Descripcion Detallada Del Proceso.docx

DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO Debido a la gran capacidad de producción de gas natural que presenta el Perú, diseñamos el proceso de producción de metanol a partir de esta materia prima. En la actualidad las empresas que producen el GN cuentan con sistemas instalados de desulfuración, por lo tanto, en el proceso se va a utilizar gas natural libre de azufre. El proceso básicamente presenta dos partes: producción de gas de síntesis y producción de metanol. Producción de gas de síntesis Según proceso seleccionado, se combinará el gas natural (gaseoso) y el agua (gaseoso). El agua se calienta para producir vapor a 370°C, la cual será mezclada con el gas natural proveniente de la planta desulfuradora de gas natural. La combinación será calentada a una temperatura de 600°C antes que ingrese al sistema de reformación con vapor. Dentro del reactor de mezcla se combinan las siguientes reacciones: (Christian, 2018)

Figura 1: Reacciones de los gases de síntesis. Adaptado de “Proyecto de prefactibilidad de instalación de una planta de producción de metanol a partir del gas natural”, por Cieza y Ugaz, 2018

Los gases al terminar el proceso salen del reactor a 700 °C. Los gases de salida se retroalimentan con el objetivo de terminar de calentar la mezcla de gas natural y vapor de agua que ingresan al primer reactor de reformación a 600°C. La corriente de salida se termina de enfriar en el intercambiador de calor hasta 57°C. (Christian, 2018) Síntesis de metanol La corriente de salida del reactor de reformación se enfria con la recirculación del reactor de síntesis de metanol , para ser comprimida en la compresora hasta logra una presión de 1 550 psi para realizar la reacción de síntesis de metanol en el reactor donde se realiza las siguientes reacciones:

Figura 2: Reacciones de los gases de síntesis del metanol. Adaptado de “Proyecto de prefactibilidad de instalación de una planta de producción de metanol a partir del gas natural”, por Cieza y Ugaz, 2018

El reactor funciona isotérmicamente a 250°C con el objetivo de mantener el estado gaseoso, y por ser las reacciones exotérmicas se tiene que enfriar al reactor a través de la tubería que contiene el catalizador. Teniendo en cuenta las reacciones competitivas la conversión llega hasta 70% por lo que es necesario realizar un reciclo, y por la presencia de componentes inertes también hay realizar una purga. La corriente de producto que contiene el metanol hay que enfriarlo en forma sucesiva y expandirlo para disminuir la presión hasta cerca de 370 psi para poder realizar la separación del metanol. Primero se pasa por un separador flash que funciona a 25,3 °C y 370,1 psi. A estas condiciones se separa casi todo el metanol y agua que contiene la corriente y se envía a la columna de destilación para obtener el producto final. (Christian, 2018) A continuación, se explica el procedimiento detallado de los procesos que se mencionaron líneas arriba. Cabe resaltar que esta información fue extraída de la tesis “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú.”.

Zona de Separación del Metano

Figura 3: Esquema de la Proceso de la Zona de Separación del Metano. Adaptado de “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú”, por Gianina Ibarra, 2010

Separador 1 Es un separador vertical bifásico, donde la separación se produce producto de la fuerza gravedad. En esta configuración el flujo de entrada es gas natural, en la parte superior se obtiene los componentes ligeros (metano, con trazas de etano, CO2, etc.) y por el fondo los componentes pesados (propano, butano, pentano y más pesados). (Vásquez, 2010)

VARIABLE

VALOR



Temperatura entrada del gas natural



Presión



Flujo molar de entrada del gas natura

2,988kgmol/hr



Porcentaje de recuperación de líquido

50%

15.00 ºC 4,000 kPa

Intercambiador de calor El intercambiador de calor de tubo y coraza cede calor por medio del efluente gaseoso proveniente del separador 1 que pasa a través de los elementos tubulares, transfiriendo calor al fluido frío “gas metano”.

VARIABLE

VALOR



TA1: Temperatura de entrada del fluido caliente (ºC)

15.00ºC



tA1: Temperatura de entrada del fluido frio (ºC)

-59.44ºC



TA2: Temperatura de salida del fluido caliente (ºC)

-92.64ºC



tA2: Temperatura de salida del fluido frio (ºC)

13.82ºC



Delta de presión

68.95 kPa

Calentador En el calentador se eleva la temperatura del gas metano frío, proveniente del intercambiador de calor, a fin de obtener las condiciones de temperatura requeridas para el proceso de gas síntesis

VARIABLE

VALOR

tA1: temperatura de entrada del fluido frio (ºC)

13.82ºC

tA2: temperatura de salida del fluido frio (ºC)

250.0ºC

Gas de Síntesis

Figura 4: Esquema del proceso de obtención del gas de sintesis. Adaptado de “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú”, por Gianina Ibarra, 2010

Separador En el separador TEE-100, el gas metano proveniente del calentador E-100, es dividió en dos corrientes: un 40% (GN_Proceso de Reformado con Vapor) es enviado para obtener en una primera fase gas de síntesis y el otro 60% (GN_Proceso de Reformado Autotérmico), ambas corrientes se juntan en el mezclador. (Vásquez, 2010)

VARIABLE

VALOR



Temperatura de la alimentación “gas metano”

250ºC



Presión de alimentación

2,431kPa



Flujo molar de alimentación

1,960 kgmol/h

Proceso de Reformado de Vapor:

Figura 5: Esquema del proceso de reformado de vapor. Adaptado de “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú”, por Gianina Ibarra, 2010

Calentador (E-100) VARIABLE

VALOR

tA1: temperatura de entrada del vapor de agua (ºC)

251.3ºC

tA2: temperatura de salida del vapor de agua (ºC)

600.0ºC

Proceso de Reformado Autotérmico:

Figura 6: Esquema del proceso de reformado autotérmico. Adaptado de “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú”, por Gianina Ibarra, 2010

Mixer En el mixer se combina las siguientes corrientes: gas metano (Proceso de Reformado Autotérmico) proveniente del separador, corrientes de oxígeno y vapor de agua añadidos al proceso. 

Temperatura del producto = 178.8 ºC



Presión del producto = 2,431 kPa



Flujo molar del producto = 6,876kgmol/h

Rector de Conversión El vapor que se produce en el MIX junto con el oxígeno se añade al reactor de conversión, aquí el metano reacciona con el oxígeno, produciendo monóxido de carbono e hidrogeno.

Enfriador (E-101) El enfriador, es un intercambiador de calor en el cual el gas de síntesis proveniente del cuarto reactor es enfriado, a fin de obtener las condiciones requeridas para la síntesis de metanol.

Síntesis del Metanol

Figura 7: Esquema del proceso de síntesis del metanol. Adaptado de “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú”, por Gianina Ibarra, 2010

Expansor (k105) En el expansor se disminuye la presión del vapor producido en el reactor, a fin de conseguir una separación del metanol y condensarlo para ser enviado al destilador flash. VARIABLE    

Presión de entrada en el expansor Presión de salida en el expansor Flujo molar Delta temperatura

VALOR 6,000kPa 4,900kPa 9,024 kgmol/h -18.72°C

Enfriador El enfriador, es un intercambiador de calor en el cual enfría la corriente proveniente del expansor K-105, a fin de obtener las condiciones de requeridas para la obtención de metanol. VARIABLE

VALOR



tA1: temperatura de entrada de fluido caliente

231.3ºC



tA2: temperatura de salida del fluido caliente

15.0ºC

Destilación Flash 1 (Separador V104) Consiste en una primera operación de separación por gravedad mediante la recuperación de los líquidos obtenidos en el expansor k105. VARIABLE 

Temperatura entrada del gas natural



Presión



Flujo molar de la carga de alimentación



Porcentaje de recuperación de líquido

VALOR 15 ºC 4,600 kPa 9,024 kgmol/hr 50%

Bomba En la bomba se levanta la presión del fluido líquido proveniente de la separación a fin de obtener la presión requerida en la columna de destilación. La corriente de salida es llamada “a columm”.  

Presión de Entrada = 220 kPa



Presión de Salida = 250 kPa

Columnas de Destilación Para el proceso de destilación de metanol se utilizó en la simulación de HYSYS dos columnas de destilación por platos (bandejas) en serie, donde se separa el metanol por el tope y agua por el fondo.

Bibliografía Christian, U. O. (2018). PROYECTO DE PREFACTIBILIDINSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR DEL GAS NATURAL. Lambayeque. Vásquez, G. M. (2010). Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú. Lima.