produccion de metanol(informe corregido
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PRODUCCION DE METANOL A PARTIR DE GAS NATURAL
1.- ANTECEDENTES
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. La planta de trinidad y tobago M5000 producirá unas 5.400
toneladas de metanol por día, incluidas 400 toneladas producidas utilizando gas de
las cuatro plantas de metanol de MHTL existentes, señaló Motilal. Combinadas con los
2,1 millones de toneladas por año (mt/a) producidas por las cuatro plantas de
metanol existentes de MHTL, M5000 aumentará la producción de la compañía a 6-
7mt/a, agregó. La tecnología mas utilizada es el proceso de lurgi.
2.- INTRODUCCION
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. “Además 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 “fabricación” del metanol a partir del gas ocurre cuando en su primer proceso de
“reformación” el gas es mezclado con vapor bajo calor para producir un “gas de síntesis” que
consiste en hidrógeno, H2, CO, monóxido de carbono y CO2 dióxido de carbono. En una
segunda etapa de “compresión” ese gas de síntesis es presurizado (comprimido) y sometido a
reacción (convertido) para formar metanol “crudo” 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.
3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La industria del metanol derivada del gas natural, es competitiva a nivel global. Bolivia tiene
la “necesidad y urgencia” de formalizar alianzas público–privadas para estudiar la industria
del metanol, aunque las actuales circunstancias “imposibilitan 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 “el sector
energía e hidrocarburos es el más perjudicado por esta ingobernabilidad que hay”.
En otro orden vio como “muy complicado” que en el país “surjan 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 “exige” gobernabilidad, seguridad para inversiones,
mercados consolidados y estabilidad, “elementos 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?
4.- JUSTIFICACION
Justificación técnica
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.
Justificación económica
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. “Además 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.
Justificación ecológica
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.
5.- OBJETIVOS
5.1 objetivo general
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
5.2 objetivos específicos
Realizar el diagrama de flujo completo de todo el proceso. Identificar 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.
6 .- FUNDAMENTO TEÓRICO
6.1. Gas Natural
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.
Composición del Gas Natural
Composición del gas natural producido en algunos campos bolivianos
Impurezas del Gas Natural
Agua. Especies de azufre Mercurio CO y CO2
Oxigeno
6.2 PRE-TRATAMIENTO DEL GAS
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.
6.3 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:
PROPIEDAD V
ALOR
6.3.1 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL METANOL
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 Isobutileno 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.
PROPIEDADES DEL METANOL
SINÓNIMOS Carbinol, alcohol metílico
NÚMERO CAS 67-56-1
FÓRMULA LINEAL CH3-OH
FÓRMULA MOLECULAR CH4O
PESO MOLECULAR 32.04
FAMILIA QUÍMICA Alcoholes
PUNTO FUSIÓN -98 ºC
PUNTO EBULLICIÓN 65 ºC
DENSIDAD RELATIVA 0.791 g/ml
VISCOSIDAD 0.59 MPa·s a 20 ºC
SOLUBILIDAD EN AGUA Soluble
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.
Igualmente 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.
6.4 PRODUCCION DE METANOL
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.
Methanol is projected to be increasingly used as a fuel, so a comparisons to LNG could be
made.El metanol se prevé que sea cada vez más utilizada como combustible, por lo que las
comparaciones de GNL podrían ser hechas. Like LNG, methanol is manufactured from natural
gas with higher capital costs per unit of energy than LNG but it is cheaper to transport. 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. Compared with LNG
and other fuels, it has a lower energy content: equivalent to around 66 per cent of the gas
consumed in its production. Its main appeal is therefore as a potential clean-burning fuel
suitable for gas turbines, gasoline engines and in new fuel cell technologies.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. The lower energy content of
methanol compared to LNG, can be offset by lower transport costs so at larger distances,
methanol is competitive, creating opportunities for its manufacture in gas-rich regions. 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. While
world-scale methanol plants typically have production capacities of one million tonnes per
year (2 700 metric tons per day), they use only 75 to 90 million cubic feet (80 to 97 terajoules)
of natural gas per day. Accordingly, methanol projects are not an alternative to LNG projects
to promote gas field development. 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. Indeed, in many gas-rich
countries, they are complements to LNG sharing facilities to reduce production costs so that
many gas-exporting countries have at least one methanol plant. 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. On a world-wide basis, with low oil prices or environmental
requirements for alternative transportation fuels, the methanol market presents a relatively
small, specialised market such as for chemicals and fuel cells, rather than the large fuel-
oriented market. 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. Since the early 1980s, less-efficient small facilities are being replaced
by larger plants using new efficient low-pressure technologies. Desde la década de 1980,
eficientes instalaciones pequeñas-menos están siendo reemplazadas por plantas más grandes,
utilizando las nuevas tecnologías de baja presión eficaz. The industry has also moved from
supplying captive customers, especially for the production of formaldehyde that typically
represents one-half of world demand and serving primarily the home market, to large globally
oriented corporations. 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.
6.5 EL METANOL Y LA SEGURIDAD QUIMICA
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.
6.6 APLICACIONES Y USOS
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 de automóviles.
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.
6.7 METODO DE OBTENCION DEL METANOL
6.7.1 TECNOLOGIA LURGI
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
6.7.2 OBTENCION DE METANOL POR EL METODO LURGI
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
Reactor Lurgi
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:
REFORMING
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.
OXIDACION
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.
SÍNTESIS
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 CH3OH ΔH < 0
CO2 + H2 CH3OH + H2O ΔH < 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.
DESTILACIÓN
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.
7. INGENIERIA DEL PROYECTO
7.1 Materia Prima E Insumos
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 2856 kW
En campo rio grande transporta 75 MMPCD, mientras la planta necesario
aproximadamente 10 MMPCD para producir lo estimado en la producción.
7.2 Localización De La Planta
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:
7.3 Tecnología
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.
7.4 Capacidad Productiva
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:
BALANCE DE MASA
7.5 Maquinaria Y Equipos
En cuanto a los equipos y maquinaria se tienen:
Generador eléctrico
fabricante Schulz MSV30
Potencia del motor (HP) 7.5
Voltaje de trabajo (V) 380
Numero de serie 2
Numero de cilindors E-045217
Compresor reciprocante
Rectores
1.- 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.
Columna
Intercambiadores de calor
7.6 Descripción Del Proceso
Bombas
7.6 DESCRIPCION DEL PROCESO
7.6.1 Diagrama De Flujo Detallado
DESCRIPCION 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 CH3OH ΔH < 0
CO2 + H2 CH3OH + H2O ΔH < 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.
7.6.2 Balance De Materia: (Diagrama De Entrada Y Salida Por Proceso)
Primer reactor Reforming
Planta de aire
Reactor 2: oxidación:
Reactor 3 eliminación de CH4, y O2
Síntesis del metanol
Separador
Destilación
7.7 Almacenamiento
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.
. Almacenamiento a Gran Escala
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.
Se toma en cuentas también los siguientes factores:
- 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
Material de envasado adecuado:
- 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
Tanque subterráneo para almacenamiento de metanol
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
TANQUE ASME HORIZONTAL
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)
Parámetros de trabajo:
Temperatura externa = Temperatura interior, To=Ti= 28ºC
Presión externa, Po= 1,013x105 Pa.
Presión interna, Pi = 0,2026x105 Pa.
Parámetros de diseño:
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
7.8 TRANSPORTE
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
Universidad privada del valleCarrera: Ingeniería de Petróleo, Gas y Energía Asignatura: Simulación Procesos hidrocarburíferos
Producción de metanol a Partir de gas natural
NOMBRE :
DOCENTE : Ing. Martha Siles C.
FECHA DE ENTREGA : 22 – 07 – 2010
EVALUACION :
COCHABAMBA - BOLIVIA
8.- ANEXOS
9. BIBLIOGRAFIA
- Lurgi Process (2007) : Gas to chemicals
- Metanex (2004) : ficha técnica del metanol
- RODRIGUEZ, Rivera (2004) : obtención de metanol y sus usos. Edición: Universidad
tecnológica nacional.
- SPEIGHT, 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
- FERRUCCIO, Trifiro (2008) : From syngas to metanol and dimethylether. Editorial
bologna.
- \Proceso de producción de amoníaco Textos Científicos.mht
- \simulacion\metanol (etilico).mht