“Steam Craking” vs. Membranas líquidas soportadas en líquidos iónicos

“Steam Craking” 

Actualmente, la mayor parte del etileno y propileno para usos petroquímicos se produce mediante procesos de "Steam Cracking".

La reacción de cracking consiste en la ruptura de enlaces de las cadenas de carbono, que tiene lugar en los hornos a unas temperaturas muy elevadas, unos 800ºC aproximadamente. Dependiendo de la temperatura a la que se lleve a cabo el cracking se obtendrá un mayor rendimiento en unos productos u otros.

La corriente de salida de los hornos es una mezcla de todas las fracciones que se han separado en el horno. Posteriormente estas fracciones son tratadas con el objetivo de separarlas, eliminar contaminantes y obtener subproductos como el metano, hidrógeno, etano, propano, fracción C4’s, gasolinas, además del etileno y el propileno que son los principales productos buscados en este proceso. 

Las mezclas parafina-olefina representan el mayor problema debido a la similitud de sus moléculas. En concreto, la separación propano-propileno es uno de los procesos más importantes y a la vez más costosos de este proceso.

En la siguiente tabla se pueden observar las principales propiedades de ambos compuestos y sus similitudes:

Propiedades	Propileno	Propano
Formula Molecular	C3H6	C3H8
Peso Molecular(g/mol)	42,08	44,09
Punto de Ebullición (K)	225,46	231,02

Bruce E. Poling, John M. Prausnitz, John P. O ́Connell. “The Properties of gases and liquids”. McGraw-Hill5th Edition, 2001. 

El método utilizado en estas plantas para la separación del propano y propileno es la destilación. El proceso normalmente contiene dos columnas conectadas en serie para separar las complejas mezclas de hidrocarburos saturados e insaturados.

En columnas de este tipo se trabaja a presiones altas, alrededor de los 20 bares, el propileno que se obtiene en la cabeza de la columna se condensa a unos 48 ºC y Debido a la gran altura de estos equipos, consecuencia del gran número de etapas, y a la necesidad de mantener las condiciones de presión y temperatura comportan un gran consumo de energía.

Los enormes costes que suponen estos procesos han motivado la investigación en la búsqueda de nuevas tecnologías que permitan separar mezclas olefina/parafina de una manera mucho más económica y rentable.

Una alternativa a este proceso de separación es mediante el uso de membranas líquidas soportadas en líquidos iónicos.

Asimismo, la situación actual del mercado y la competitividad con las empresas lleva a buscar alternativas a los métodos “tradicionales” de producción de estos productos llevando a utilizar distintas materias primas al proceso con costes inferiores y que aporten un mayor beneficio económico al producto. Estas materias primas por sus bajos costes suelen tener mayor concentración de productos no deseados que pueden perjudicar al proceso y a la calidad final del producto. Por tanto, esta técnica podría ser utilizada no solamente para separar la mezcla propano/propileno sino que podrían desarrollarse membranas líquidas capaces de captar los contaminantes que puedan llegar al producto y que puedan perjudicar en el posterior procesado del propileno para la producción de otros subproductos, como pueden ser el metanol, metil acetileno, propadieno, etc.

Membranas líquidas soportadas en líquidos iónicos

Los líquidos iónicos son sales orgánicas compuestas únicamente por iones con puntos de fusión por debajo de los 100 ºC. La diferencia con las soluciones iónicas, es que estas son una disolución de una sal en un solvente, mientras que los líquidos iónicos están formados únicamente por cationes y aniones. La posibilidad de poder escoger específicamente los aniones y cationes que se quieren utilizar para sintetizar el líquido iónico proporciona una gran ventaja ya que puede adaptarse a las necesidades especificas para cada caso.

Las principales características de los líquidos iónicos son su despreciable presión de vapor, inflamabilidad, estabilidad térmica, amplio rango de temperaturas en las que se siguen comportando como líquidos y una gran capacidad de actuar como solvente con diversos tipos de materiales. 

El uso de líquidos iónicos en procesos de separación con membranas es una de las técnicas de separación más ampliamente estudiadas y que más ha crecido en los últimos años debido a sus ventajas, como por ejemplo su mayor afinidad por las olefinas que por los hidrocarburos saturados.

El mecanismo de transporte facilitado en membranas se basa en el hecho de que la olefina forma un complejo reversible con la sal metálica. De esta forma, el catión actúa como portador capturando la olefina de un lado de la membrana y liberándola en el otro.

Por otro lado la parafina sólo conseguirá atravesar la membrana mediante procesos de disolución-difusión convencionales debido a que no reacciona con el ión metálico.

Entre las numerosas ventajas de este tipo de membranas cabe destacar que la cantidad de disolvente necesario es mínima y que los procesos de extracción y recuperación tienen lugar en una única etapa. Sin embargo, su uso industrial es todavía limitado, principalmente debido a aspectos relacionados con la estabilidad de las mismas y el rendimiento a largo plazo.

Cabe esperar que la gran variedad, tanto de soportes de membrana como de líquidos iónicos disponibles, permita el diseño de sistemas de membrana altamente selectivos para la separación de una mezcla específica de compuestos, ya sean para la obtención de productos como en el caso nombrado o para poder eliminar contaminantes que pueda tener el propileno producto y que perjudiquen a su posterior procesado químico.