Análisis de la cadena de la industria del PET: del petróleo crudo a las aplicaciones de uso final

Upstream: Extracción y refinación de petróleo crudo

La producción de resina PET se posiciona dentro del segmento downstream de la cadena de la industria petroquímica, originado a partir de la extracción de petróleo crudo. 

El petróleo crudo se extrae de yacimientos subterráneos mediante tecnologías de perforación en tierra o en el mar. El petróleo crudo extraído se refina en refinerías de petróleo mediante procesos como destilación, craqueo y reformado, que lo descomponen en una variedad de productos químicos valiosos.

El precio de la resina PET se ve significativamente influenciado por las fluctuaciones en los precios del petróleo crudo, ya que tanto el PTA como el EG se derivan del petróleo. Recientemente, las tensiones geopolíticas en Medio Oriente han generado preocupaciones sobre el suministro de petróleo, lo que ha provocado un aumento en los precios del crudo. En consecuencia, este aumento en los precios del petróleo crudo ha elevado el costo de la resina PET.

Midstream: Síntesis intermedia

Proceso de producción de paraxileno (PX)

La producción de paraxileno (PX) es una etapa fundamental en el proceso de refinación de petróleo, donde el reformado catalítico convierte los hidrocarburos de bajo octanaje de la nafta en compuestos aromáticos de alto octanaje. 

En este proceso, la nafta se somete a altas temperaturas (500-550 °C) y presiones con catalizadores de platino-alúmina que facilitan reacciones de deshidrogenación, ciclación y aromatización para producir paraxileno, junto con benceno y tolueno. 

El paraxileno es esencial para la producción de ácido tereftálico (PTA), que es un precursor crucial en la producción de resina PET. Por lo tanto, la eficiencia y el rendimiento de la producción de PX tienen un impacto significativo en toda la cadena de suministro de PET.

Síntesis del ácido tereftálico (PTA)

La síntesis de PTA comienza con la oxidación de PX. En condiciones de alta temperatura y presión, el PX reacciona con el oxígeno para producir PTA. Este proceso de oxidación normalmente emplea catalizadores metálicos, como cobalto y manganeso, para mejorar la eficiencia de la reacción. Después de la oxidación, el PTA crudo se filtra y cristaliza, seguido de múltiples pasos de recristalización y secado para lograr una alta pureza. El PTA resultante se utiliza luego como materia prima para la producción de resina de PET.

Según los últimos datos, la capacidad de producción mundial de PTA supera los 90 millones de toneladas por año. China lidera como el mayor productor y consumidor de PTA, y su capacidad representa una parte importante de la producción mundial, seguida por la India, el Sudeste Asiático y Oriente Medio. Normalmente, producir una tonelada de tereftalato de polietileno (PET) requiere aproximadamente 0,6 toneladas de PTA, lo que convierte al PTA en una materia prima fundamental.

Producción de etilenglicol (MEG) 

MEG se sintetiza mediante la hidratación del óxido de etileno (EO). El óxido de etileno se deriva de la oxidación del etileno, que se obtiene mediante craqueo con vapor de etano o nafta del petróleo crudo. La producción implica oxidar etileno para producir óxido de etileno, que luego se hidrata para producir etilenglicol. Luego, el etilenglicol producido se purifica mediante destilación y otros métodos para cumplir con los estándares de calidad de polímero.

El MEG se puede producir utilizando tres métodos principales: a partir de gas natural, petróleo o carbón. En la ruta del gas natural, el gas de síntesis se genera mediante reformado con vapor y luego se hace reaccionar con dióxido de carbono o monóxido de carbono para producir etilenglicol. En la ruta del petróleo se utiliza etileno u óxido de etileno derivado de procesos de refinación del petróleo. En el caso del carbón, la gasificación produce gas de síntesis, que luego se convierte en etilenglicol. Aunque el método basado en carbón es más complejo, se utiliza en regiones con abundantes recursos de carbón. La elección de la ruta de producción depende de la disponibilidad de recursos y de factores económicos.

Wankai New Materials Co., Ltd. ha establecido filiales en regiones ricas en gas natural para aprovechar la ruta del gas natural para el proyecto "1,2 millones de toneladas de MEG y 100.000 toneladas de DMC de grado electrónico". Esta iniciativa maximiza los beneficios económicos y ambientales del gas natural, integrando la cadena industrial y mejorando significativamente la competitividad de costos en la producción de chips de PET grado botella.

Downstream: Polimerización de PET

La producción de chips de PET aptos para botellas, como el WK-801, implica dos etapas de reacción principales: polimerización en fase líquida y en estado sólido.

En la etapa de polimerización en fase líquida, el PTA y el MEG son los reactivos principales, y los compuestos a base de antimonio sirven como catalizadores. Para la modificación de copolímeros se utilizan comonómeros como el ácido isoftálico (IPA) y el dietilenglicol (DEG), junto con ciertos estabilizadores, aditivos U1 y agentes azules. El proceso implica dos etapas de esterificación seguidas de tres etapas de policondensación bajo temperatura, presión y tiempos de reacción controlados para producir chips de poliéster base adecuados para aplicaciones de grado botella.

La etapa de polimerización en estado sólido mejora aún más la viscosidad del polímero para cumplir con las especificaciones para chips de poliéster de grado botella. Este proceso normalmente se lleva a cabo en condiciones de vacío para mejorar la polimerización y las propiedades físicas del producto final. Luego, la masa fundida de PET generada a partir de la reacción de polimerización se extruye, se enfría y se corta en chips de PET.

Fin de las aplicaciones del PET

Inicialmente, el PET se utilizaba predominantemente en la industria textil, pero a medida que la tecnología avanzó y las demandas del mercado evolucionaron, sus aplicaciones se han expandido significativamente, particularmente en el sector del embalaje. Ahora, el PET es un material importante en envases de líquidos y envases flexibles, con usos industriales cada vez mayores también. Los avances en la comprensión del PET y las mejoras en las tecnologías de modificación continúan ampliando su espectro de aplicaciones.

Envasado de bebidas y alimentos

Las botellas de PET son valoradas por su transparencia, peso ligero, resistencia al impacto y excelentes propiedades de barrera a los gases, que ayudan a preservar la frescura y el sabor de las bebidas. La mayor aplicación del PET en envases es para botellas de bebidas, incluidas las de agua mineral, bebidas carbonatadas y jugos. Las investigaciones de mercado indican que las botellas de PET representan más del 60% del mercado mundial de botellas de bebidas, abarcando envases de agua, bebidas carbonatadas y jugos.

El PET también se utiliza en materiales de envasado de alimentos, como contenedores, bandejas y películas. Sus propiedades de barrera superiores y su resistencia química lo hacen adecuado para el envasado seguro de diversos productos alimenticios.

Textiles

El PET es una materia prima principal para la producción de fibras de poliéster. Las fibras de poliéster se prefieren por su alta resistencia, excelente durabilidad, elasticidad y resistencia a las arrugas, lo que las hace ampliamente utilizadas en la fabricación textil. 

En la industria de la confección, las fibras de poliéster ayudan a mantener la forma de la prenda y reducen la deformación después del lavado. En el caso de los textiles para el hogar, su durabilidad y facilidad de cuidado los hacen populares. En aplicaciones industriales, la resistencia y resistencia al desgaste de las fibras de poliéster son ideales para usos de alto rendimiento, como materiales de filtración industrial y correas mecánicas.

Aplicaciones industriales: películas de PET y plásticos de ingeniería

Las películas de PET son conocidas por sus excelentes propiedades de aislamiento, resistencia mecánica y claridad, y se utilizan en diversos sectores, incluido el aislamiento eléctrico, las cintas magnéticas y los protectores de pantalla. 

En equipos eléctricos, las películas de PET proporcionan un aislamiento crítico para evitar fugas de corriente y cortocircuitos. Las películas PET de alta resistencia mecánica garantizan la estabilidad y durabilidad a largo plazo de las cintas magnéticas, mientras que su claridad las hace adecuadas para la protección de pantallas, protegiendo las pantallas de daños físicos y manteniendo la claridad visual y la sensibilidad táctil.

Los plásticos de ingeniería PET modificados se utilizan ampliamente en las industrias automotriz, aeroespacial, electrónica y mecánica. En el sector automotriz, los plásticos de ingeniería PET se utilizan para fabricar componentes interiores y exteriores, como tableros y manijas de puertas, lo que mejora la durabilidad del vehículo y la eficiencia del combustible. En el sector aeroespacial, las propiedades de peso ligero y resistencia a altas temperaturas de los plásticos PET los hacen ideales para componentes de aeronaves, mejorando el rendimiento de las aeronaves y la eficiencia del combustible.

Conclusión

La cadena de la industria del PET abarca reacciones químicas complejas y procesos de fabricación avanzados, comenzando con la extracción de petróleo crudo y extendiéndose hasta la producción de resina de PET y sus aplicaciones de uso final. De cara al futuro, las innovaciones tecnológicas y los esfuerzos de desarrollo sostenible seguirán dando forma al futuro de la cadena industrial del PET.