Las tecnologías publicadas por las tres compañías líderes en la producción de Oxido de Etileno empleando Oxígeno como oxidante presentan similitudes entre si.
El proceso se compone en todos los casos por cuatro etapas constituyentes:
Oxidación.
Etileno, Oxígeno y gas de reciclo se comprimen e ingresan a un reactor o tren de reactores multitubulares (1), empleando un catalizador a base de Plata. El Oxido de Etileno corresponde al único producto de la reacción principal. Existe paralelamente una reacción secundaria de combustión de Etileno responsable de la generación de los únicos dos subproductos, Dióxido de Carbono y Agua. La temperatura de oxidación es controlada circulando Agua a temperatura de ebullición en la camisa del reactor.
Absorción de Oxido de Etileno.
El Oxido de Etileno contenido en los gases de salida del reactor es absorbido con Agua (2).
Absorción de Dióxido de Carbono.
Parte (SD, Shell) o todo (UC) el gas de salida del absorbedor de Oxido de Etileno es alimentado a un sistema de absorción de Dióxido de Carbono (3,4) antes de ser recirculado al reactor.
Purificación de Oxido de Etileno.
La solución de Oxido de Etileno proveniente del absorbedor de Oxido de Etileno es tratada en un sistema de fraccionamiento, obteniéndose así el Oxido de Etileno purificado. (5 o 5, 6, 7)
La cantidad de equipos presentes en la purificación de Oxido de Etileno dependerán de los requerimientos en cuanto a la pureza del producto.
Los procesos tradicionales de purificación consisten en una columna para eliminar el Agua o material pesado y otras dos columnas para rectificar el producto y eliminar los componentes livianos.
Si el interés se centra en la producción de Glicoles, se puede proceder a eliminar los componentes ligeros, pero no el total de Agua, ya que la producción de Glicol se realiza por hidrólisis.
La solución de Agua y Oxido de Etileno necesaria para la producción de Glicoles típicamente varía entre 8 y 12 % en peso de Oxido de Etileno. Esta concentración dictará la distribución entre Monoglicol, Diglicol, Triglicol etc.
Equipos
Sistema de Purificación de Oxido de Etileno
El sistema de purificación del Oxido de Etileno recuperado en el absorbedor consiste en una torre de destilación que separa el Agua de los componentes livianos y una segunda Torre de absorción que recupera el Oxido de Etileno presente en los gases de salida del tope.
Sistema de Remoción de Dióxido de Carbono
Concentraciones de Dióxido de Carbono por encima del 15% molar afectan negativamente la actividad del catalizador de Plata, siendo necesario tratar la corriente de reflujo antes de ingresarla al reactor.
Existen dos sistemas típicos para remoción de Dióxido de Carbono en gases empleando Aminas o Carbonato de Potasio como agentes de absorción.
Las Aminas no son aptas, debido a que reaccionan fuertemente con el Oxido de Etileno, introduciendo contaminación y ciertos riesgos de seguridad y de calidad. En adición, las aminas afectan el catalizador de Plata y también tienen un fuerte efecto negativo en la calidad del Oxido de Etileno producido. El carbonato, como sal, es no volátil y solamente se introduce en el sistema de reacción de Oxido de Etileno si se arrastra físicamente el líquido del sistema de absorción de Dióxido de Carbono al gas del ciclo de reacción. Las Aminas tienen presión de vapor y por lo tanto estarán presentes en el gas del ciclo de reacción.
Catalizador
La elección del catalizador es el factor fundamental para determinar la utilidad económica del proceso ya que conforma una parte importante en el mecanismo de reacción afectando su cinética. Todas las unidades de oxidación de Etileno emplean exclusivamente catalizadores a base de Plata, aunque su composición puede variar considerablemente.
Los catalizadores se dividieron históricamente en dos grupos, aquellos que ofrecían altos niveles de conversión, llamados catalizadores de alta actividad y catalizadores de alta eficiencia.
Existen actualmente catalizadores llamados de alta productividad que ofrecen a la vez alta eficiencia y altos niveles de conversión, siendo un catalizador de la empresa Dow Ch emicals (Meteor Process) el primero en esta categoría, permitiendo el desarrollo de plantas de gran magnitud capaces de operar con un solo reactor.
Según la bibliografía la selectividad de la reacción de síntesis de Oxido de Etileno empleando Oxígeno como agente oxidante y catalizadores convencionales de Plata soportados en alúmina es de 80% aproximadamente, mientras que la conversión alcanzada promete un valor de 26%.
Scientific Design Co, Inc.