c c Los dos principales procesos empleados actualmente para la producción de metanol o bien el uso de alta presión o baja presión de la tecnología. Cada proceso utiliza presión de gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono, dióxido de carbono y el hidrógeno-que generalmente se realiza mediante reformado con vapor de gas natural. En el proceso de alta presión, la reacción de los componentes se produce a presiones de alrededor de 300 atm. En el proceso de baja presión, la reacción es catalizada con un selectivo a base de cobre compuesto altamente a presiones de sólo 50-100 atm. El proceso de baja presión ha sustituido a la ruta de mayor presión debido a la disminución natural como materia prima el gas y los requisitos de forma significativa los costes operativos. La tecnología de Lurgi que trabaja a baja presion ha sido desarrollado para las plantas de metanol a escala mundial, con capacidades superiores a un millón de toneladas métricas por año. Para lograr esa capacidad, diseño de un proceso especial es necesaria, la incorporación de avanzadas pero la tecnología probada y confiable, los costos de energía optimizada eficiencia, bajo impacto ambiental y escasez de inversiones costo. En todo el mundo se están implementando plantas de metanol como por ejemplo en chile, trinidad y Tobago. à à !" #$ % à &'($ La tecnología mas utilizada es el proceso de lurgi. El metano o CH4 es el componente mayoritario en un 90% del gas natural que yace en reservorios bolivianos a más de 6.000 metros bajo tierra y que esperan ser desarrollados, explotados y comercializados, con valor agregado. Hay una gran industria del metanol en Chile que lo produce a partir del metano. ? El metanol (CH30H) es un líquido petroquímico compuesto de cuatro partes de hidrógeno, una de oxígeno, y una de carbono, que se produce de combustibles fósiles renovables y de no renovables que contengan carbono e hidrógeno, en el primer caso utilizando un proceso catalítico para el gas natural (metano). El metanol se utiliza como materia prima en producción de químicos como ácido acético y formaldehído, adhesivos, goma, espumas y líquido limpia parabrisas, como también en aditivo MTBE (éter metil terc- butílico) componente de gasolina de combustión limpia. ³Además se está utilizando cada vez más en purificación de aguas servidas y como combustible para celdas para teléfonos celulares, computadoras portátiles y en menor escala en transporte (en motonetas)´, acotó el consultor en energía e hidrocarburos. La producción que se realizara será a partir del gas natural, utilizando un proceso muy conocido como es el proceso de lurgi. La ³fabricación´ del metanol a partir del gas ocurre cuando en su primer proceso de ³reformación´ el gas es mezclado con vapor bajo calor para producir un ³gas de síntesis´ que consiste en hidrógeno, H2, CO, monóxido de carbono y CO2 dióxido de carbono. En una segunda etapa de ³compresión´ ese gas de síntesis es presurizado (comprimido) y sometido a reacción (convertido) para formar metanol ³crudo´ compuesto por 75% metanol y 25% agua y es almacenado temporalmente para verificar posteriormente trazas e impurezas que se remueven en el proceso de destilación. En la planta ±y como último proceso- ocurre la refinación donde el metanol es extraído en forma liquida, posteriormente almacenado en tanques hasta el momento de ser distribuido. Como en el LNG la logística de transporte de metanol utiliza camiones, trenes, barcos y oleoductos. A la fecha se ha hablado de un Complejo Petroquímico que en su momento se considera Bolivia y Brasil para ser instalado en la frontera mutua. Consistía en un conjunto de unidades industriales que utiliza el metano y el etano del gas natural para producir polietileno y productos terminados (plásticos en general) y también metanol. La planta tendría una capacidad de 600.000 Toneladas/año y considerando que el consumo en Bolivia es del orden de 40.000 Ton/año, sería un proyecto de exportación con valor agregado. La inversión para una planta de estas dimensiones sería del orden de $us 1.400 millones. Por diversas razones, este proyecto ha sido congelado. Pero debido a la necesidad de ampliar el mercado es necesario instalar un complejo petroquímico para así aumentar las ganancias del país. En toces para la implementación de la planta de metanol se contara con la siguiente información como pantallazo general del proyecto: 1.- La planta tendrá una capacidad de 400000 toneladas/año considerando que el consumo en Bolivia es de 40000 Ton/año siendo un proyecto de exportación con valor agregado 2.- La materia prima a utilizar será el gas natural. 3.- la localización de la planta puede estará cerca de Campo Rio grande. 4.- Para estimas cuanto será la capacidad de forma más precisa se utilizara un simulador de procesos llamado HYSYS. 5.- Se hará una descripción todos los equipos que van a intervenir en el proceso. 6.- Antes se realizara un diagrama de flujo completo de la planta. 7. Los cálculos se realizaran en base a la tecnología que se va a escoger que es este caso será el Proceso de Lurgi. _c c La industria del metanol derivada del gas natural, es competitiva a nivel global. Bolivia tiene la ³necesidad y urgencia´ de formalizar alianzas público±privadas para estudiar la industria del metanol, aunque las actuales circunstancias ³imposibilitan y descalifican al país´ de ir adelante en este tiempo de emprendimientos. De acuerdo a los resultados de informes ejecutivos sobre energía se exteriorizó que ³el sector energía e hidrocarburos es el más perjudicado por esta ingobernabilidad que hay´. En otro orden vio como ³muy complicado´ que en el país ³surjan modelos empresariales de industrialización del gas´, entre otros para la obtención de metanol. Un escenario político inestable impide en lo técnico la industria petroquímica en general. Una industria de estas características ³exige´ gobernabilidad, seguridad para inversiones, mercados consolidados y estabilidad, ³elementos que hoy en día Bolivia no puede ofrecer a ningún inversionista, por la fractura social y política que hay en el país´. Viendo desde el aspecto técnico se tiene también que considerar la composición del gas de alimentación y de las características del catalizador, la temperatura y el tiempo de residencia del catalizador y otros parámetros para la obtención de metanol. ¿ El proceso de obtención de metanol por la tecnología de Lurgi es el más adecuado para el desarrollo de la industria petroquímica en el país? La tecnología Lurgi es un proceso de una tecnología avanzada para convertir el gas natural en metanol a bajo costo en grandes cantidades. Se permite la construcción de alta eficiencia de plantas de un solo tren de al menos el doble de la capacidad de los construidos hasta la fecha. Esto allana el camino para las nuevas industrias transformadoras como Lurgi que puede utilizar metanol como una materia prima competitiva. El proceso principal cuenta con las siguientes ventajas: -? El gas natural de reforming, ya sea en combinación con el reformado con vapor, o como reformado auto térmico. -? Dos etapas de síntesis de metanol en agua y refrigerado por gas, reactores en funcionamiento a lo largo de la ruta óptima de reacción. El Ajuste de la composición del gas de síntesis por el hidrógeno a reciclar. El proceso lurgi que escogí es el más utilizado y presenta cierta superioridad frente a los demás procesos. !" La industria del metanol derivada del gas natural, es competitiva a nivel global. El metanol se utiliza como materia prima en producción de químicos como ácido acético y formaldehído, adhesivos, goma, espumas y líquido limpia parabrisas, como también en aditivo MTBE (éter metil terc- butílico) componente de gasolina de combustión limpia. ³Además se está utilizando cada vez más en purificación de aguas servidas y como combustible para celdas para teléfonos celulares, computadoras portátiles y en menor escala en transporte (en motonetas)´, acotó el consultor en energía e hidrocarburos El contenido de energía de metanol en comparación con el GNL es más bajo, pero s puede ser compensado por menores costos de transporte para distancias mayores, el metanol es competitivo, creando oportunidades para su fabricación en las regiones ricas de gas. !#$ Su atractivo principal es, pues, una combustión limpia de combustible potencial adecuado para turbinas de gas, motores de gasolina y en las nuevas tecnologías de células de combustible. El Metanol tiene mayor potencial de uso respecto a otros combustibles convencionales debido a que con esta sustancia se forma menor cantidad de ozono, menores emisiones de contaminantes, particularmente benceno e hidrocarburos aromáticos poli cíclicos y compuestos sulfurados; además presenta bajas emisiones de vapor. % & %!'( )!$ *# ¢? Realizar el diseño de una planta petroquímica para la producción de metanol a partir del gas natural mediante la tecnología de Lurgi usando un software llamado HYSYS %!'( )! + ,! ¢? Realizar el diagrama de flujo completo de todo el proceso. ¢? Ydentificar las variables de operación de la planta. ¢? Realizar un balance de masa para determinar la cantidad exacta de producción de metanol. ¢? Realizar la simulación de la planta de metanol mediante el software llamado HYSYS. - . - *# El gas natural convencional generalmente se genera en reservorios profundos, puede encontrase asociado con el petróleo (gas asociado) o en embalses que contienen poco o ningún petróleo (gas no asociado). El gas asociado es producido con el petróleo y separado en el casinghead o fuente. El gas no asociado a veces es llamado gas de pozo o gas seco. Sin embargo, este gas seco todavía puede contener cantidades significativas de componentes LGN. !"+!/ # *# ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? !"+!/ #$*#+*!//! #$!"+!'!#)! ? "+* 0/ # *# ? Agua. ? Especies de azufre ? Mercurio ? CO y CO2 ? Oxigeno ? -c El gas natural que se extrae de los yacimientos contiene diversas sustancias disueltas que pueden ser perjudiciales en el curso de su transporte, proceso o utilización final; también ocurre que algunas de estas sustancias pueden tener un valor económico más alto si se venden por separado. En principio, una buena parte de los hidrocarburos líquidos asociados al gas natural se separan en la plataforma de producción y se almacenan y transportan de manera independiente; asimismo, en la zona de producción de gas se acondicionan para su transporte por gasoducto en fase gaseosa a alta presión (70 a 150 bar) y temperatura ambiente, eliminando agua, gases ácidos e inertes así como comprimiéndolo en caso necesario. En cuanto a los gases ácidos CO2 y SH2, siempre presentes en el gas natural, el problema es su poder corrosivo y la posibilidad de que el CO2 combine y se solidifique a las temperaturas de refrigeración, por lo tanto, también habrá que deshacerse de ellos. Para deshacerse de estos compuestos dañino se realiza mediante tres pasos: -? Remoción de CO2 a través de una torre de absorción que se utiliza el MEG -? Deshidratación: se la puede realizar a través de tamices moleculares -? Remoción de mercurio: aunque nuestro gas no presenta mercurio. Una vez tratado el gas puede servir de alimentación a una planta petroquímica que en este caso será la de producción de metanol. -_ El metanol, también llamado alcohol metílico, alcohol de madera, carbinol y alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes. Su fórmula química es CH3OH La estructura química del metanol es muy similar a la del agua, con la diferencia de que el ángulo del enlace C-O-H en el metanol (108.9°) es un poco mayor que en el agua (104.5°), porque el grupo metilo es mucho mayor que un átomo de hidrógeno. Metanol Agua En condiciones normales es un líquido incoloro, de escasa viscosidad y de olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayoría de los solventes orgánicos, muy tóxico e inflamable. El olor es detectable a partir de los 2 ppm. el metanol contiene las siguientes propiedades fisicas: c c?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? c c . Carbinol, alcohol metílico 3 67-56-1 . . CH3-OH CH4O c 32.04 12 Alcoholes c . c -98 ºC . & & 65 ºC 0.791 g/ml 0.59 MPa·s a 20 ºC Soluble -_c c 12 El Metanol presenta reacciones que son típicas para alcoholes de su clase. Las reacciones de particular importancia en la industria son principalmente deshidrogenación y deshidrogenación oxidativa sobre óxido de Plata o Molibdeno-Hierro para la producción de Formaldehído; la reacción con Ysobutileno usando catalizadores ácidos, para formar metil tertiaril butil éter (MTBE); carbonación a ácido acético usando como catalizador Cobalto o Rodio; esterificación con ácidos orgánicos y derivados ácidos; eterificación; adición a enlaces no saturados y reemplazo del grupo hidroxilo. El Metanol líquido y sus vapores son sustancias muy inflamables y que al contacto con el aire pueden llegar a ser explosivas. Esto representa un problema de seguridad potencialmente grande. ? De los puntos de ebullición y de fusión se deduce que el metanol es un líquido volátil a temperatura y presión atmosféricas. Esto es destacable ya que tiene un peso molecular similar al del etano (30 g/mol), y éste es un gas en condiciones normales. La causa de la diferencia entre los puntos de ebullición entre los alcoholes y los hidrocarburos de similares pesos moleculares es que las moléculas de los primeros se atraen entre sí con mayor fuerza. En el caso del metanol estas fuerzas son de puente de hidrógeno, por lo tanto esta diferencia es más remarcada. El metanol y el agua tienen propiedades semejantes debido a que ambos tienen grupos hidroxilo que pueden formar puente de hidrógeno. El metanol forma puente de hidrógeno con el agua y por lo tanto es miscible (soluble en todas las proporciones) en este solvente. Ygualmente el metanol es muy buen solvente de sustancias polares, pudiéndose disolver sustancias iónicas como el cloruro de sodio en cantidades apreciables. El metanol es considerado como un producto o material inflamable de primera categoría; ya que puede emitir vapores que mezclados en proporciones adecuadas con el aire, originan mezclas combustibles. El metanol es un combustible con un gran poder calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación es de 12,2 ºC. Durante mucho tiempo fue usado como combustible de autos de carrera. Al ser considerado como inflamable de primera categoría, las condiciones de almacenamiento y transporte deberán ser extremas. Está prohibido el transporte de alcohol metílico sin contar con los recipientes especialmente diseñados para ello. La cantidad máxima de almacenamiento de metanol en el lugar de trabajo es de 200 litros. Las áreas donde se produce manipulación y almacenamiento de metanol deberán estar correctamente ventiladas para evitar la acumulación de vapores. Además los pisos serán impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deberá ser antiexplosiva, prefiriéndose la iluminación natural. Así mismo, los materiales que componen las estanterías y artefactos similares deberán ser antichispa. Las distancias entre el almacén y la vía pública será de tres metros para 1000 litros de metanol, aumentando un metro por cada 1000 litros más de metanol. La distancia entre dos almacenes similares deberá ser el doble de la anterior. Es considerado como un producto petroquímico básico, a partir del cual se obtienen varios productos secundarios. -c El Metanol se obtenía también como producto de la oxidación no catalítica de hidrocarburos (un procedimiento descontinuado en USA en 1973), y como un subproducto de la síntesis de Fischer-Tropsch, la cual ya no tiene importancia industria. El metanol se prevé que sea cada vez más utilizada como combustible, por lo que las comparaciones de GNL podrían ser hechas. Al igual que el GNL, y el metanol se fabrica a partir de gas natural con costos de capital más alto por unidad de energía que de GNL, pero es más barato de transporte. En comparación con el GNL y otros combustibles, tiene un menor contenido energético: es equivalente a alrededor del 66 por ciento del gas consumido en su producción. Su atractivo principal es, pues, una combustión limpia de combustible potencial adecuado para turbinas de gas, motores de gasolina y en las nuevas tecnologías de pilas de combustible. El contenido de energía más bajos de metanol en comparación con el GNL, y puede ser compensado por menores costos de transporte para distancias mayores a, el metanol es competitivo, creando oportunidades para su fabricación en las regiones ricas con el gas. Mientras que las plantas de metanol a escala del mundo suelen tener una capacidad de producción de un millón de toneladas por año (2 700 toneladas métricas por día), sólo utilizan 75 hasta 90 millones de pies cúbicos (80 a 97 terajulios) de gas natural por día. En consecuencia, los proyectos de metanol no son una alternativa a los proyectos de GNL para promover el campo de desarrollo de gas. De hecho, en muchos países ricos y de gas, que se complementa a la distribución de gas natural licuado instalaciones para reducir los costes de producción de modo que muchos países exportadores de gas por lo menos una planta de metanol. En una base a escala mundial, con precios bajos del petróleo o las exigencias medioambientales de los combustibles de transporte alternativos, el mercado presenta un metanol relativamente pequeño, mercado especializado, como para los productos químicos y pilas de combustible, en lugar del combustible de mercado grande. La demanda mundial de metanol es de alrededor de 32 millones de toneladas por año y aumentando ligeramente en un 2 a un 3 por ciento por año, pero con cambios significativos en el perfil de la industria. Desde la década de 1980, eficientes instalaciones pequeñas-menos están siendo reemplazadas por plantas más grandes, utilizando las nuevas tecnologías de baja presión eficaz. La industria también ha pasado de suministro a los clientes cautivos, especialmente para la producción de formaldehído que suele representar la mitad de la demanda mundial y que sirve principalmente al mercado interno., Haldor Topsoe, un importante proveedor de tecnología de metanol, se ha desarrollado en dos fases un proceso de reformado de capacidad comprendida entre 700 000 y 1,5 millones de toneladas al año, que reduce costos operativos y de capital en comparación con el tradicional reformadores tubular recto. Con un consumo total de energía en alrededor de 30 gigajulios por tonelada, incluida la energía para la producción de oxígeno, implica una eficiencia de conversión de energía de 66 por ciento. Topsoe también ha desarrollado la tecnología para el tren de las capacidades individuales de de hasta 3,6 millones de toneladas anuales, con base en soplado autotérmico Reforma-oxígeno (ATR) con un vapor de baja al cociente de carbono. .A un precio de gas natural de 3 $/MMBTU se estima que el costo de producir metanol es de 140 $/ton, Methanex, productor global, cerró instalaciones en EEUU, amplió su planta de Chile (hoy es la mayor del mundo). . En los últimos dos años se cerraron unas 5 millones de toneladas de capacidad en el mundo (aproximadamente un 15 % de la demanda) permitiendo una recuperación de los precios. Methanex concentra su producción en Chile, Trinidad y Nueva Zelandia/Australia, estos países elaboran alrededor del 7% de la producción mundial de metanol y causaron el cierre de plantas alrededor del mundo (Atanor, de Río Tercero, Córdoba, dejo de producir metanol en los 90. -% 4 1 Al ser considerado como inflamable de primera categoría, las condiciones de almacenamiento y transporte deberán ser extremas. Está prohibido el transporte de alcohol metílico sin contar con los recipientes especialmente diseñados para ello. La cantidad máxima de almacenamiento de metanol en el lugar de trabajo es de 200 litros. Las áreas donde se produce manipulación y almacenamiento de metanol deberán estar correctamente ventiladas para evitar la acumulación de vapores. Además los pisos serán impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deberá ser antiexplosiva, prefiriéndose la iluminación natural. Así mismo, los materiales que componen las estanterías y artefactos similares deberán ser antichispa. Las distancias entre el almacén y la vía pública será de tres metros para 1000 litros de metanol, aumentando un metro por cada 1000 litros más de metanol. La distancia entre dos almacenes similares deberá ser el doble de la anterior. El metanol, como todos los alcoholes es tóxico y venenoso. Cuando se produce la ingesta de etanol, el organismo debe eliminarlo para evitar que se acumule en la sangre y envenene al cerebro. Para lograr la eliminación, el hígado produce una enzima llamada alcohol deshidrogenasa (ADH). Esta cataliza una oxidación por la cual el etanol se transforma en ácido acético que es inocuo. El tratamiento para el envenenamiento con metanol consiste en administrarle al paciente infusiones intravenosas de etanol diluido. La gran cantidad de etanol suministrado obstruye la enzima ADH y la mayor parte del metanol es excretado por los riñones antes de que pueda oxidarse a ácido fórmico. -- c 4 El Metanol tiene una gran variedad de aplicaciones industriales. Su uso más frecuente es como materia prima para laproducción de metil t-butil éter (MTBE), que es un aditivo para gasolina. También se usa en la producción de formaldehído,ácido acético, cloro metanos, metacrilato de metilo, metilaminas, dimetil tereftalato y como solvente o anticongelante en pinturas en aerosol, pinturas de pared, limpiadores para carburadores, y compuestos para limpiar parabrisas deautomóviles. El Metanol es un sustituto potencial del petróleo. Se puede usar directamente como combustible reemplazando la gasolina en las mezclas gasolina-diesel. El Metanol tiene mayor potencial de uso respecto a otros combustibles convencionales debido a que con esta sustancia se forma menor cantidad de ozono, menores emisiones de contaminantes, particularmente benceno e hidrocarburos aromáticos poli cíclicos y compuestos sulfurados; además presenta bajas emisiones de vapor. Por otra parte, la posibilidad de mayores emisiones de formaldehído, su elevada toxicidad y, en el momento, la baja rentabilidad, favorecen el uso de combustibles convencionales. Para motores de gasolina, el Metanol puro (llamado combustible M100) o mezclas de 3, 15 y 85% de Metanol con productos del petróleo convencionales (M3, M15, M85) son las más comunes. En motores diesel el Metanol no se puede usar de forma exclusiva debido a su bajo octanaje que no permite una apropiada ignición. Por lo tanto, el Metanol se inyecta dentro del cilindro después de la ignición del diesel convencional. -5 -5 Lurgi es un líder tecnológico mundial en ingeniería de procesos e ingeniería de planta. La fuerza de Lurgi reside en las tecnologías innovadoras del futuro se centra en soluciones orientadas al cliente para los mercados de rápido crecimiento. Su liderazgo en tecnología se basa en tecnologías patentadas y tecnologías exclusivas de licencia en las áreas de productos como el gas-a-petroquímica, la síntesis los recursos de gas, metanol, combustibles sintéticos, productos petroquímicos, y renovables y alimentaria. Con el fin de potenciar el desarrollo hacia el futuro, Lurgi se concentra en las tecnologías en el gas asociado a la cadena de productos petroquímicos, así como los combustibles sintéticos, la gestión de azufre y exclusivo acuerdos de licencia en el campo de la petroquímica. El mercado de metanol por sí sola está creciendo en aproximadamente dos a tres por ciento al año hasta 2010. Entre el 60 y el 70 por ciento de producción de metanol en el mundo se basa ahora - o está a punto basarse - en la tecnología de Lurgi. Esto le proporciona una posición de liderazgo en este mercado. Lurgi segunda área principal de actividad son los recursos renovables y la alimentación, que abarca las tecnologías utilizadas para producir productos convencionales, tales como aceite de cocina, detergentes, productos de almidonar y alto contenido de fructosa, así como las tecnologías utilizadas en la producción de combustibles y componentes de los combustibles tales como biodiesel y bioetanol a partir de recursos renovables tales como la lo cereales y azúcar. En el pasado el plástico se fabrica casi exclusivamente del petróleo. Con su PMP ® (metanol a propileno) proceso, Lurgi ha ideado una manera de fabricar el polipropileno plástico de gas. Esto es de particular interés para los clientes del aceite la industria, debido a la extracción de petróleo crudo produce cantidades importantes de gas natural, que tradicionalmente se ha quemado o comprimido. Lurgi PMP ® proceso inicialmente hace de este gas, aparentemente sin valor en metanol. Esta metanol se convierte entonces en propileno y polipropileno entonces, un producto útil sobre el valor añadido. Polipropileno ha muchas aplicaciones, por ejemplo, se utiliza en la fabricación de aparatos de cocina, coche componentes, envases y fibras textiles. La demanda de este material innovador en globo: toneladas el consumo de polipropileno, en la actualidad alrededor de 35 millones de dólares, se prevé que crezca en aproximadamente seis por ciento anual a 52 millones de toneladas para el año 2010 como su precio de mercado sigue en aumento. Lurgi con perspectivas de negocios es un líder internacional en la construcción de instalaciones industriales para la fabricación de productos oleo químicos de recursos renovables los recursos -5 c La planta de Metanol consiste en los siguientes cinco pasos: -? Saturación y Desulfurización del Alimento -? Producción de Gas Sintetizado y Recuperación de Calor -? Compresión de Gas Sintetizado -? Producción de Metanol Crudo -? Destilación Las tecnologías preferidas son: -? Reactor tubulares reforming -? Reactores de dos fases (vapor tubulares reforming seguido por oxígeno soplado por el segundo reactor de reforming) -? El reactor de autotérmico (ATR) en vapor de baja a de carbono (S / C) relación es la tecnología preferida para plantas a gran escala mediante la maximización de la única línea la capacidad y reducir al mínimo la inversión. A continuación se muestran dos tipos de reactores utilizados en el proceso: Reactor donde se realiza La oxidación parcial !* *$ Condiciones de operación para el proceso de SYNGAS: §? Catalizador: CuO (60-70%) - ZnO (20-30%)-Al2O3 (5 -15%) o Cr2O3 (5-15%) §? Temperatura: 220oC-300oC §? Presion : 50-100 atm de presión (5-10MPa) §? Composición de la alimentación 59 -74% de H2; 27 - 15% de CO; 8% de CO2 y 3% CH4 §? La conversión de CO a metanol por pasada es normalmente de 16 a 40%. §? H2: la proporción de CO es de 2,17. §? La selectividad es de alrededor de 99,8%. ? Se explicara de manera sencilla y con las reacciones respectivas la obtención del metanol: Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en función del tipo de alimentación. En el caso de que la alimentación sea de gas natural, este se desulfuriza antes de alimentar el reactor. Aproximadamente la mitad de la alimentación entra al primer reactor, el cual está alimentado con vapor de agua a media presión. Dentro del reactor se produce la oxidación parcial del gas natural. De esta manera se obtiene H2, CO, CO2 y un 20% de CH4 residual. Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 780 °C y a 40 atm. 6 El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la otra mitad de la alimentación (previamente desulfurizada). Esta mezcla de gases entra en el segundo reactor, el cual está alimentado por O2. Este se proviene de una planta de obtención de oxígeno a partir de aire. CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 950 °C. 2 El gas de síntesis se comprime a 70-100 atm. y se precalienta. Luego alimenta al reactor de síntesis de metanol junto con el gas de recirculación. El reactor Lurgi es un reactor tubular, cuyos tubos están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por agua en ebullición. La temperatura de reacción se mantiene así entre 240-270 °C. CO + H2 CO2 + H2 CH3OH ǻH < 0 CH3OH + H2O ǻH < 0 Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición obteniéndose de 1 a 1.4 Kg. de vapor por Kg. de metanol. Además se protege a los catalizadores. . El metanol en estado gaseoso que abandona el reactor debe ser purificado. Para ello primeramente pasa por un intercambiador de calor que reduce su temperatura, condensándose el metanol. Este se separa luego por medio de separador, del cual salen gases que se condicionan (temperatura y presión adecuadas) y se recirculan. El metanol en estado líquido que sale del separador alimenta una columna de destilación alimentada con vapor de agua a baja presión. De la torre de destilación sale el metanol en condiciones normalizadas. 5 c 4 5 *c*""! 1.- La materia prima a utilizar será el gas natural. 2.- la localización de la planta puede estará cerca de Campo Rio grande, la cromatografía de este campo se muestra a continuación, en base a sus datos se realizara el balance de masa para determinar la capacidad productiva de la planta. Se tomara en cuenta las siguientes consideraciones: §? Se tomara en cuenta que la recepción de gas a la planta de metanol se realizara mediante un pequeño gasoducto que no será de gran distancia. §? Se contara con tanques de almacenamiento de agua de considerable capacidad para ser usados en los procesos y también para uso personal. Estos tanques deberían tener una capacidad de 3000 metros cubicos/semana §? Se contara con dos generadores, para la iluminación de la planta, además que generara su propia energía a través de motores que trabajen con gas natural proveniente del campo Rio grande. Esto es muy necesario especialmente para equipos que funciones a electricidad, interruptores, etc. La capacidad de generación de electridad será de ? §? En campo rio grande transporta 75 MMPCD, mientras la planta necesario aproximadamente 10 MMPCD para producir lo estimado en la producción. 5 !#0 c# La localización de la planta e estará cerca de Campo Rio grande. Se tomo en cuenta este lugar por los siguientes aspectos: §? Por la capacidad productiva del campo de rio grande. §? Además se puede aprovechar el poliducto OSSA para el transporte de metanol §? Al aprovechar el poliducto se podría transportar metanol hasta Cochabamba y ls diferentes departamentos, además como ese poliducto llega hasta Arica, se aprovechara para satisfacer la demanda insatisfecha de metanol que presenta chile, aprovechando que es uno de los más grandes productores de metanol. §? El lugar es más que todo un punto central en Bolivia lo cual facilitaría el transporte para cubrir la demanda interna del país. §? A continuación se muestra en el mapa la localización: 5_ !#!$, Como ya se menciono se utilizara la tecnología de Lurgi, explicando algunos aspectos: §? la Tecnología Lurgi: es un líder tecnológico mundial en ingeniería de procesos e ingeniería de planta. La fuerza de Lurgi reside en las tecnologías innovadoras del futuro se centra en soluciones orientadas al cliente para los mercados de rápido crecimiento. Su liderazgo en tecnología se basa en tecnologías patentadas y tecnologías exclusivas de licencia en las áreas de productos como el gas-a-petroquímica, la síntesis los recursos de gas, metanol, combustibles sintéticos, productos petroquímicos, y renovables y alimentaria. §? El proceso Lurgi en la obtención de metanol tiene una tecnología avanzada para la conversión de gas natural en metanol a bajo costo en grandes cantidades. §? Esto nos permite la construcción de grandes plantas eficientes de un solo tren para al menos duplicar la capacidad de las plantas construidas hasta la fecha. §? La tecnología de Lurgi ha sido desarrollado para plantas de metanol a escala mundial con grandes capacidades año. El proceso principal cuenta para lograr estos objetivos son: 1) El gas natural quemado en oxígeno de reforming, ya sea en combinación con el reformado con vapor, o c proceso autotérmico de reforming. 2) Dos etapas de síntesis de metanol en el agua y gas frio en reactores de funcionamiento a lo largo de la reacción quimica. 3) Ajuste de la composición del gas de síntesis por el hidrógeno que se recicla. 5+//c*!/) La planta contara con las siguientes capacidades: §? La planta tendrá una capacidad de 400000 toneladas/año aproximadamente considerando que el consumo en Bolivia es de 40000 Ton/año siendo un proyecto de exportación con valor agregado §? El restante podrá ser exportado hacia chile. §? El campo produce 75MMPCD el cual se utilizara alrededor de unos 10 MMPCD. §? Para la llegada de gas a la planta de metanol, la tubería deberá ser de 6 pulg y la capacidad de transporte no deberá superar a los 20 MMPCD §? A continuación se mostrara el balance de materia con el cual se determino la capacidad productiva de la planta: 5% 7*47+! En cuanto a los equipos y maquinaria se tienen: */!* #*! fabricante Schulz MSV30 Potencia del motor (HP) 7.5 Voltaje de trabajo (V) 380 Numero de serie Numero de cilindors 2 E-045217 !"+* !** +*! !* .- Serie 88093; R-101 - 14.500 galones de 12'6 "x 13'6" - acero al carbono ±reactor tubular vertical Co-Nal - 250 psi a -150 º F 2.- Serie 88056- R-104 - 9.500 galones - 8 '23 "- acero al carbono ± reactor Vertical Lurgi 763 psi a 511 º F 3.- Serie 88065; R-102 - 2.486 galones de 7'6 "x 13'8" - acero al carbono ± reactor Vertical Houston-. 550 psi - 600 º F. !#" *"'/!* / #!* 5- *+ #c*! ! !"' ? 5- c c 5-$*" #(! ##/! DESCRYPCYON DE PROCESO El gas natural es precalentado y desulfurizado. Después de desulfuración, el gas está saturado con una mezcla de agua de proceso y es precalentado en la sección de destilación y empieza a condensarse en el saturador. El gas además de estar precalentado está mezclado con vapor como se requiere para el proceso de reforming. En el reforming, se realiza la oxidación parcial del gas. De esta manera se obtiene H2, CO, CO2 y un 20% de CH4 residual. Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 780 °C y a 40 atm Al salir de este reactor se precalienta en el intercambidor de calor. Luego una vez precalentada el syngas entra a otro reactor que es el reformador autotérmico, el gas está formado con vapor y O2. El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la otra mitad de la alimentación (previamente desulfurizada). Esta mezcla de gases entra en el segundo reactor, el cual está alimentado por O2. Este se proviene de una planta de obtención de oxígeno a partir de aire. CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2 Esta reacción se produce a 950 °C. El gas producto contiene H2, CO, CO2 y una pequeña cantidad de CH4 no convertidos e inertes. El gas reformado dejando el reactor autotérmico representa una cantidad considerable de calor, que se recupera en forma de vapor de HP para el precalentamiento de la energía y la energía para proporcionar calor a los rehervidores en la sección de destilación. El gas reformado se mezcla con hidrógeno que viene del PSA (pressure swing adsorption), unidad que nos ayuda a ajustar la composición del gas de síntesis. El gas de síntesis es presurizado a 5 -10 MPa por un compresor de gas de una sola cubierta y se mezcla con el gas de recirculación del circuito de síntesis. Esta mezcla de gas se precalienta en un intercambiador y luego ingresa por la parte inferior a un reactor refrigerado por gas. El salir de este reactor ,la mezcla nuevamente ingresa por la parte superior a otro reactor llamado Lurgi, que es un reactor tubular, cuyos tubos están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por agua en ebullición. La temperatura de reacción se mantiene así entre 240-270 °C. CO + H2 CO2 + H2 CH3OH ǻH < 0 CH3OH + H2O ǻH < 0 A continuación se muestra una figura que ilustra los dos reactores: Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición obteniéndose de 1 a 1.4 Kg. de vapor por Kg. de metanol. Además se protege a los catalizadores. La reacción se produce bajo condiciones casi isotérmicas, que garantiza una alta conversión y elimina el peligro de dañar el catalizador de una temperatura excesiva. Control exacto de temperatura de reacción se realiza por el control de la presión del tambor de vapor de HP. El gas preconvertido sale por la parte inferior del reactor Lurgi y se dirige nuevamente al reactor enfriado por gas ingresando por cabeza de la carcasa del reactor de enfriado por gas, y saliendo por el fondo y este segundo reactor se llena con catalizador nuevamente. La conversión final a metanol se obtiene a bajas temperaturas a lo largo de la ruta óptima de reacción. El gas de salida del reactor se enfría a 40 ° C para separar el metanol y el agua de los gases de precalentamiento entra BFW y reciclar el gas. Condensado el metanol crudo es separado del gas que no ha reaccionado y este se envía a la unidad de destilación. La mayor parte del gas se vuelve a los reactores de síntesis para lograr una conversión de global alta. El excelente desempeño del convertidor Lurgi combinada (LCC) reduce la síntesis de metanol en relación del reciclado, aproximadamente, 2. Una pequeña porción del gas reciclado se retira como gas de purga para reducir la acumulación de inertes en el bucle. Una vez condensado el metanol entra a una columna de destilación En alimentada con vapor de agua a baja presión en el cual se separa el metanol puro que se dirige a la zona de tanques de almacenamiento, y el agua de proceso se precalienta en el calentador e y se utilizan como agua de reposición para la saturación. 5-# *89$*" */4#/c!*c*! !: c*" ** !* !*"$ c#/ * !*8!;/8 !*_ #"/ <=> , / #" !# +*/!* # 55 #" " ! Almacenamiento en Pequeña Escala Pequeñas cantidades de Metanol para uso industrial y de laboratorio se almacenan en botellas de vidrio o en latas de metal; cantidades superiores a 200 litros se transportan y almacenan en tanques de acero. Algunos tipos de botellas plásticas y contenedores no se pueden usar debidos a su permeabilidad y al peligro de disolución de los plastificantes. . #" " ! *# Grandes cantidades de Metanol se almacenan en tanques diseñados de la misma forma que los utilizados en el almacenamiento de productos de petróleo; normalmente se utilizan tanques cilíndricos con capacidades desde cientos de metros cúbicos hasta de más 100.000 m3. para tanques de techo fijo, se deben adoptar medidas especiales, (por ejemplo atmósfera de nitrógeno) para prevenir la formación de una atmósfera de ignición en el espacio comprendido sobre la superficie del líquido. Pueden ocurrir emisiones de Metanol debido a las fluctuaciones de la superficie. Para prevenir esos problemas, los tanques de gran dimensión son provistos de techos flotantes; se debe prestar especial atención para evitar la entrada al tanque de agua proveniente de la lluvia. Para tanques libres de anhídrido y dióxido de carbono, pueden construirse tubería y bombas de acero de grado normal; los sellos pueden ser de fibras minerales, grafito. !" "'#!$ !* 8 - Conservar alejado del calor y de fuentes de ignición, agentes de oxidación, ácidos y bases - Almacenar en un lugar seco y bien ventilado - Almacenar en un sistema totalmente cerrado - Conexión de la cisterna a tierra - Se necesita una cubeta para recoger derrames líquidos *#/ )/!/ /!8 - El metanol no es corrosivo en contacto con la mayoría de los metales a temperatura ambiente, excepto plomo y magnesio - Revestimientos de cobre (o aleaciones), cinc (p.ej. acero galvanizado) o aluminio no son adecuados ya que son atacados lentamente - Se recomienda acero dulce como material de construcción para cisternas 7 ' **? !+*#" " !/ " !# Tomando en cuenta las propiedades del metanol, este es muy volátil a temperatura y presion atmosféricas por eso se tomo los siguientes parámetros: ver figura ? ? ? ? ? ? ? ¢? Debido a su categorización como líquido inflamable, el metanol requerido para la reacción se almacenará en un tanque cilíndrico horizontal subterráneo, los cuales según la norma ASME se diseñan para capacidades medianas de almacenamiento menor a 150 m3 al ambiente y para tanques subterráneos el volumen debe ser hasta 30.000 galones (113,55 m3) c ? ¢? Temperatura externa = Temperatura interior, To=Ti= 28ºC ¢? Presión externa, Po= 1,013x105 Pa. ¢? Presión interna, Pi = 0,2026x105 Pa. ? c ¢? Diámetro interior del cilindro, D1 = 3.500 mm ¢? Altura de diseño, H1 = 4.640 mm ¢? Altura de la cara lateral, h1 = D1/4 = 875 mm ¢? Presión interior de diseño, P = 3*Po = 3,039x105 Pa ¢? Corrosión permisible, Corr = 1,60 mm ¢? Eficiencia de la junta, E1 = 0,85 ¢? Esfuerzo permisible máximo en tensión, Sd=160x106 Pa ¢? Presión permisible máxima de trabajo, Pmax ¢? Espesor nominal comercial, tn = 6 mm 5@ c De ser factible el proyecto lo ideal sería el transporte por ductos tomando en cuenta las siguientes consideraciones: §? Primero el diámetro de la tubería para el transporte de gas hacia la planta de metano seria de 6 pulg, ya que ese diámetro puede transportar un caudal de 20 MMPCD §? Lo ideal sería transportar el metanol por ductos, ya que el metanol no es corrosivo con la mayoría de los metales, y mi idea sería aprovechar el oleoducto OSSA (santa cruz -Arica), primero para cubrir la demanda interna en el país y segundo el remanente exportarlo a chile, ya que es uno de los grandes productores de metanol. §? También se puede transportar en camiones cisternas, pero se recomienda acero dulce para la construcción de cisternas ) *//+*)// #)## ** *8$ *,/ c *# != > *$, $*8"#c*! !A/*!*'*, *! ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 8 8Yng. Martha Siles C. < & 8 ± 07 ± 2010 8 ? COCHABAMBA - BOLYVYA 8.- ANEXOS 9. BYBLYOGRAFYA -? Lurgi Process (2007) : Gas to chemicals -? Metanex (2004) : ficha técnica del metanol -? RODRYGUEZ, Rivera (2004) : obtención de metanol y sus usos. Edición: Universidad tecnológica nacional. -? SPEYGHT, James (2000) : chemical process and design handbook: editorial Mcgraw ± hill. -? HATCH, Lewis F (2000) : chemistry of petrochemical. 2 edicion Division. -? HANDBOOK (2005): petrochemical process, editorial AXES -? FERRUCCYO, Trifiro (2008) : From syngas to metanol and dimethylether. Editorial bologna. -? \Proceso de producción de amoníaco Textos Científicos.mht -? \simulacion\metanol (etilico).mht
