No se usa el lamba asterisco porque no se considera el calor sensible, ya que el vapor sen, Guías, Proyectos, Investigaciones de Ciencias Biologicas

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Proyecto Final

Tesis de Grado

Planta industrial de ácido

tereftálico

Año 2016

Director

Ing. Polito, Oscar Alberto

Alumnos

Cirio, Santiago Ezequiel

Salas, Electo Matías

1. Especificación del

proyecto

Capítulo 1: Resumen del proyecto

El proyecto realizado consiste en la producción de ácido tereftálico purificado mediante el proceso de oxidación e hidrogenación de Amoco. El proceso de oxidación consiste en una reacción exotérmica catalítica del p-xileno, mediante un conjunto de catalizadores homogéneos de manganeso y cobalto, junto a un iniciador de reacción como es el ácido bromhídrico. En la hidrogenación de Amoco, la impureza 4-caboxilnenzaldehido (4-CBA), producida en la etapa de oxidación, reacción con una pequeña cantidad de hidrogeno para producir ácido p-toluico, la cual es más sencilla de separar del ácido tereftálico por cristalización. Para realizar estos procesos en la planta de ácido tereftálico purificado, se requiere de un reactor con agitación y un reactor catalítico de lecho fijo para la hidrogenación. Junto a estos reactores la planta deberá disponer de al menos, dos columnas de destilación y una columna de absorción, seis equipos de cristalización. Debido a la naturaleza de los compuestos manipulados, es necesario tomar ciertas medidas de seguridad en toda la planta, especialmente en la zona de oxidación, la cual utiliza un compuesto corrosivo. Este proceso utiliza un sistema de control muy preciso debido a la complejidad de las reacciones, acompañada de la exigencia de la calidad final del producto. En el proceso se intenta optimizar tanto el consumo de recursos (reutilización de los solventes y catalizadores) como el consumo energético (aprovechamiento de flujos caliente para precalentar otros fríos, cogeneración de energía a través de gases a alta temperatura emitidos por el reactor). Sin embargo, no se consigue un beneficio económico, considerándolo así económicamente inviable. Esto ha sido resultado del estudio de los flujos de caja de cada año, los cuales arrojan un resultado negativo debido a los elevados costos de producción.

 Localización: Polo petroquímico La Plata  Cuantía de las inversiones: u$s 45.705.  Presupuesto de gastos e ingresos: al 100% de la planta o Ingresos : u$s 100.750. o costo fijos y variables: u$s 23.465.988 y u$s 60.398.  Rentabilidad: TIR: 12%; VAN : -13.325.924 u$s  Fuente de financiamiento: Prestamos Banco Mundial e Interamericano (100%).

Capítulo 2: Estudio del Mercado

1. INTRODUCCIÓN

La petroquímica ha sido y sigue siendo actualmente objeto potenciador de estudios dedicados a producir un sinfín de derivados que poseen múltiples aplicaciones en otras industrias y que hoy en día conforman la inmensa gama de productos petroquímicos. Dicho sector es fundamental para el crecimiento y desarrollo de importantes cadenas industriales como son la textil y del vestido; la automotriz y del transporte; la electrónica; la de construcción; la de los plásticos; la de los alimentos; la de los fertilizantes; la farmacéutica y la química, entre otras. La industria petroquímica surge en los Estados Unidos a principio de los años 20 con la producción de isopropanol, a partir del propileno contenido en los gases de refinería. Durante la década de los 30 la subsistencia del rubro estuvo limitada a la síntesis de algunos compuestos oxigenados y la producción de amoníaco a partir del gas, se puso énfasis en la investigación y desarrollo con el objeto de ampliar la oferta de productos derivados de la petroquímica. De esta manera se Estados Unidos se consagra como potencia mundial y brinda una salida estratégica de la Gran Depresión ( Wall Street Crash,1929) , la Segunda Guerra Mundial posibilitó la creación de una extensa variedad de materiales críticos-entre

ellos, materiales sintéticos que sustituyeron a los tradicionales- dando origen al desarrollo de la petroquímica moderna. El desarrollo tecnológico de la petroquímica permitió la sustitución del carbón por el petróleo y el gas natural, como punto de partida para la obtención de productos químicos orgánicos, puesto que resultaban insumos muchos más accesibles y gracias al desarrollo de técnicas de transformación de su estructura por las nuevas materias sintéticas así como en el notable crecimiento de la demanda de los productos petroquímicos desde sus inicios en la década de 1920. La petroquímica básica es el primer eslabón de la cadena de valor de la industria petroquímica, encargado de producir compuestos químicos básicos o elementales, los cuales se utilizan como insumo de los eslabones superiores de dicha industria para elaborar productos intermedios y finales. Esta se ocupa de tratar y transformar el petróleo y el gas natural en distintos productos orgánicos, de donde se derivan las olefinas ligeras (etileno, propileno y buteno) y los aromáticos (benceno, tolueno y xilenos). Los productos terminados de la petroquímica se clasifican en cinco grupos: plásticos, fibras sintéticas, cauchos sintéticos o elastómeros, detergentes y abonos nitrogenados.

Nombre o denominación Fórmula química Estructura Tridimensional

Estado de Agregación- Apariencia

Principal aplicación Metanol CH 3 OH Líquido incoloro Biodiesel

Gas natural - Metano

Metanol

Amoniaco

Sulfuro de carbono

Nombre o denominación Fórmula química Estructura Tridimensional

Estado de Agregación- Apariencia

Principal aplicación Propileno (Propeno) C^3 H^6 Gas incoloro^ Fabricación de plásticos 1 - Buteno (^) C 4 H 8 Gas incoloro Fabricación de Caucho sintético Butadieno C 4 H 6 Gas incoloro Fabricación de Caucho sintético

Nombre o denominación Fórmula química Estructura Tridimensional

Estado de Agregación-Apariencia aplicación^ Principal Benceno C 6 H 6 Liquido Incoloro Fabricación deplásticos Tolueno C 7 H 8 Liquido Incoloro

Solvente no polar-Aditivopara combustible o-Xileno C 6 H 4 (CH 3 ) 2 Liquido incoloro polar-aditivo^ Solvente no para combustibles p-Xileno C 6 H 4 (CH 3 ) 2 Liquido incoloro

Solvente no polar-Aditivo para combustibles Xilenos mezcla C 6 H 4 (CH 3 ) 2 Liquido incoloro (^) polar-AditivoSolvente no

Petróleo Crudo

Benceno Tolueno o-Xileno p-Xileno Xilenos mezcla

para combustible

En conjunto las siguientes compañías abarcan más del 90% del mercado mundial

Compañía Origen delcapital fundación^ Año de Cantidad de empleados

Facturación anual US$ (X10^9 )

¿Actividad petrolera¿ 1 Dow EE.UU 1897 43.000 56,786 No 2 Exxon Mobile Corp. EE.UU 1999 76.900 453,123 Si 3 SABIC Arabia Saudita 1976 40.000 51 No (^4) Dutch/ShellRoyal^ Reino Unido /Holanda 1907 87.000 467,153 Si 5 Lyondell EE.UU 2.000 376.201 455,244 Si 6 SINOPEC China 1.998 15.000 43 no 7 Ineos Suiza / ReinoUnido La industria petroquímica ha sido una de las ramas industriales que ha obtenido altas tasas de beneficio y una gran velocidad de crecimiento. Las empresas pioneras de los años 50 y 60 fueron las que implementaron actividades de innovación en esta industria. El modelo de innovación, llevadas a cabo por las empresas, se caracterizó por el estudio de los productos y de los métodos de producción para los mismos. Las industrias transnacionales se fueron especializando en los productos que les era favorable su producción, instalando filiales a países productores de materias primas para asegurarse los insumos, en cantidad y calidad, suficientes para llevar a cabo la producción de ellos. Aunque estas innovaciones no incluían desarrollo e investigación. Conforme el negocio petroquímico avanzaba las empresas petroleras aumentaban su producción para abastecer estas industrias, las cuales fueron adquiriendo capacidades tecnológicas lo que ayudo a que se establezcan como líderes, debido a que estas capacidades eran una barrera de entrada para nuevos competidores o imitadores. Entre la década de los 60 y 70 se fue conformando un mercado oligopolizado. Al final de la década del setenta el 90% de la producción mundial era de Estados Unidos, Europa

• Capítulo 1: Resumen del proyecto
  • 1. Objetivos
  • 2. Alcances..............................................................................................................................................
  • 3. Datos generales
• Capítulo 2: Estudio del Mercado
  • 1. Introducción
  • 2. Bienes a producir
    • A. INTRODUCCIÓN
    • B. DESCRIPCIÓN DEL ÁCIDO TEREFTÁLICO
    • C. PROPIEDADES FÍSICAS
    • D. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS..................................................................................................
    • E. PROPIEDADES QUÍMICAS................................................................................................................
    • F. ESPECIFICACIONES DEL ÁCIDO TEREFTÁLICO GRADO POLÍMERO...................................................
    • G. USOS
    • H. TOXICIDAD
    • I. PROGRAMA DE PRODUCCIÓN
    • J. SUBPRODUCTOS
    • K. BIENES COMPLEMENTARIOS
    • L. BIENES COMPETITIVOS
  • 3. Tipo o idiosincrasia de los consumidores
  • 4. Posibles cambios en el desarrollo económico
    • A. ANÁLISIS DEL MERCADO INTERNO
    • B. ANÁLISIS DEL MERCADO EXTERNO
• Capítulo 3: Tamaño y Localización
  • 1. Tamaño del proyecto
  • 2. Localización del proyecto
• Capítulo 4: Ingeniería del proyecto
  • 1. Ensayos de investigación y patentes
    • A. Introducción
    • B. Comparación de Tecnologías
    • C. Selección de proceso
    • D. Oxidacion de p -xileno
    • E. Proceso Amoco (Mid Century corporation)
    • F. Proceso de purifiacion amoco
  • 2. Proceso de Fabricación
  • A. Diagrama de flujo de proceso
  • B. Sección 200: reactor de oxidación (cstr)
  • C. Sección 300: separación LÍQUIDO solido
  • D. Sección 400: unidad de hidrogenación
  • E. Sección 500: Deshidratacion de ácdo acético
  • F. Sección 600: tratamiento off-gas
  • G. Sección 700: recuperación del catalizador
• 3. Diagramas de flujo de proceso (DFP)
• 4. Balance de materia - Arabia Saudí 11.730. Los mayores productores de petróleo en el año 2014 son: - Estados Unidos 11.110. - Rusia 10.440. - China 4.197. - Canadá 3.856. - Irán 3.594.
  • Estados Unidos 19,150, Los mayores consumidores para el año 2014 son:
  • China 9,400,
  • Japón 4,452,
  • India 3,182,
  • Arabia Saudí 2,643,
• Importaciones mundiales de petróleo año Exportaciones mundiales de petróleo año 2014 son: - Estados Unidos 9,213, - China 5,664, - Japón 3,472, - India 3,272, - Corea del Sur 2,590, - Alemania 1,876,
  • Arabia Saudí 11,730,
  • Estados Unidos 11,110,
  • Rusia 10,440,
  • China 4,197,
  • Canadá 3,856,

Petroquímica en Argentina El desabastecimiento de materia química generado por la Segunda Guerra Mundial obliga a la industria Argentina a incorporar el sector petroquímico a la matriz de desarrollo industrial hasta entonces planteada. Entre 1943 y 1958, se consolidan una serie de proyectos petroquímicos, entre los que se incluyen la contruccion y puesta en marcha de plantas industriales fabricantes de tolueno, BTX, isopropanol, clorobencenos, resinas fenólicas y ureicas, metanol, tricloro-etileno, poliestireno, anhídrido ftálico cuya finalidad última consistía en destinar lo producido a satisfacer la demanda del incipiente mercado local. Durante la década del 1960, la sustitución de las importaciones en conjunto con una intensa política de promoción industrial, alentaron el crecimiento sostenido de la petroquímica a lo largo de todo el período. El aumento de la producción de hidrocarburos y las obras de infraestructura lograron abastecer el tamaño de planta de la época. Aunque la capacidad productiva de la Argentina no alcanzaba niveles mundiales, la adopción de nuevas tecnologías, los precios promocionales a la materia prima y las protecciones arancelarias para productor elaborados permitieron aumentar la competitividad del sector. La década de 1970 se caracterizó por contar con la participación preponderante del Estado, a través de DGFM e YPF, en la instalación de un polo petroquímico en Bahía Blanca que apuntaba a la reubicación estratégica y a un mayor dominio estatal de la actividad. La disponibilidad de agua en la zona, la salida al puerto, la minas de sal en las inmediaciones y la extensa red vial y ferroviaria son las razones fundamentales que motivaron la relocalización geográfica. Sin embargo las turbulencias políticas, características del período, y la falta de inversión estatal no solo demoraron la construcción de plantas satélites

A partir de los datos proporcionados por el IPA acerca de la producción de petróleo, insumo principal de la industria petroquímica, se puede observar que la producción nacional fue descendiendo paulatinamente de 38.268.292 m^3 , en el año 2006 a 35.268.310 m^3 , en el año 2010. Dicho descenso se puede leer en la industria petroquímica básica como una caída en las exportaciones: 1.913.100 toneladas en 2006 a 951.000 en 2010. Por su parte, las importaciones se mantuvieron constantes durante el mismo período. Respecto de la producción petroquímica se puede afirmar que no mostró mayores fluctuaciones a las detectadas en la producción de petróleo. En término macroeconómicos, la situación expuesta anteriormente pone en evidencia que la Argentina tuvo que dejar de exportar productos petroquímicos a fin de abastecer el consumo interno, y a falta de alcanzar un volumen deseable de consumo, culminó con el aumento de las importaciones. En lo que a extracción de gas natural respecta, los datos revelados por el IPA registran una caída sostenida de las exportaciones, que se acentúa severamente hacia el final de dicho período. Considerando que los niveles de consumo no sufrieron grandes fluctuaciones, señala la tendencia generalizada que poseen los niveles de exportación de petróleo y gas natural a caer, y da cuenta de la creciente disminución de competitividad del sector. Obtención de materia prima En Argentina, una de las principales compañías dedicadas a la obtención de materias primas para la industria petroquímicas básica es Compañía Mega S.A. Esta comenzó cuando la sociedad integrada por YPF S.A., Petrobras y Dow Argentina decidió a mediado de 1997 concretar un proyecto que explotara integralmente el gas natural. Así, con la concreción del mismo, los componentes ricos del gas natural pasaron a constituir el insumo básico de la industria del plástico, permitiendo la expansión de dicha industria fundamental para el crecimiento de la economía argentina. La inversión total del proyecto fue de U$S 715 millones, formados aproximadamente por U$S 506 millones de “hard costs” (ingeniería,

provisión de equipos y construcción) y U$S 209 millones de “soft costos” (costos pre- operativos y de desarrollo, costos financieros, impuestos y otros). La financiación provino de préstamos a través de obligaciones negociables y del aporte de los socios. Compañía Mega S.A. posee dos instalaciones productivas, una de ellas ubicada en Loma La Lata, provincia del Neuquén, y la otra en Bahía Blanca, provincia de Buenos Aires. La primera de estas instalaciones es la denominada “Planta Separadora”, donde se recuperan los componentes ricos del gas natural como una mezcla liquida homogénea. Este proceso de recuperación consta básicamente de dos etapas: el acondicionamiento y la recuperación propiamente dicha. Durante el acondicionamiento el gas natural, proveniente de distintos yacimientos, pasa a través de un separador a fin de evitar que partículas líquidas dañen los equipos ubicados en el proceso de recuperación y por un sistema de deshidratación donde se elimina el agua contenida en estado de vapor en el gas natural alimentado a la planta. Este proceso es absolutamente necesario dado que el proceso de recuperación se lleva a cabo a muy bajas temperaturas y por lo tanto el agua podría solidificarse obstruyendo equipos y/o tuberías. Las bajas temperaturas requeridas se logran aprovechando la energía de las corrientes de proceso en un claro ejemplo de integración energética y utilizando un turboexpansor. El turboexpansor baja bruscamente la presión del gas natural hasta los valores requeridos para realizar la demetanización. El proceso de dementanización se lleva a cabo en una columna de destilación en la que se recuperan los líquidos del gas natural como producto de fondo, mientras que el gas que abandona la misma por el tope constituye el gas residual. Dicho gas residual es comprimido hasta las presiones requeridas para su posterior transporte a los centros de consumo. Luego, el líquido obtenido es transportado a través de los 600 kilómetros que separan Loma La Lata de Bahía Blanca utilizando un ducto construido especialmente para este fin. La unidad productiva ubicada en Bahía Blanca es la denominada “Planta Fraccionadora”. En

Productos final o intermedio % Metanol Biodiesel Formaldehido (incluyendo colas ureicas, etc.) MTBE TAME Varios (solvente y otros)

Amoniaco Urea Varios (Fertilizante, refrigeración e industria química)

Sulfuro de carbono Síntesis química 100 Etileno Polietileno de baja densidad Cloruro de vinilo Estireno Polietileno de alta densidad

1-Buteno Polietileno de baja densidad lineal

Butadieno Látices Cauchos

Benceno Etilbenceno Ciclohexano LAB Varios

Tolueno Solventes/Combustible TDI

o-Xileno Anhídrido Ftálico 100 p-Xileno Exportación 100 Xileno Mezcla Solventes/Combustibles 100

En término de localización, el 89% de la producción de metanol la tiene la empresa YPF ubicada en Neuquén. Esto va en contra de la tendencia centralizadora de las provincias de Buenos Aires y Santa Fe, donde se encuentran más del 98% de la producción total del país en productos petroquímicos: