Metanol Final[1]
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Conocido también como alcohol metílico. Primer miembro de la familia de los alcoholes.
Estado físicoEstado físico
Líquido volátil
Color ligeramente azulado a incoloro
Olor característico
Pto de ebulliciónPto de ebullición 64.7 °C
Pto de inflamaciónPto de inflamación 12 °C (fácilmente inflamable)
Densidad relativaDensidad relativa 0.792
SolubilidadSolubilidadMiscible en agua y en la mayoría de
los disolventes orgánicos (éter y otros alcoholes).
Propiedades Físicas
ToxicidadToxicidad Altamente tóxico y nocivo para el ser humano.
ExplosividadExplosividad
Puede formar mezclas explosivas con el aire.
Límites de explosividad:
6.7-36% en volúmen en el aire
AlmacenamientoAlmacenamiento
Su almacenamiento se da a pruebas de incendios, separado de oxidantes
fuertes y mantener en un lugar fresco.
Propiedades Físicas
Principales Usos del Metanol
METANOLMETANOL
Formaldehido
Dimetil Eter
MTBE
Metilaminas
Ácido Acético
Aditivos para la gasolina
AnticongelanteSolvente
Biocombustibles
Usos médicos
Materia Prima
METANOLMETANOL Aceites
Aceites Vegetales
Cafe
Quita Manchas
Tabaco
Cal
Suciedad
Principales Usos del Metanol
Tinta
A partir de Gas de Síntesis. Altas presiones. (250-350atm) Temperaturas entre 350-400ºC Catalizador compuesto de óxido de
zinc y óxido de cromo.
Producción a Nivel Mundial
La planta de metanol está basada en la tecnología MegaMetanol. Permite una producción de 5,000 ton/día de metanol, comparada con las plantas convencionales que producen entre 2,000-2,800 ton/día.
Primera Planta en funcionamiento.
(Alemania, 1923)
Se encuentra en Trinidad y Tobago. Financiada principalmente por Atlas Methanol Company en consorcio con otras compañías, como Methanex (61%) y BP (36.9%).
Primera planta flotante a escala completa para la producción de metanol
SAUDI INTERNATIONAL PETROCHEMICAL COMPANY
Producción a Nivel Mundial
Ubicada en México
Ubicada en España
Ubicada en Australia
Arabia Saudita
Proceso MGCCapacidad 750 MTMA
Proceso ICI/MGC Capacidad 690 MTMA
METOR METOR
SUPERMETANOLSUPERMETANOL
Plantas en Venezuela.
Complejo Petrolero, Complejo Petrolero, Petroquímico e Industrial Petroquímico e Industrial José Antonio AnzoáteguiJosé Antonio Anzoátegui
SulfuroGas oil o carbón Oxidación Parcial
Destilación
O2
Absorción de H2S
Shift conversion
Absorción de CO2CO2
Aire N2
Síntesis CH3OH
Vapor
DestilaciónVapor
CH3OH
Claus
Cuando el catalizador es sensible al azufre
Proceso de Producción: a partir de la Oxidación Parcial
Destilación del aire
Oxidación parcial de los hidrocarburos con O2
Remoción de H2S y conversión a S
Conversión catalítica de CO con vapor
Remoción de CO2
Síntesis de metanol y destilación de la
corriente
El vapor producido se recircula para la oxidación
parcial y el convertidor.
Cuando el catalizador no es sensible al azufre
Proceso de Producción a partir de la oxidación parcial
Destilación del aire
Oxidación parcial de los hidrocarburos con O2
Conversión catalítica de CO con vapor
Remoción de CO2
Síntesis de metanol y destilación de la
corriente
El vapor producido se recircula para la oxidación
parcial y el convertidor.
CH3OH
Gas oil o carbónOxidación Parcial
Destilación
O2
Shift conversion
Absorción de CO2
Aire N2
Síntesis de CH3OH
Vapor
CO2+H2S
Destilación
Cuando el catalizador es sensible al azufre
Proceso de Producción a partir de la reformación del gas natural con vapor
Gas/Nafta Desulfurización
Reformación del VaporVapor
Síntesis de MetanolVapor
CH3OH
Pretratamiento de Alimentación
Eliminación de compuestos sulfurados
Reformación del Gas
Síntesis de Metanol
Destilación de la corriente
Aspectos Termodinámicos
Aspectos Termodinámicos
Reacciones principales: CO + 2H2 CH3OH
∆H 298ºC = - 90.80 KJ/mol
CO2 + 3H2 CH3OH + H2O
∆H 298ºC = - 49.50 KJ/mol
Presiones
TemperaturasReacciones exotérmicas
Relación H2 / CO
2CO + 4H2 CH3OCH3 + H2O (formación de dimetiléter)
CO + H2 HCHO (formación de formaldehído)
2CO + 4H2 C2H5OH + H2O (formación de alcohol etílico)
2CH3OH + CO CH3COOCH3 + H2O
Aspectos Termodinámicos
Reacciones Involucradas
CO + 3H2 CH4 + H2O (metanación)
CO + H2O CO2 + H2
2CO CO2 + C(S)
Reacciones Laterales
200 300 400
0 25 50
30
10
5
Presión
105 Pa absoluto
% v
ol d
e C
H3O
H f
orm
ado
Temperatura (°F)
Aspectos Termodinámicos
Influencia de la temperatura y presión
La cinética de la reacción es de orden 1 respecto al CH4:
Con la finalidad de alcanzar la conversión simultanea de CO y CO2 a metanol, también puede introducirse el concepto de eficiencia de carbono, definida como sigue:
Aspectos Cinéticos
Influencia de la temperatura y presión sobre la
conversión de carbono.
pseudo-temperatura = temperatura de reacción – cercana al equilibrio
Influencia del tipo de fuente, tratada por reformación de vapor
en la conversión de carbono.
Aspectos Cinéticos
Aspectos Cinéticos
Producción:Favorecida por:
Presión Temperatura
CO/CO2 en el gas de síntesis
En el contenido de hidrogeno de la alimentación reformada
Bajar la temperatura resulta en tasas de reacción más lentas, y consecuentemente en un pobre acercamiento al equilibrio termodinámico. Deben utilizarse catalizadores para vencer estas desventajas.
Mecanismo propuesto por Natta, Pasquon y otros
catalizador
H2
H H
CO
CO
catalizador
CH2O
Adsorción de los reactivos
Reacción
Transporte de reactivos hacia la
superficie del catalizador
catalizador
H H
Adsorción de los reactivos
CH2O
H2
Transporte de reactivos hacia la
superficie del catalizador
catalizador
CH3OH
CH3OH
Reacción
Desorción del producto
Mecanismo de Reacción
Aspectos Cinéticos
Aspectos Cinéticos
Reacción del dióxido de carbono residual con hidrógeno: (1)
Metanación: (2)
Formación de Metiléter: (3)
Las reacciones mas importantes son
Limitadas al reducir el CO2 contenido en el gas de síntesis, y, sobre todo,
al limitar la temperatura de reacción a 400ºC (1) Y (2)
Tipos de catalizadores
Dos principales tipos de catalizadores disponibles industrialmente:
ZINC/CROMOZINC/CROMO Mezcla homogénea de Cr2O3 y ZnO
Fueron reemplazados por catalizadores a base de Cu.Requería operación entre 300 y 400 °C y
presiones absolutas de 30 a 35 x106 Pa.
Implica mayores costos en términos de energía y economía
No son muy sensibles a los venenos tales como H2S, PH3, As, etc
La actividad catalítica depende del método de preparación.
Catalizador de mayor interés es el ZnO activado con Cr2O3.
Presenta mayor actividad cuando contiene entre 25 a 30% de Cr2O3.
Composición comercial
usada: 11% Cr2O3
Catalizadores de Oxido de Zinc
Se dice que el proceso de obtención de metanol a altas y bajas presiones sigue los mismos pasos generales (reformación con vapor, compresión, síntesis de un convertidor catalítico y destilación para purificar), la diferencia entre los procesos va a estar en el paso de síntesis, la cual depende del catalizador utilizado
Catalizadores de Oxido de Cobre
ZINC/COBREZINC/COBRE Se reducen con mayor facilidad a cobre metálico.
Son muy activos a bajas temperaturas (T< 570°F).
Operan entre 240 y 270°C en solo 5 a 10 x106 Pa.
Se desactivan fácilmente por sobrecalentamiento.
Alta sensibilidad al envenenamiento.especialmente sulfuros y compuestos halogenados.
Cr2O3Cr2O3 CuOCuOAlta Presión Baja Presión
Tipos de catalizadores:
Catalizadores Comerciales.
Mezcla promovida ZnO-CrO.
Altamente activo.
Usado en procesos a alta T y P.T = 330 – 400 °C.
P = 3000 – 6000 psi.
Beneficios.
Disponible en Tabletas cilíndricas y en anillos.
SMKR. El volumen del reactor puede ser altamente usado.
CuO / ZnO / Al2O3.
Altamente activo y estable.
Usado en procesos a baja T y PT = 210 – 310 °C
P = 355 – 2150 psi
Beneficios.
Disponible en Tabletas cilíndricas.
Formación mínima de subproductos.MK-101.
Características del Gas de Alimentación.
El CO no se coloca en exceso ya que favorece la reacción de formación de coque que se deposita sobre los catalizadores
Se usa H2 en exceso y se toman medidas para proteger contra la fragilidad por H2.
La relación de H2 y CO de 6/1 produce altas conversiones de equilibrio de CO en la producción de metanol.
Contaminantes: Azufre 0.05-0.1ppm
Proceso de Obtención de Metanol.
OBTENCION DEL METANOLOBTENCION DEL METANOL
Reformación con Vapor Destilación para purificar
Síntesis en convertidor catalíticoCompresión
BAJAS PRESIONESALTAS PRESIONES
Catalizador: Oxido de Zinc y Cromo Catalizador: Tecnología Cobre Activo
Proceso a Alta Presión.
CH4 + H2O CO + 3H2
CH4 + 2H2O CO + 4H2
Temperaturas entre 650-750°F
Se emplea un catalizador de Zn-Cr
Presiones de 4000-5500 psi
Relación de H2/CO en la alimentación de 2.25.
La reformación de vapor del gas natural da una relación entre 3 y 4, por tanto para obtener la relación correcta, debe ser desechado hidrógeno y añadido CO2.
Las velocidades de reacción oscilan entre 15,000 a 30,000 hr-1.
La recuperación de CO2 de la reformación de los gases fluidos aporta un incremento en los
costos de producción.
Cuando se trata de nafta la reformación con vapor da la relación H2/CO necesaria.
La reacción del H2 y el CO que
produce metanol es exotérmica:CO + 2H2
CH3OH -44,000 Btu
SÍNTESIS DE METANOL PURIFICACIÓN DE METANOL
DME518ºF4750psia
93%H2SO4
6%KMnO4
25% NaOH
H2O
Agua de Proceso
Mezcla de Alcoholes
Reactor de Metanol
Etapas de CompresiónMetanol +99.85%
Proceso a Alta Presión.
Permitiendo un aprovechamiento
mayor dellecho catalítico
VENTAJAS
Considerable reducciónen los equipos de
compresión
Facilidades para elmanejo del gas
Se logra un incrementoen la selectividad del 1al 3% en la producción
de metanol
Permite la construcción de reactores de paredesmas finas
Permite la construcción de equipos
mas grandes
Permitiendo un manejo de volúmenes mayores de gas
Proceso a Baja Presión.
DESVENTAJAS
Mayor costo en los catalizadores
Los procesos aguas abajo (Ej: purificación) tienen un
costo mayor
PURIFICACION DE METANOL
SINTESIS DE METANOL
Agua
AlcoholesPesados
Metanol
Reactor Metanol
Proceso a Baja Presión.
Alta Presión Baja PresiónCatalizador del proceso a base de ZnO-ZnOCr2O3
Catalizador utilizado en este proceso es en base a óxidos de Cu-Zn-Al, y estos exige un gas de síntesis mas puro, ya que debe estar exento de S y Cl.
Condiciones de entrada al reactor:5000psig-162ºF
Condiciones de entrada al reactor:800psig-160ºF
Las impurezas de S son removidas en el proceso.
Las impurezas de S son removidas previamente en el proceso.
Conversión con base al CO por lechos es de 53%
Conversión con base al CO por lechos es de 27%
Comparación entre Procesos
Comparación entre Procesos
Alta Presión Baja PresiónConcentración de metanol en los gases efluentes del reactor 7.4%
Concentración de metanol en los gases efluentes del reactor 6.7%
Altos requerimientos energéticosEmplea 4 compresores.
Bajo requerimientos energéticosEmplea 2 compresores.
No se pueden utilizar reactores de acero al carbón porque se forman debido a las altas presiones Fe(CO)5 que es un catalizador de la reacción de metanación
Actualmente se obtiene mediante este proceso mas de un tercio de la producción mundial de metanol.
El metanol obtenido es de muy alta pureza con solo rastros de productos secundarios.
Poseen menores costos de Inversión y fabricación.
Tipos de Reactores Utilizados.
Reactor de Nihon Gas Reactor de Nihon Gas
Kagaku Kogyo Co.Kagaku Kogyo Co.
Convertidor De Enfriamiento Convertidor De Enfriamiento
Rápido. (Quench)Rápido. (Quench)
Tipos de Reactores Utilizados.
Reactor Reactor
de ICIde ICI
Convertidor De Enfriamiento Convertidor De Enfriamiento
Rápido. (Quench)Rápido. (Quench)
El fluido del gas de síntesis se desplaza de arriba hacia abajo a través de cada lecho, entrando al mismo tiempo la alimentación por una tubería concéntrica ubicada en el tope y en el fondo del reactor, una porción del gas refrigerado alimentado puede ser agregado a la mezcla de gases de reacción que siguen sobre los tres primeros lechos catalíticos. Controlando la proporción y la temperatura del gas de síntesis adicionado.
Tipos de Reactores Utilizados.
Reactor de Chemical Reactor de Chemical Construction Corp.Construction Corp.
Convertidor Adiabático MúltipleConvertidor Adiabático Múltiple
Tipos de Reactores Utilizados.
Reactor Conceptual.Reactor Conceptual.
Convertidor Adiabático MúltipleConvertidor Adiabático Múltiple
Tipos de Reactores Utilizados.
Convertidor tipo Isotérmico con Convertidor tipo Isotérmico con producción de vaporproducción de vapor
Reactor LurgiReactor Lurgi
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. Los tubos del reactor están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por agua en ebullición. La temperatura de reacción se mantiene así entre 240-270 °C. Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición obteniéndose de 1 a 1.4 Kg vapor/ Kg CH3OH
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Proceso MGCCapacidad 750 MTMA (2005)
Proceso ICI/MGC Capacidad 690 MTMA (2005)
METOR METOR
SUPERMETANOLSUPERMETANOL
850 MTMA
Pequiven ………………….....37.5%Mitsubishi Corp ……………23.75% Mitsubishi Gas Chemical….23.75% Inversiones Polar………………10% International Finance Corp……..5%
Pequiven y Ecofuel.
1,6 MMTMA
Aspectos Aspectos GeneralesGenerales
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Diagrama General Diagrama General del Procesodel Proceso
Metano (Gas Natural) Desulfuración Reformado conVapor
Absorción de CO2
CO/CO2 Absorción
Metanación
Hidrogeno
Conversión de CO2
SeparaciónPurificación de CO
CO
H2/CO
3/1
Reformación secundaria
Conversión de CO2
Absorción de CO2
Metanación
Síntesis
Amoniaco
Urea
CO2
Síntesis
Metanol
Ácido acético
Formaldehído
Propileno
Separación de H2
H2 /CO 1/1
2-etil hexano
Isobutanol
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Recepción y distribución del gas naturalRecepción y distribución del gas natural
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Hidrodesulfuración.Hidrodesulfuración.
Preparar el gas natural de alimentación para la reformación, mediante los procesos de hidrogenación y desulfuración y en reactores especialmente acondicionados para ello. Esta es la fase inicial del proceso.
DesulfuraciónHidrogenación
Hidrogenador
Catalizador de Co
(7 años)
Proceso endotérmico
Desulfuradores
Catalizador de óxido de zinc (3 años)
Debe preservarse del exceso del agua ya
que esta lo oxida. Salida < 2ppm de H2S
T-1T-1 T-1T-1 T-1T-1
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Hidrodesulfuración.Hidrodesulfuración.
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
ReformaciónReformaciónSe define como la descomposición química del gas natural, llevada a cabo mediante la aplicación de calor. En general, en el proceso de reformación se descomponen los saturados que forman el gas natural para obtener la proporción H2/CO necesaria para la síntesis. Esto se logra: 1. Mediante la aplicación de calor
2. Mediante la reacción primero con vapor saturado y luego con aire precalentado.
Reactor: es un horno rectangular compuesto de 4 celdas con 50 tubos verticales cada una, dispuestos en dos hileras iguales a cada lado de la celda. Relación vapor/gas 4:1
Intercambia calor por convección y radiación con el gas de proceso que fluye por dentro de los tubos.
Catalizador: NiO (15%), MgAl2O4 (85%).
Reacciones Laterales:
(Boudouard)
(Cracking del Metano)
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Recuperación de CalorRecuperación de Calor
En la sección de entrada al reactor, por contacto entre la corriente que sale caliente se precalienta la alimentación aprovechando de esta manera una parte del calor producto de la reacción
Además la integración de los equipos de intercambio de calor están dispuestos de tal manera que en el tren de enfriamiento aguas abajo del reactor, el producto caliente se enfrie y se produzca vapor de baja y alta presión, el cual será utilizado en otras partes del proceso.
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Síntesis del MetanolSíntesis del MetanolEl gas de síntesis es usualmente una mezcla de CO, CO2 y H2 con la conversión a metanol, tomando lugar en las reacciones siguientes:
CO + 2H2 → CH3OH
CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O
Una vez que se obtiene la proporción correcta de gas de síntesis, procede la conversión tradicional para metanol a una presión alta de 50 atmósferas, en presencia de un catalizador de óxido cobre a 500º F.
80 - 9220 - 40 CO2
90 - 9745 - 60 CO
GlobalPor paso
Conversión (%)
Relación Ópt.
C-H de 1:2
Añadiendo un
Excedente de CO2
Proceso Lurgi
Columna estabilizadora: en esta torre el metanol es separado de los compuestos mas livianos que el (gas, éter, cetonas), los cuales salen por el tope, el producto de fondo de esta columna es enviado a la torres de purificación o refinación.
Columna de refinación: en esta torre el metanol es retirado por debajo de la sección de pasteurización, los alcoholes mas pesados se retiran como una corriente lateral y el agua por el fondo.
Columna recuperación: en esta se extrae la mayor cantidad de metanol posible a los corrientes desecho de las otras columnas para ser luego recirculado .
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
DestilaciónDestilación
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Metanol grado químico AAMetanol grado químico AA
Proceso Industrial de producción de metanol a baja presión.
Diagrama detallado del procesoDiagrama detallado del proceso