Un copolímero es una macromolécula compuesta por dos o más monómeros, es decir, unidades repetitivas distintas que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos. Los monómeros pueden distribuirse de forma periódica o aleatoria.

El estireno es un hidrocarburo aromático cuya fórmula es C8H8. Este hidrocarburo puede formar copolímeros con una gran variedad de monómeros, lo que amplia notablemente el uso y aplicaciones de este monómero.


En la Tabla 1 se puede observar las uniones de los diferentes monómeros para dar el correspondiente copolímero junto con su nombre comercial:

MONÓMEROS

COPOLÍMERO

Estireno        +       Acrilonitrilo

SAN

Estireno        +       Butadieno

SBR

Estireno        +       Acrilonitrilo      +    Butadieno

ABS

Estireno        +       Metacrilato de metilo

SMMA

Estireno        +        Anhídrido maléico

SMA

Estireno        +        Divinilbenceno

SDVB

Estireno        +        α-metilestireno

SAMS

Tabla 1. Diferentes Copolímeros del Estireno. [Elaboración Propia]

 

SAN: Copolímeros estireno-acrilonitrilo

La producción de SAN a nivel mundial, representa únicamente el 1% del mercado de los estirenos, encabezado por el poliestireno (50 %), el caucho SBR (15 %) y el ABS (11 %). 

La producción europea de SAN oscila alrededor de las 67.000 t anuales repartidas entre Basf, Dow, Enichem, Monsanto y Repsol. Se calcula que la producción de SAN tiene un crecimiento anual aproximado del orden del 2%.

Obtención

La composición más habitual del SAN es de 65 a 80 % de estireno, y el resto de acrilonitrilo. Dependiendo de éstas proporciones  cambiarán las características finales del producto. Su estructura molecular es la siguiente:

Figura 1. Estructura molecular del SAN

 

El SAN se obtiene mezclando en un reactor estireno y acrilonitrilo, utilizando como catalizador peróxido de benzoilo y calentado a una temperatura aproximada de 60 ºC. La reacción presenta un punto azeotrópico para una composición de 76% p/p de estireno, por este motivo la síntesis se lleva a cabo en la composición de dicho punto.
La polimerización puede obtenerse mediante dos procesos: suspensión o emulsión.

a)  Polimerización en suspensión

La polimerización se realiza en agua.  El monómero y el polímero que se obtienen son insolubles en agua, por lo que se obtiene una suspensión. Para evitar que el polímero se aglomere en el reactor, se disuelve en el agua una pequeña cantidad de alcohol polivinílico, el cual cubre la superficie de las gotitas del polímero y evita que se peguen. 

b)  Polimerización en emulsión

La reacción también se produce en agua, pero en lugar de añadir un agente de suspensión como el alcohol polivinílico, se agrega un emulsificante que puede ser un detergente o jabón. 

Los monómeros forman gotitas de tamaño microscópicos que quedan estabilizadas por el jabón durante todo el proceso de polimerización, y que acaban formando un látex de aspecto lechoso, del cual se hace precipitar el polímero rompiendo la emulsión. Posteriormente se somete el polímero a un proceso de lavado para eliminar los restos del emulsificante.

Propiedades

En la formación del “SAN” el estireno aporta:

  • Dureza
  • Facilidad de Procesado
  • Brillo 

El acrilonitrilo aporta:

  • Resistencia Química
  • Resistencia Térmica
  • Resistencia a la Fatiga y al Impacto
  • Dureza

En general, las propiedades que se aportan son: 

  • Tiene buena resistencia a los aceites lubricantes, a las grasas y a las gasolinas 
  • Termoplástico
  • Cristalino
  • Mejores propiedades de impacto, tensión y flexión, que los homopolímeros del estireno
  • Es transparente, de estructura amorfa y fácilmente procesable. Pueden utilizarse cualquier tipo de tratamiento mecánico para su manufactura 
  • No es atacado químicamente por el agua
  • Tiene gran brillo superficial
  • Presenta muy baja absorción de agua
  • Bajo costo de fabricación y fácil proceso
  • Muy buena resistencia térmica

 

Aplicaciones

Entre sus principales aplicaciones destaca en envoltorios y recipientes de alimentos, puesto que sus propiedades presentan una excelente barrera contra la humedad y el CO2; la fabricación de artículos para el hogar (cafeteras, licuadoras…); los cosméticos y productos farmacéuticos; los equipos de diálisis desechables; los artículos decorativos varios como termos, vajillas, encendedores, etc. Destacar que fue originalmente utilizado en las ópticas de los automóviles de gran calidad y en accesorios internos de los mismos.

 

A lo largo del tiempo han existido principalmente dos enfoques diferentes a la hora de hablar de separación de aire. El uso de muy bajas temperaturas dentro de procesos criogénicos los cuales estaban reservados a actividades que requieren grandes cantidades de oxígeno y los no criogénicos, los cuales llevan a cabo la separación del aire a temperatura ambiente utilizando unos tamices moleculares adsorbentes mediante procesos PSA (Pressure Swing Adsorption) o membranas poliméricas.

El aire está compuesto principalmente de N2 (78,080 %v), O2 (20,945 %v) y Ar (0,935 %v) aparte de una serie de componentes minoritarios como son: neón, helio, criptón, hidrógeno, xenón y ciertas cantidades variables de anhídrido carbónico dependiendo de las condiciones ambientales.

Una tercera tecnología ha emergido y está en proceso de ampliarse para tener una disponibilidad comercial. Se basa en membranas cerámicas las cuales separan del aire sus dos componentes mayoritarios a altas y bajas temperaturas.
 
Algunas de estas alternativas son las siguientes:

ASU (Air Separation Unit)

Se trata de una unidad basada en una destilación criogénica. Realiza la separación del aire mediante una licuefacción a muy bajas temperaturas (-300ºF).

El aire se comprime a la entrada, se enfría y se depura. Posteriormente atraviesa la columna de doble presión, obteniéndose nitrógeno por la parte superior y oxígeno por la inferior.

El nitrógeno se separa a una presión de 6 bar aproximadamente en la primera columna y posteriormente es condensado a más baja presión, aproximadamente 1,2 bar. Estas dos columnas se encuentran una encima de la otra.

Las refinerías de petróleo satisfacen el 42% de la demanda de energía de Europa y proporcionan el 95% de los combustibles necesarios para el transporte. Por ejemplo, dentro de la geografía europea existen cerca de 100 refinerías de petróleo, que conjuntamente  procesan unos 700 millones de toneladas al año. Estas instalaciones están muy repartidas por el antiguo continente y generalmente se encuentran en puntos cercanos a la costa. Pero, ¿cómo afectan las emisiones de CO2 en el sector del refino?

La industria del refino de petróleo junto con la industria petroquímica, transforma el crudo en más de 2.500 productos, entre los que se incluyen los principales combustibles líquidos, otros subproductos combustibles e insumos intermedios no combustibles (asfalto, lubricantes, nafta, coque de petróleo, etc.) y los productos petroquímicos de base (etileno, propileno, butadieno, tolueno, xileno, etc.)

Tabla 1. Productos resultantes del refinado. [CORINAIR, 2004]

En los procesos de almacenamiento y refino, las refinerías generan emisiones a la atmósfera, hasta el punto de que la gestión ambiental ha llegado a convertirse en un factor muy importante de su actividad. Entre los principales contaminantes generados se encuentran el óxido de carbono, el óxido de nitrógeno y el óxido de azufre;  y partículas de compuestos orgánicos volátiles, procedentes sobre todo de los procesos de combustión. 

Por cada millón de toneladas de crudo procesadas (las refinerías europeas oscilan entre 0,5 y más de 20 millones de toneladas), una refinería emite 20.000 – 82.000 t de dióxido de carbono, 60 – 700 t de óxidos de nitrógeno, 10 – 3.000 t de partículas, 30 – 6.000 t de óxidos de azufre y 50 – 6.000 t de compuestos orgánicos volátiles. Por cada millón de toneladas de crudo refinadas, se generan  0,1 – 5millones de toneladas de agua residual y 10– 2.000 toneladas de residuos sólidos. Estas diferencias en las emisiones de las plantas europeas se pueden explicar parcialmente por las diferencias en cuanto a integración y tipos de refinerías  (por ejemplo, simples o complejas). No obstante, las principales diferencias tienen que ver con los distintos marcos legales vigentes en Europa en materia ambiental.

Aún así, hay que recalcar ante todo la gran cantidad de CO2 que se emite a la atmósfera, que es la principal causa del efecto invernadero.

Existen 3 fuentes principales de CO2 en una refinería:

  • Las emisiones producidas por el combustible quemado en los diferentes equipos. También se incluyen aquí, aunque se estudian de forma separada por sus especiales características, las emisiones de antorcha.
  • Emisiones procedentes de la regeneración catalítica (FCC y otros procesos catalíticos).
  • Instalaciones de producción de hidrógeno.

En la Tabla 2 se refleja el porcentaje del total de las emisiones de Carbono equivalente en la refinería para las principales operaciones:

El incremento de emisiones de las refinerías se ha visto condicionado principalmente por dos variables: la implantación en  casi todas las refinerías de cogeneraciones y el incremento de los requisitos de calidad de los productos resultantes. En el caso de las plantas de refino en España, como un ejemplo análogo a dicha evolución, se observa que la instalación de cogeneraciones en las refinerías ha supuesto desde el año 2001 hasta el año 2010 una emisión aproximadamente de 1480 Kt de CO2 anuales, si bien hay que destacar que la eficacia energética de las cogeneraciones es mucho mayor que las de las centrales térmicas. En segundo lugar se han producido alrededor de 2092 Kt de CO2 anuales durante el mismo periodo de tiempo, asociados al incremento de intensidad energética necesaria para alcanzar los requisitos de calidad de los combustibles para controlar las emisiones de los motores en óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas e hidrocarburos aromáticos que salen de las refinerías.

Para reducir las emisiones se han propuesto diversas alternativas, entre las que se encuentra el aumento de la eficiencia energética, el proceso Shift-Fuel, la aplicación de tecnologías de captura de CO2, la Fisión nuclear y las energías renovables. La captura y almacenamiento de CO2 se encuentra aún en fase de desarrollo. 

Como consecuencia, y a la vista de estos datos, será necesario ir tomando conciencia y, sobre todo, la búsqueda de diferentes alternativas para la reducción de estas emisiones. Dichas emisiones suponen casi la cuarta parte del total de emisiones a nivel global, por lo que la necesidad de desarrollar tecnologías de captura integradas en refinería se convertiría en un punto estratégico importante a la hora de  disminuirlas.

 

 

Las jornadas abordarán distintos aspectos relacionados con el proceso de biometanización de RSU y procesos relacionadas, procesos de selección de la materia orgánica para su entrada al digestor, balances de materia y energía en las plantas, ejemplos de revamping,  recogida selectiva de materia orgánica, pretratamientos para aumentar la biodegradabilidad, co-digestión,  procesos para seleccionar la materia orgánica, postratamientos del digestado incluyendo compostaje, tratamiento del biogás, etc. Temas de gestión y minimización de residuos también serán abordados.

BARCELONA, 21-23 de MAYO de 2014
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www.ub.edu/biometa