterización económica que se tenga en el país, es decir, analizar cual es la demanda del producto y si el país satisface dicha demanda. Además estudiaremos las diferentes tecnologías empleadas para el proceso de producción del Monómero Cloruro de Vinilo.

MERCADO:

MATERIAS PRIMAS

Las materias primas utilizadas en el proceso de producción del Cloruro de Vinilo son el Etileno y el Cloro.

ETILENO:

Fórmula: C2H4

Peso molecular: 28.50 g/mol.

Número CAS:74-85-01

Punto de ebullición: -104 ° C

Punto de fusión: -169.2°C

Densidad (g/ml): 0.8789 (20°C) y 0.8736 (25°C).

Densidad del vapor (aire = 1): 0.98

Presión de vapor (a 15°C): 8100 mm de Hg

Temperatura de auto ignición: 520°C

Efectos fisiológicos:

Promueve la maduración de frutos. Por aumento en los niveles de enzimas hidrolíticas que ablandan el tejido, producen la hidrólisis de los productos almacenados, incrementan la velocidad de respiración y la pigmentación de los frutos.

Favorecen la epinastia de hojas. La epinastia es la curvatura hacia abajo de las hojas debido a que el lado superior del pecíolo (adaxial) crece más rápido que el inferior (abaxial).

Induce la expansión celular lateral. Por reordenamiento de las fibras de celulosa en la pared, que cambian hacia una orientación longitudinal.

Pone fin a la dormancia de los brotes.

Inicia la germinación de semillas.

Inhibe el crecimiento de la raíz y favorece la formación de raíces adventicias.

Favorece la senescencia de las hojas: efecto en el que se involucra un balance hormonal con las citocininas.

La mayor parte del etileno producido mundialmente se obtiene por craqueo con vapor (steam cracking) de hidrocarburos de refinería (etano, propano, nafta y gasóleo, principalmente). También se obtiene el etileno a partir del reformado catalítico de naftas o a partir de gas natural (Oxidative Coupling of Methane, OCM).

También puede obtenerse en laboratorios de Química Orgánica mediante la oxidación de Alcoholes.

Precio:

En USA, el precio de contrato para etileno está alrededor de los $ 442 USD/TON.

Proveedores:

A continuación se presentan los diferentes proveedores en el sector industrial a nivel nacional.

Tabla 1. Empresas/ Proveedores a nivel nacional de Etileno [1]

Empresa / Proveedor Cobertura Ubicación

Ecopetrol Colombia Bogotá

Disproalquimicos Colombia Bogotá

Importación:

Tabla 2.Precios de Importaciones de Etileno a Colombia. [2]

Tipo de Operación Importación Cantidad Anual

Periodo Valor (USD) Kilogramos Netos Toneladas

2002 1.321.704 3.439.189,23 3.439,18923

2003 1.235,80 299,33 0.29933

2004 2.967.738,04 4.040.402,15 4.040,40215

2005 5.055.308,37 4.871.834,31 4.871,83431

2006 6.051.810,34 6.571.059,43 6.571,05943

2007 1.090.019,66 1.433.105,00 1.433,10500

2008 5.449.872,03 5.062.188,25 5.062,18825

2009 3.938.487,70 5.598.117,96 5.598,11796

2010 7.324.287,00 7.450.444,50 7.450,44450

2011 6.994.197,30 5.247.086,00 5.247,08600

Exportaciones:

Figura 1.Exportaciones de Etileno de Colombia [2]

Tabla 3.Exportaciones de Etileno de Colombia [2]

CLORO

Elemento químico el cual existe como un gas amarillo- verdoso a temperaturas y presiones ordinarias. Puede encontrarse libre en la naturaleza a temperaturas elevadas de los gases volcánicos. Se estima que el 0.045% de la corteza terrestre es cloro.

Peso atómico: 35,453 g/mol

Estados oxidación: ±1, 3, 5, 7

Punto de fusión: 172,17 K

Punto de ebullición: 239,18 K

Densidad: 3,214 (Gas 273K g/l)

Propiedades ácido/base: Ácido

Electronegatividad: 3,16

Calor de vaporización: 10,20 kJ/mol

Calor de fusión: 3,21 kJ/mol

Conductividad térmica: 0,0089 Wm-¹K-¹ (a 300 K)

Calor específico: 0,48 Jg-¹K-¹ (a 300 K)

Primer potencial ionización: 12,967

Volumen atómico: 18,7 cm³/mol

Radio atómico: 0,97 Å

Radio covalente: 0,99 Å

Sintético: No

Importación:

Figura 2. Importaciones de Cloro a Colombia [2]

Tabla 4. Importaciones de Cloro a Colombia [2]

Exportación:

Figura 3. Exportaciones de Cloro de Colombia [2]

Tabla 5. Exportaciones de Cloro de Colombia [2]

PRODUCTO:

CLORURO DE VINILO MONÓMERO (VCM)

El Cloruro de Vinilo Monómero (VCM), también conocido como cloroeteno, cloroetileno, monocloruro de etileno o monocloroetileno, es a temperatura ambiente, un gas incoloro,inflamable y es inestable.

Fórmula Molecular: C2H3Cl

Peso Molecular: 62.5

Punto Normal de Ebullición: − 13.4 °C

Temperatura Crítica: 429.7 K

Presión Crítica: 56 bar

Volumen Crítico: 169 cm3/mol

Densidad Líquida: 969 (− 14) kg/m3 (°C)

Δ H vap at nbp: 20.641 kJ/mol

Límite de Explosión in aire 4 – 22 %

Importación:

Figura 4.Importaciones de Cloruro de Vinilo a Colombia [2]

Tabla 6.Importaciones de Cloruro de Vinilo a Colombia [2]

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Para el presente proyecto nos basaremos en el proceso de producción planteado en (J.lizarro, j.gomez, 2011) que se basa en la pirólisis de producto de oxicloración y cloración directa de etileno.

Las materias primas son de pureza comercial, para la cloración directa de etileno tenemos reactivos gaseosos disueltos en EDC para la producción de C2H4Cl2, di-cloroetileno (EDC) como componente clave en la obtención de cloruro de vinilo y con una reacción secundaria no deseable con la formación de C2H3Cl3, tri-cloroetano. Para este tipo de reacción se una como catalizador FeCl3 con concentraciones entre 0.1-0.5%w se ponen en consideración dos métodos el de baja temperatura de cloración (LTC), y el de alta temperatura de cloración(HTC), mientras que en el primero se trabaja con temperaturas entre 50-70 °C [5], en el segundo se trabaja con temperaturas entre 90 y 150 °C a presiones entre 1.5 y 5 atm con lo que se puede aprovechar mejor el calor de reacción de éste, aunque con una menor selectividad respecto al método de LTC.

Para la reacción de oxicloración reacciona el etileno con ácido clorhídrico y oxígeno para producir EDC y con reacciones secundarias como la de EDC para producir

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