LICENCIA LURGI A.G. 1. INTRODUCCION 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. La tecnología de Lurgi que trabaja a baja presión ha sido desarrollado para las plantas de metanol a escala mundial, con capacidades superiores a un millón de toneladas métricas por año. 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.
2. OBJETIVO. Describir el proceso de obtención del metanol de acuerdo a la industria Lurgi.
3. MARCO TEÓRICO 3.1. METANOL 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 es un poco mayor que en el agua, ya que el grupo metilo es mucho mayor que un átomo de hidrógeno. También al ser similares, 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, 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. De igual manera que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo del metanol es débilmente ácido. Se puede afirmar que la acidez del metanol es equivalente a la del agua.
En condiciones normales:
Es un líquido incoloro.
De escasa viscosidad.
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. Es considerado como un producto petroquímico básico, a partir del cual se obtienen varios productos secundarios. Las propiedades físicas más relevantes del metanol, en condiciones normales de presión y temperatura, son:
3.1.1. OBTENCIÓN DE METANOL Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera. Lo que condujo a su nombre de alcohol de madera. Este proceso consiste en destilar la madera en ausencia de aire a unos 400 °C formándose gases combustibles (CO, C2H4, H2), contiene un 7-9% ácido acético, 2-3% metanol y un 0.5% acetona. Actualmente, todo el metanol se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de CO y H2 mediante catalizadores, siendo los más usados ZnO o Cr2O3. Esta reacción emplea altas temperaturas (300-400ºC) y presiones (200-300 atm), y necesita reactores industriales grandes y complicados.
El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas formas. Actualmente el proceso más usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua.
También se puede obtener a partir de la combustión parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón (fracturando los pozos de carbón subterráneos).
A nivel industrial, los procesos que más se usan (mediante gas natural, carbón o mezcla de hidrocarburos líquidos) son los propuestos por Lurgi Corp. e Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI).
3.2. PROCESO SEGÚN LICENCIA LURGI AG. 3.2.1. TECNOLOGÍA DE LURGI SYNGAS
3.2.1.1. LURGUI
CARACTERISTICAS
DEL
REACTOR
Condiciones de operación para el proceso de LURGI SYNGAS son las siguientes:
Catalizador: CuO (60-70%) - ZnO (20-30%)-Al2O3 (5 -15%) o Cr2O3 (515%)
Temperatura: 220oC-300Oc
Presion : 50-100 atm de presión (5-10MPa)
Composición de la alimentación 59 -74% de H2; 27 - 15% de CO; 8% deCO2 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%
3.2.1.2. ETAPAS DEL PROCESO 1. DESULFURAZION
2. 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 alimentación
entra al
primer
reactor, el
la
mitad
de
la
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
3. OXIDACION El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la otra mitad dela 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 4. 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 1.4Kg. de vapor por Kg. de metanol. Además se protege a los catalizadores.
5. DESTILACION 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.
3.2.1.3. PROCESO
DESCRIPCION: El gas natural es precalentado y desulfurado. Después de la desulfuración, el gas es saturado con una mezcla de un proceso de agua precalentada, de la sección de destilación y condensado del proceso en el saturador. El gas se precalienta adicionalmente, una mezcla con es requerido para para el proceso de pre reformado. En el pre reformado el gas es convertido a H2, CO2 y CH4. El precalentamiento final del gas se alcanza en el calentador. En el reformador auto térmico el gas es reformado con vapor y O2. El gas como producto contiene H2, CO, CO2. Y una pequeña cantidad sin convertir del CH4 e inerte junto con el vapor sin descomponerse. El gas reformado que sale del reformador auto térmico representa una cantidad considerable de calor el cual es recuperado como HP del vapor de la energía precalentada y la energía del calor que proviene de los reboileers en la sección de destilación. El gas reformado se mezcla con hidrogeno de la unidad de adsorción (PSA) de oscilación de presión para ajustar la composición del gas de síntesis. El gas de síntesis es presurizado a 5-10 Mpa. De un compresor de gas de síntesis de una sola cascara y una mezcla con gas de reciclado del circuito de síntesis. Esta mezcla de gas se precalienta en el calentador de compensación en el reactor de metanol enfriado con gas. En el reactor Lurgi de metanol enfriado con agua, el catalizador se fija en tubos verticales rodeado de agua hirviendo. La reacción que ocurre abajo casi siempre es bajo reacciones isotérmicas, las cuales aseguran una alta conversión y eliminan el peligro del daño del catalizador por las altas temperaturas La temperatura de control exacta en la reacción es realizada por presiones de control del tambor de vapor que genera vapor HP. La pre conversión de gas es dirigido a la envoltura del reactor de metanol enfriado con gas, el cual está lleno con catalizador. El final de la conversión del metanol es convertido es archivado a temperaturas reducidas a lo largo de una óptima ruta del reactor. El gas que sale del reactor es enfriado alrededor de los 40°C para separar el metanol y agua del gas por un precalentamiento al punto de ebullición del agua
y reciclar gas. El condensado del metanol crudo es separado del gas sin reaccionar y dirigido a la unidad de destilación. La mayor porción de gas se recicla de vuelta al reactor de síntesis para archivar una conversión general alta. El excelente rendimiento de la síntesis de metanol del convertidor combinado de Lurgi reduce la relación de reciclado a aproximadamente 2.Una pequeña porción del gas de reciclado se retira como gas de purga para disminuir la acumulación de insertos. En la sección de destilación de ahorro de energía de tres columnas, se quitan los productos de bajo punto de ebullición y de alto punto de ebullición. El metanol puro es dirigido al patio de tanques, y el agua de proceso se precalienta en el calentador encendido y se utiliza como agua de para el saturador. 4. CONCLUSIONES
La licencia Lurgi permite producir metanol en una planta de un solo tren desde gas natural o gas asociado con petróleo con una capacidad arriba de 10000 toneladas métricas por día.
Existen dos tipos de tecnologías de Lurgi las cuales son la de Metanol a baja presión y la de Metanol de reformado combinado (Megametanol).
Tecnología de Lurgi Reformado Combinado Para gas natural y gases asociados con petróleo, el número estequiométrico necesario no puede ser obtenido mediante reformador autotérmico solo, incluso si el hidrógeno es reciclado. Para estas aplicaciones, el concepto de Lurgi Reformado Combinado (conocido también como Lurgi MegaMetanol) combina el reformador autotérmico con el reformador con vapor, siendo la forma más económica para generar gas de síntesis para plantas de metanol. Después de la desulfurización, una corriente de gas natural es dividida en dos partes, una corriente es llevada a la zona de reformador con vapor, posteriormente la corriente de salida de esta zona es mezclada con el resto de gas natural para ser llevado a la zona de reformado autotérmico y producir gas de síntesis a alta presión. La principal ventaja del proceso de reformado combinado frente a la tecnología ICI es que se usa un menor consumo de vapor en el proceso, traduciendo esto a un menor consumo de energía y una menor inversión. Es decir, para producir gas de síntesis a partir de gas natural, para la tecnología Lurgi Reformado Combinado se utiliza aproximadamente la mitad de vapor consumido que la tecnología ICI19. Asimismo, se obtiene una mejora relación de H2/CO requerida para la producción de metanol. Este tipo de plantas a marcado el comienzo de una nueva generación de plantas para la producción de metanol a partir del gas natural, dado el hecho que la tecnología MegaMetanol de Lurgi es básicamente dos veces mejor que otros procesos disponibles actualmente en el mercado, pudiendo procesar capacidades de planta mayores a 5,000 TM/día. Esta nueva tecnología ya ha mostrado
resultados excelentes durante la operación de la planta, representando la tecnología del futuro, no solo por la generación de metanol sino también para complejos de GTL (Gas to liquid) y GTC (Gas to chemicals).
Comparación de las Tecnologías para la Producción de Metanol
Economia.- La energía consumida por una planta independiente, incluyendo las utilidades y el oxigeno de la planta es alrededor de 30 GJ/metro ton de metanol. El costo total para las instalaciones es de 5000 mtpd de la planta y añadiendo los costos de utilidades y el oxigeno de la planta llega a ser alrededor de 350 millones de dólares, dependiendo del lugar.
