72097928 Cap 3 Metanol Plasticos

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    19-Jan-2016

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<ul><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 53 - </p><p> CAPTULO 3 </p><p>PROCESOS PETROQUMICOS PARA TRANSFORMAR METANO A </p><p>METANOL Y PLSTICOS </p><p>3.1 Obtencin de Metanol a partir del Metano </p><p>El metanol, tambin llamado alcohol metlico, alcohol de madera, carbinol </p><p>y alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes. Su frmula qumica es </p><p>CH3OH </p><p>La estructura qumica del metanol es muy similar a la del agua, con la </p><p>diferencia de que el ngulo del enlace C-O-H en el metanol (108.9) es un poco </p><p>mayor que en el agua (104.5), porque el grupo metilo es mucho mayor que un </p><p>tomo de hidrgeno. </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 54 - </p><p> Metanol </p><p> Agua </p><p>En condiciones normales es un lquido incoloro, de escasa viscosidad y de </p><p>olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayora de los solventes </p><p>orgnicos, muy txico e inflamable. El olor es detectable a partir de los 2 ppm. </p><p>Es considerado como un producto petroqumico bsico, a partir del cual se </p><p>obtienen varios productos secundarios. </p><p>Las propiedades fsicas ms relevantes del metanol, en condiciones </p><p>normales de presin y temperatura, se listan en la siguiente tabla: </p><p>Peso Molecular 32 g/mol </p><p>Densidad 0.79 kg/l </p><p>Punto de fusin -97 C </p><p>Punto de ebullicin 65 C </p><p>De los puntos de ebullicin y de fusin se deduce que el metanol es un </p><p>lquido voltil a temperatura y presin atmosfricas. Esto es destacable ya que </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 55 - </p><p>tiene un peso molecular similar al del etano (30 g/mol), y ste es un gas en </p><p>condiciones normales. </p><p>La causa de la diferencia entre los puntos de ebullicin entre los alcoholes y </p><p>los hidrocarburos de similares pesos moleculares es que las molculas de los </p><p>primeros se atraen entre s con mayor fuerza. En el caso del metanol estas fuerzas </p><p>son de puente de hidrgeno, por lo tanto esta diferencia es ms remarcada. </p><p>El metanol y el agua tienen propiedades semejantes debido a que ambos </p><p>tienen grupos hidroxilo que pueden formar puente de hidrgeno. El metanol forma </p><p>puente de hidrgeno con el agua y por lo tanto es miscible (soluble en todas las </p><p>proporciones) en este solvente. Igualmente el metanol es muy buen solvente de </p><p>sustancias polares, pudindose disolver sustancias inicas como el cloruro de </p><p>sodio en cantidades apreciables. </p><p>De igual manera que el protn del hidroxilo del agua, el protn del </p><p>hidroxilo del metanol es dbilmente cido. Se puede afirmar que la acidez del </p><p>metanol es equivalente a la del agua. Una reaccin caracterstica del alcohol </p><p>metlico es la formacin de metxido de sodio cuando se lo combina con este. </p><p>El metanol es considerado como un producto o material inflamable de </p><p>primera categora; ya que puede emitir vapores que mezclados en proporciones </p><p>adecuadas con el aire, originan mezclas combustibles. El metanol es un </p><p>combustible con un gran poder calorfico, que arde con llama incolora o </p><p>transparente y cuyo punto de inflamacin es de 12,2 C. </p><p>Durante mucho tiempo fue usado como combustible de autos de carrera. </p><p>Al ser considerado como inflamable de primera categora, las condiciones </p><p>de almacenamiento y transporte debern ser extremas. Est prohibido el transporte </p><p>de alcohol metlico sin contar con los recipientes especialmente diseados para </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 56 - </p><p>ello. La cantidad mxima de almacenamiento de metanol en el lugar de trabajo es </p><p>de 200 litros. </p><p>Las reas donde se produce manipulacin y almacenamiento de metanol </p><p>debern estar correctamente ventiladas para evitar la acumulacin de vapores. </p><p>Adems los pisos sern impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de </p><p>escurrimiento. Si la iluminacin es artificial deber ser antiexplosiva, </p><p>prefirindose la iluminacin natural. As mismo, los materiales que componen las </p><p>estanteras y artefactos similares debern ser antichispa. Las distancias entre el </p><p>almacn y la va pblica ser de tres metros para 1000 litros de metanol, </p><p>aumentando un metro por cada 1000 litros ms de metanol. La distancia entre dos </p><p>almacenes similares deber ser el doble de la anterior. </p><p>Para finalizar con las propiedades y caractersticas podemos decir que el </p><p>metanol es un compuesto orgnico muy importante ya que el grupo hidroxilo se </p><p>convierte con facilidad en cualquier otro grupo funcional. As el metanol se oxida </p><p>para obtener formaldehdo (formol) y cido frmico; mientras que por su </p><p>reduccin obtenemos metano. Igualmente importantes son las reacciones de ter y </p><p>esterificacin. </p><p>Combustible del futuro.- </p><p>Hoy en da crece la tendencia a utilizar alcoholes mezclados con gasolina </p><p>como combustibles alternativos y por eso es conveniente conocer las ventajas y las </p><p>desventajas, tanto ecolgicas como econmicas, de lo que posiblemente sea un </p><p>importante energtico del futuro para los automviles. </p><p>Ventajas novedosas: Algunas ventajas del etanol y el metanol como </p><p>combustibles para auto son: </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 57 - </p><p> Se puede producir a partir del gas Se pueden producir a partir de fuentes y residuos renovables como </p><p>pasto, bagazo de caa de azcar, hojarasca, etc. </p><p> Generan menor contaminacin ambiental. Para que el parque vehicular utilice este combustible slo se </p><p>necesita cambiar las partes plsticas del circuito de combustible. </p><p>Usos.- </p><p> Hoy en da crece la tendencia a utilizar alcoholes mezclados con gasolina como combustibles alternativos </p><p> Disolvente industrial y materia prima para la fabricacin del formol. </p><p> Anticongelante, disolvente de resinas, adhesivos y tintes. </p><p> Txico al ingerirlo u olerlo. </p><p> Aplica en la fabricacin de medicinas. </p><p> Se utiliza en la fabricacin de cido actico y otros compuestos qumicos. </p><p> Es un disolvente que se emplea en la fabricacin de plsticos, pintura, barnices. </p><p>Obtencin del gas de sntesis: </p><p> El gas de sntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas fuentes: </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 58 - </p><p>- Gas Natural </p><p>- Hidrocarburos Lquidos </p><p>- Carbn </p><p>TABLA 3.2 Principales tecnologas comerciales para la obtencin del Syngas </p><p>Tecnologa Ventajas Desventajas Tamao Mdulos </p><p>(m3 por hora)</p><p>H2 / CO </p><p>Condiciones Operacin </p><p>Reformado de Vapor (SMR) (Apanel, 2005) </p><p>No requiere planta </p><p>de separacin de oxgeno. Tecnologa </p><p>madura y muy usada para </p><p>obtencin de hidrgeno. </p><p>Limitacin en tamao. Trenesde 1.590 m3 porda de consumo</p><p>de agua. Reaccin </p><p>endotrmica. </p><p>1.000 - 900.000 </p><p>2,9 - 5 T = 1.144 K P = 2 Mpa </p><p>Reformado Compacto </p><p>(CR) (Freide et. Al., </p><p>2003) </p><p>No requiere planta </p><p>de oxgeno. De menor peso que el SMR. Catalizador </p><p>de Ni para aumentar </p><p>la eficiencia. Costo </p><p>ms bajo de todos. </p><p>No se ha aplicado a escala </p><p>comercial. Solo existen </p><p>estudios de factibilidad </p><p>1.000 - 100.000 </p><p>2,5 - 4 T = 1.116 K P = 2 Mpa </p><p>Oxidacin Parcial (Pox) </p><p>(Apanel, 2005) </p><p>Excelente relacin H2/CO. </p><p>Tecnologa madura. </p><p>Libera gran cantidad de </p><p>energa. </p><p>Planta de separacin </p><p>de aire de gran tamao. Costos elevados a gran </p><p>escala. Bajos costos del </p><p>gas para su </p><p>aplicacin. </p><p>7.000 - 100.000 </p><p>2 T = 1.477 - 1,727 K </p><p>P = 2,7 - 6,9 Mpa </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 59 - </p><p>Oxidacin Parcial </p><p>Cataltica (COPOx) (Culligan, </p><p>2005) </p><p>Menor dimensionamiento </p><p>de reactores en comparacin con el POx. Menor </p><p>cantidad de oxgeno que el </p><p>POx. </p><p>No se ha aplicado a escala </p><p>comercial, estudios de factibilidad. </p><p>Costo muy alto. </p><p>7.000 - 100.000 </p><p>2 T = 1.255 K P = 2 Mpa </p><p>Reformado autotrmico </p><p>(ATR) (Holmes, </p><p>2003) </p><p>Requiere menor cantidad de </p><p>oxgeno que el POx. </p><p>Trenes de gran </p><p>capacidad. El ms utilizado a escala comercial. </p><p>Reactores ms grandes si se usa</p><p>aire directamente. </p><p>10.000 - 1.000.000 </p><p>2 - 2,5 T = 1.227 - 1,310 K </p><p>P = 2,7 - 3,4 Mpa </p><p>Fuente: Elaboracin propia. </p><p>Mtodos de obtencin de Syngas Gas de Sntesis </p><p>Mtodo uno: </p><p>Obtencin del gas de sntesis a partir de la combustin parcial en presencia </p><p>de vapor de agua. </p><p>Gas Natural + Vapor de Agua -----CO + CO2 + H2 </p><p> Mtodo dos: </p><p>A partir de la combustin parcial de mezclas de hidrocarburos </p><p>lquidos o carbn, en presencia de agua. </p><p>Mezcla de Hidroc. Lquid + Agua ---CO + CO2 + H2 </p><p>Carbn + Agua ---- CO + CO2 + H2 </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 60 - </p><p>Esta reaccin emplea altas temperaturas y presiones, y necesita </p><p>reactores industriales grandes y complicados. </p><p>CO + CO2 + H2 ---&gt;CH3OH </p><p>La reaccin se produce a una temperatura de 300-400 C y a una </p><p>presin de 200-300 atm. Los catalizadores usados son ZnO o Cr2O3. </p><p>Obtencin del metanol a partir del gas de sntesis </p><p>Esta reaccin emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores </p><p>industriales grandes y complicados. </p><p>CO + CO2 + H2 --------- CH3OH </p><p>La reaccin se produce a una temperatura de 300-400 C y a una presin de </p><p>200-300 atm. Los catalizadores usados son ZnO o Cr2O3. </p><p>Compaas especializadas: </p><p> Lurgi Corp. </p><p> Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI). </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 61 - </p><p>FIGURA 3.1Planta de Metanol </p><p> Las cuatro etapas de la produccin en el proceso GTL.- </p><p>1. Purificacin de la alimentacin, gas natural (desulfuracin) y vapor de agua </p><p>(eliminacin de impurezas). </p><p>2. Proceso de reformado durante el cual se producen las reacciones de </p><p>transformacin, indicadas a continuacin: </p><p>CH4 + H2O ------- CO + 3H2 CO + H2O ------- CO2 + H2 </p><p>3. Sntesis del metanol: Tras eliminar el exceso de calor generado en la reaccin </p><p>anterior, el gas obtenido es comprimido e introducido en un reactor de sntesis </p><p>donde tiene lugar su transformacin en metanol (68% de riqueza). Las reacciones </p><p>que tiene lugar son: </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 62 - </p><p>CO + 2H2 ------- CH3OH </p><p>CO + H2O ------- CO2 + H2 </p><p>CO2 + 3H2 ------- CH3OH + H2O </p><p>4. Purificacin del metanol: Esta etapa es de enriquecimiento por la cual el </p><p>metanol es tratado en una columna de destilacin hasta obtener una pureza </p><p>del 99%. </p><p>Proceso Lurgi </p><p>Se denomina proceso de baja presin para obtener metanol a partir de </p><p>hidrocarburos gaseosos, lquidos o carbn. </p><p>El proceso consta de tres etapas bien diferenciadas. </p><p>Reforming </p><p>Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en funcin del </p><p>tipo de alimentacin. </p><p>En el caso de que la alimentacin sea de gas natural, este se desulfuriza </p><p>antes de alimentar el reactor. Aproximadamente la mitad de la alimentacin entra </p><p>al primer reactor, el cual est alimentado con vapor de agua a media presin. </p><p> Dentro del reactor se produce la oxidacin parcial del gas natural. De esta </p><p>manera se obtiene H2, CO, CO2 y un 20% de CH4 residual. </p><p>Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 </p><p>Esta reaccin se produce a 780 C y a 40 atm. </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 63 - </p><p>El gas de sntesis ms el metano residual que sale del primer reactor se </p><p>mezcla con la otra mitad de la alimentacin (previamente desulfurizada). Esta </p><p>mezcla de gases entra en el segundo reactor, el cual est alimentado por O2. </p><p>Este se proviene de una planta de obtencin de oxgeno a partir de aire. </p><p>CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2 </p><p>Esta reaccin se produce a 950 C. </p><p>En caso de que la alimentacin sea lquida o carbn, sta es parcialmente </p><p>oxidada por O2 y vapor de agua a 1400-1500 C y 55-60 atm. El gas as formado </p><p>consiste en H2, CO con algunas impurezas formadas por pequeas cantidades de </p><p>CO2, CH4, H2S y carbn libre. </p><p> Esta mezcla pasa luego a otro reactor donde se acondiciona el gas de </p><p>sntesis eliminndose el carbn libre, el H2S y parte del CO2, quedando el gas listo </p><p>para alimentar el reactor de metanol. </p><p>Sntesis </p><p>El gas de sntesis se comprime a 70-100 atm. y se precalienta. Luego </p><p>alimenta al reactor de sntesis de metanol junto con el gas de recirculacin. El </p><p>reactor Lurgi es un reactor tubular, cuyos tubos estn llenos de catalizador y </p><p>enfriados exteriormente por agua en ebullicin. </p><p>La temperatura de reaccin se mantiene as entre 240-270 C. </p><p>CO + H2 CH3OH H &lt; 0 </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez________________________________________________________________________________________________</p><p>________________________________________________________________________ - 64 - </p><p>CO2 + H2 CH3OH H &lt; 0 </p><p>Una buena cantidad de calor de reaccin se transmite al agua en ebullicin </p><p>obtenindose de 1 a 1.4 Kg. de vapor por Kg. de metanol. Adems se protege a los </p><p>catalizadores. </p><p>Destilacin </p><p>El metanol en estado gaseoso que abandona el reactor debe ser purificado. </p><p>Para ello primeramente pasa por un intercambiador de calor que reduce su </p><p>temperatura, condensndose el metanol. </p><p>Este se separa luego por medio de separador, del cual salen gases que se </p><p>condicionan (temperatura y presin adecuadas) y se recirculan. </p><p>El metanol en estado lquido que sale del separador alimenta una columna </p><p>de destilacin alimentada con vapor de agua a baja presin. De la torre de </p><p>destilacin sale el metanol en condiciones normalizadas. </p><p>En la pgina siguiente se puede observar el flow-sheet del proceso Lurgi de </p><p>baja presin para obtener metanol lquido a partir de gas natural. Mientras que en </p><p>la pgina siguiente se podr observar el mismo proceso pero en caso de usar </p><p>alimentacin lquida o carbn. </p></li><li><p>PETROQUMICADELGASNATURALMSc.MarcoAntonioCalleMartnez___________________________________...</p></li></ul>