Metanol Tecnologia Haldor Topsøe.docx

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE FACULTAD DE TECNOLOGIA INGENIERIA EN PETROLEO, GAS Y ENERGIAS CAMPUS TIQUIPAYA

INDUSTRIALIZACION DEL GAS NATURAL

OBTENCIÓN DE METANOL TECNOLOGIA HALDO TOPSOE

Grupo “A” Estudiantes: Flores Cossio Cristian Miranda Ayma Jonas Moya Urey Karina Oporto Flores Josue Docente: Ing. Rioja Gastón Gestión I – 2019

INTRODUCCION:

En un principio, el metanol se obtenía a través de procesos de destilación destructiva de la madera, concretamente de las astillas de ésta. Debido al origen inicial de dicha materia prima, se le dio el nombre de alcohol de la madera. En la actualidad todo el metanol que se produce a nivel mundial, se produce a través de un proceso de tipo catalítico, partiendo del monóxido de carbono y del hidrógeno. Dicha reacción química utiliza temperaturas y presiones altas, y se suelen necesitar reactores a nivel industrial bastante grandes y complejos El compuesto

químico metanol,

también

conocido

como alcohol

de

madera o alcohol metílico (o raramente alcohol de quemar), es el alcohol más sencillo. A temperatura ambiente se presenta como un líquido ligero (de baja densidad),incoloro, inflamable y tóxico que

se

emplea

como anticongelante

disolvente y combustible.Su fórmula química es CH3OH (CH4O). El metanol, como todo alcohol, tiene varios usos. Es un disolvente industrial y se emplea como materia prima en la fabricación de formaldehído. El metanol también se emplea como anticongelante en vehículos, combustible de estufetas de acampada, solvente de tintas, tintes, resinas, adhesivos, biocombustibles y aspartame. El metanol puede ser también añadido al etanol para hacer que este no sea apto para el consumo humano (el metanol es altamente tóxico) y para vehículos de modelismo con motores de combustión interna. En concentraciones elevadas (o menores en comparación con el alcohol etílico) el metanol puede causar dolor de cabeza, mareo, náuseas, vómitos y muerte (la ingestión de una dosis entre 20 ml a 150 ml es mortal). La exposición aguda puede causar ceguera o pérdida de la visión, ya que puede dañar seriamente el nervio óptico (neuropatía óptica). Una exposición crónica puede ser causa de daños al hígado o de cirrosis.

2. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA

¿Sera factible la implementación de una planta de metanol mediante la tecnología Haldor Topsoe en BOLIVIA?

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la factibilidad de la implementación de una planta de obtención de metanol mediante la tecnología Haldor Topsøe 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS   

Describir el proceso de obtención de metanol según la tecnología Haldor Topsøe Generar valor agregado a los hidrocarburos, en este caso al Gas Natural . Identificar una posible ubicación para la planta

4. JUSTIFICACIÓN

4.1. Justificación social

Los proyectos como la implantación de una planta de obtención de Metanol a partir de gas natural son fuentes de generación de empleo para muchos rubros, el cual abre campos de trabajo para muchos profesionales tanto fines o no afines al rubro, y también contribuyente al desarrollo nacional el cual se va creando al ser un país en proceso de desarrollo. 4.2. Justificación económica

La implementación de una planta de obtención de metanol beneficiara en la etapa de la industrialización de gas natural dentro de Bolivia y generara mayor ingreso económico dentro del país, en la cual se dará mayor valor agregado al producto de la generación de metanol partiendo como materia prima el Gas Natural que Bolivia tiene dentro su territorio nacional.

4.3. Justificación técnica

Durante la última década se podría mencionar que Bolivia a estado vendiendo como materia prima Gas Natural a los países vecinos, tanto este para abastecer sus mercados nacionales y cubrir demandas por sus habitantes como usos domésticos, Países como Brasil, Argentina, quienes actualmente compran gas natural con contratos establecidos por la cantidad de energía BTU (British thermal unit), Estos países ya le dan un uso más industrial como la fabricación de materias petroquímicas los cuales tienen un valor mucho más elevado para el uso como materia prima en muchas áreas de producción en masa para el uso Tecnológico, ambiental, farmacéutico.

4.4. Justificación ambiental

Dentro del marco medio ambiental se puede mencionar que el metanol es menos contaminante que el gas natural ya que este llegaría a ser un candidato idóneo para el mercado automovilístico ya que elevaría el octanaje de las gasolinas y asi reducir el impacto por los gases de efecto invernadero. El metanol es un compuesto orgánico perteneciente a la familia de los alcoholes. El metanol se puede encontrar en el denominado alcohol de quemar, conmpuesto por los alcoholes metílico y etílico. También puede hallarse en solventes en barnices, tinturas de zapato, limpiavidrios, líquidos anticongelantes, solventes para lacas etc. Además, los combustibles sólidos envasados también contienen metanol. Es un líquido incoloro, transparente, volátil, con aroma y sabor semejantes a los del etanol. Es bastante inflamable y al igual que el alcohol etílico posee propiedades desinfectantes y antisépticas. Usos:       

Síntesis química. Solvente Industrial. Deshumidificante. Anticongelante. Industria del plástico. Pinturas. Curtido de pieles.

En un principio, el metanol se obtenía a través de procesos de destilación destructiva de la madera, concretamente de las astillas de ésta. Debido al origen inicial de dicha materia prima, se le dio el nombre de alcohol de la madera. En la actualidad todo el metanol que se produce a nivel mundial, se produce a través de un proceso de tipo catalítico, partiendo del monóxido de carbono y del hidrógeno. Dicha reacción química utiliza temperaturas y presiones altas, y se suelen necesitar reactores a nivel industrial bastante grandes y complejos. 5. TECNOLOGIA HALDOR TOPSOE

Haldor Topsoe es una empresa de catálisis danesa fundada en 1940 por el Dr. Haldor Topsoe. Se especializa en la producción de catalizadores heterogéneos y en el diseño de plantas de proceso basadas en procesos catalíticos. Los catalizadores y tecnologías de Haldor Topsøe se utilizan para:   

Limpiar el aceite y garantizar combustibles más amigables con el medio ambiente. Limpieza de gases de combustión de la industria. Convertir materias primas de hidrocarburos como el gas natural y el GLP en amoníaco , hidrógeno y metanol.

5.1 DESCRIPCION DEL PROCESO: Su aplicación se basa en producir metanol a partir de reservas de alimentación de gas natural o asociado usando un reformado en dos etapas seguido de síntesis a baja presión. Esta tecnología es muy adecuada para plantas de escala mundial. La tecnología convencional de Topsøe para producir gas de síntesis en plantas de metanol implica el concepto denominado "reformado de dos pasos. El diseño del proceso incluye el prereformado adiabático, el reformado tubular y el reformado secundario soplado con oxígeno. El oxígeno actúa como fuente de combustión interna

Esta es la tecnología de metanol más utilizada en la actualidad. El rango de capacidad óptimo es de 1000 MTPD hasta 5500 MTPD.

PURIFICACIÓN:

Es el proceso que se utiliza para expulsar impurezas como el azufre (desulfuracion), de manera efectiva de la alimentación.

REFORMADO: 

Pre-reformado:

Donde se genera el vapor de proceso. Todo el condensado del proceso se reutiliza en el saturador, lo que resulta en un menor requerimiento de agua. La mezcla de gas natural y vapor se precalienta y se envía al reformador primario.



Reformador primario

El gas de reformador reaccionar secundario de síntesis metanol. 

proceso de la primera etapa, o primario tubular, se hace con oxígeno en el reformador para producir una mezcla de gas que es ideal para la síntesis de

Reformador secundario:

El reformador secundario es mucho más compacto que el reformador primario. En el reformador secundario, la combustión del hidrocarburo de gas de proceso en oxígeno provoca un aumento de temperatura que proporciona calor para la reacción de reformado. Las condiciones de operación son severas, lo cual plantea altas exigencias a los componentes individuales del reformador secundario. Estas incluyen: -

Quemador robusto y de larga duración. Revestimiento refractario estable para recipientes a presión. Baldosas de alta resistencia. Cámara de combustión de diseño óptimo. Catalizador de alto rendimiento y robusto.

SÍNTESIS DEL METANOL: El hidrógeno y los óxidos de carbono en syngas reaccionan a través de las siguientes reacciones de equilibrio para producir metanol:

CO + 2H2

CO2 + 3H2

=

=

CH3 OH

CH3 OH + H2 O

+91

KJ mol

+41

KJ mol

La reacción al metanol es fuertemente exotérmica, teniendo una relación de H2/CO aproximadamente 3. En la sección de síntesis de metanol, el gas de síntesis se convierte en metanol crudo que contiene pequeñas cantidades de agua y derivados DESTILACIÓN:

Esta etapa es de enriquecimiento por la cual el metanol es tratado en una columna de destilación, haciendo uso de una dos o tres columnas de destilación, obteniendo un metanol que alcanza una pureza del 99%. Reactores: El reactor es un reactor tubular vertical, que operan con una temperatura 150-310 ° C, preferiblemente 190-280 ° C y / o a una presión de 50-150 kg / cm2 g, preferiblemente 70-90 kg / cm2 sol, donde El catalizador está contenido dentro de los tubos (típicamente de 2000 a 4000 tubos, de 7 m de largo) y en el exterior de los tubos; Se utiliza agua hirviendo para eliminar el calor de la reacción exotérmica que tiene lugar dentro de los tubos.

El catalizador en los tubos se carga tubo por tubo a través de la parte superior del reactor. El fondo del reactor está lleno de bolas de cerámica que actúan como soporte para el catalizador dentro de los tubos. Catalizadores:

MG-921 Catalizador protector de metanol MG-921 es un catalizador protector utilizado para proteger el catalizador de síntesis de metanol de venenos como el hierro, el azufre y el cloro. MG-921 es la segunda generación de Topsoe de catalizador de protección de metanol probada en numerosas instalaciones en todo el mundo. Al igual que su predecesor, MG-901, el catalizador de protección MG-921 se puede usar independientemente de si la planta de metanol está diseñada por Topsoe u otro proveedor de tecnología. MK-121 Catalizador de síntesis de metanol El catalizador de síntesis de metanol MK-121 se ha desarrollado para satisfacer los requisitos de los productores de metanol en un mercado cada vez más competitivo. Basado en una dispersión de cobre optimizada, MK-121 asegura una alta conservación de la alta actividad inicial del catalizador, así como una estabilidad mejorada. Aplicaciones El MK-121 ofrece una alta flexibilidad en la operación, lo que permite su uso en una amplia gama de gases de alimentación, incluidos los gases de:  

Gasificación de carbón Reformado de gas natural o gas de horno de coque.

MK-151 + FENCE ™

Catalizador de síntesis de metanol En el negocio del metanol, un factor de flujo alto, así como el carbono y la eficiencia energética, son fundamentales para la rentabilidad de la planta. Nuestro catalizador de síntesis de metanol MK-151 + FENCE ™ ofrece un rendimiento y una estabilidad documentados líderes en la industria, lo que se traduce en ganancias de producción durante la vida útil del catalizador que le permitirán superar en gran medida su objetivo inicial. - Alta y estable tasa de producción. - Baja y estable caída de presión. - La tecnología FENCE ™ evita la sinterización del cobre. La tecnologia haldor topsoe tiene otros procesos en el area de metanol One Step Metanol utiliza reformado de vapor tubular como generador de gas de síntesis. El rango de capacidad óptimo es de 500 a 2500 MTPD. Esto se puede extender a 3000 MTPD si aproximada 25% de la alimentación de hidrocarburo es CO 2 . El metanol de dos pasos es la tecnología de metanol más utilizada en la actualidad. Utiliza una combinación de reformado de vapor tubular y reformado de oxígeno como generador de gas de síntesis para producir un gas de síntesis de metanol estequiométrico. La avanzada tecnología de reformado tubular Haldor Topsoe proporciona el CAPEX y OPEX más bajos para soluciones de dos pasos en el mercado. El rango de capacidad óptimo es de 1000 MTPD hasta 5500 MTPD. SynCOR Methanol ™ es la tecnología de metanol más rentable disponible. La capacidad óptima del tren único es de 500 MTPD hasta 10.000 MTPD. El generador de gas de síntesis SynCOR ™ altamente eficiente y totalmente automatizado basado en el reformado de oxígeno a un carbón de bajo vapor único es el núcleo del proceso. Junto con la síntesis de metanol más eficiente, SynCOR Methanol ™ proporciona el CAPEX y el OPEX más bajos, la alta disponibilidad y el menor impacto ambiental en un rango de capacidad desde la escala baja hasta la capacidad de un solo tren a gran escala. Metanol a pequeña escala El metanol a pequeña escala para capacidades en el rango de 100 MTPD a 1000 MTPD aprovecha los conocimientos obtenidos de la producción a gran escala en combinación con soluciones específicas a pequeña escala. Una adición reciente a la cartera de metanol a pequeña escala de Topsoe, es un concepto completamente modularizado llamado MeOH-To-Go ™, que se ha desarrollado junto con un socio (Modular Plant Solutions). Básicamente es metanol de un solo paso, donde el reformador tubular se reemplaza por el reformador de convección Haldor Topsoe

Aplicación: Para producir metanol a partir de las reservas de gas natural o asociado utilizando un reformado de dos pasos seguido de síntesis a baja presión. Esta tecnología es adecuada para plantas a escala mundial. Topsøe también ofrece tecnología para instalaciones de metanol más pequeñas y muy grandes de hasta 10,000 tpd, y tecnología para modificar la capacidad de amoníaco en la producción de metanol. 1. se desulfura 2. se envía a un saturador donde se genera el vapor de proceso. Todo el condensado del proceso se reutiliza en el saturador, lo que resulta en un menor requerimiento de agua. 3. La mezcla de gas natural y vapor se precalienta y se envía al reformador primario. 4. El gas de salida del reformador primario va directamente a un reformador secundario con soplado de oxígeno. La cantidad de oxígeno y el equilibrio entre el reformador primario y secundario se ajustan de manera que se obtenga un gas de síntesis casi estequiométrico con un bajo contenido inerte. El reformador primario es relativamente pequeño y la sección de reconstrucción opera a unos 35 kg / cm2g.

5. El contenido de calor del gas de combustión precalienta la alimentación del reformador. 6. Del mismo modo, el contenido de calor del gas de proceso se utiliza para producir vapor de alta presión sobrecalentado, precalentamiento del agua de alimentación de la caldera, condensado del proceso de precalentamiento que va al saturador y recalentamiento en la sección de destilación. 7. Después del enfriamiento final por aire o agua de enfriamiento, el gas de síntesis se comprime en un compresor de una etapa. 8. se envía al circuito de síntesis, compuesto por tres reactores adiabáticos con intercambiadores de calor entre los reactores. El calor de reacción del circuito se utiliza para calentar el agua del saturador. El vapor proporciona calor adicional para el sistema saturador. 9. El efluente del último reactor se enfría precalentando la alimentación al primer reactor, mediante enfriamiento por aire o agua. El metanol crudo se separa y se envía directamente a la destilación (6), con un diseño de tres columnas muy eficiente. El gas de reciclaje se envía al compresor del recirculador (9) después de una pequeña purga para eliminar la acumulación de compuestos inertes. Topsoe suministra una gama completa de catalizadores que pueden usarse en La planta de metanol. El consumo total de energía para este esquema de proceso es de aproximadamente 7.0 Gcal / tonelada, incluida la energía para la producción de oxígeno. Plantas comerciales: la planta a gran escala más reciente es una instalación de 5,000 tpd en Arabia Saudita. Esta planta se puso en marcha en 2008.

¿POR QUÉ REALIZAR UN REFORMADO DE DOS ETAPAS? •

El reformado de dos pasos reduce el consumo específico de oxígeno en aproximadamente un 25%.

•

Además, la temperatura de entrada al reformador secundario es mayor y esto ahorra el oxígeno para calentar el gas de alimentación.

•

Sin embargo, la cantidad específica necesaria transferida deberá ser para el precalentamiento de la alimentación incluyendo el calor para la reacción de conversión de metano endotérmico en el reformador primario ya que este es casi tres veces mayor en el caso de reformado de dos pasos.

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El reformado de dos pasos tiene una mayor caída de presión. Por lo tanto, el gas de síntesis entra en el compresor de gas a una presión inferior.

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También es ligeramente más alta la conversión de metano, en el caso de dos etapas aumenta el flujo de gas al compresor.

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La eficiencia de carbono es superior para el esquema de reformado de dos etapas.

COMPARACION DE LA TECNOLOGIA HALDOR TOPSOE CON LAS OTRAS TECNOLOGIAS

La relación H2/CO a menudo es favorable. Se requieren procesos con temperaturas más bajas que POX (Oxidación Parcial). El contenido de CH4 en el gas de síntesis puede ser fijado ajustando la temperatura de salida del reformador El consumo total de energía para este esquema de proceso es de aproximadamente 7,1 metanol Gcal / ton. El consumo total de energía para la producción de metanol de calidad de combustible es de aproximadamente 6,8 metanol Gcal / ton. Economía: A las plantas a gran escala, la inversión total, incluyendo una planta de oxígeno, es aproximadamente 10% inferior a la de una planta convencional a base de vapor tubular reforma.

ANÁLISIS DE MERCADO

La China es el productor más grande del mundo con casi un tercio de la demanda total, siendo esta de aproximadamente 40 millones de toneladas por año. Tiene cerca de 200 plantas productoras de metanol, casi 80% carbón como materia prima, el resto coque y gas natural. La China importa cerca de 2 millones de toneladas métricas anuales de metanol. Los productores de metanol en China tienen altos costos de producción $ exceden el precio histórico promedio por utilizar carbón como materia prima. Del 2011 al 2020 tiene planeado la construcción de 12 plantas adicionales con una capacidad total de 28.8 millones de toneladas métricas anuales (623.7 miles de barriles diarios). Con lo anterior van a cumplir su objetivo de disminuir la importación de petróleo y el consumo de la gasolina en un 20%, así como la disminución de la contaminación ambiental. El resto de la oferta actual de metanol está concentrada en grandes complejos químicos ubicados usualmente en países con reservas de gas natural. Por estudios recientes se puede determinar que Bolivia tiene 10,7 TCF de reservas probadas de gas, 12,5 TCF de reservas probadas y probables, y 14,7 TCF más las reservas posibles. Con estas reservas podríamos convertirnos en productores de Formaldehido ya que, el formaldehido representa cerca de 40% de la demanda mundial. LOCALIZACIÓN La planta se ubicará en cercanías del campo Río Grande debido a su elevada producción de GN para la producción del metanol.

CONCLUSIONES •

Como podemos ver el metanol es un producto de alta demanda y potencial, la capacidad de las plantas de metanol dependerá de la capacidad de materia prima que tenemos, la cantidad de energía que gastaremos y también a los mercados que quisiéramos apuntar.

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Una vez realizado la industrialización del gas, podemos utilizar el metanol como materia prima para la producción de: ácido acético, cloruro de metileno, aditivos como el MTBE y/o Formaldehido, y así mismo no será necesario vender a otros países nuestro gas, aprovechando así su.

•

Finalmente, aumentar los ingresos va muy de la mano con el punto anterior pues debido a que aumenta el costo del producto final y este se va directo a la economía del país ayudando y colaborando en la estabilidad económica.