Diseño de Procesos: Trabajo Integrador 2015
Tema: Producción de Metanol a partir de Gas Natural
Integrantes:
Molina Carolina Valeria Gisela Ruiz Micaela Torres Fabiana
Introducción En el presente trabajo se hablará de la producción de metanol a partir de gas natural. En los últimos tiempos se fueron desarrollando nuevas tecnologías destinadas a reducir la contaminación del medio ambiente, son cada vez más los países que promueven un desarrollo sustentable pensando en preservar y cuidar el planeta. Una de ellas fue la implementación de metanol como fuente de combustible debido a las grandes emisiones de compuestos tóxicos y nocivos provenientes de motores de automóviles, problema que se intenta solucionar a partir de la producción de MTBE (Methyl tertiary-butyl ether; aditivo para mejorar la combustión de combustibles sin plomo), que se mezcla con gasolina como fuente de octanaje y como oxigenante para reducir dichas emisiones. En menor escala se emplea metanol como combustible directo para vehículos de motor y está siendo considerado como combustible preferido para las pilas de combustible. Es utilizado, además como materia prima en la fabricación de otros productos, aproximadamente las tres cuartas parte de todo el metanol se utiliza en la producción de formaldehido, ácido acético y una variedad de otros productos químicos como metilaminas, metacrilato de metilo, entre otros, los cuales se utilizan para elaborar adhesivos, recubrimientos, plásticos, solventes, resinas poliéster, textiles, pinturas, fibras explosivos, etc. Otros usos finales de metanol incluyen los productos con silicona, como sustituto de los clorofluorocarbonos en los aerosoles, como descongelante y liquido limpiador de parabrisas y como anticongelante para la deshidratación de tuberías. ¿Por qué producir metanol? La elección de producir metanol reside en el hecho de que es un compuesto muy utilizado en la industria; la industria del Metanol derivada del gas natural, es competitiva a nivel global, creando oportunidades para su fabricación en regiones ricas de gas. El mismo se utiliza como materia prima en la fabricación de muchos productos químicos, y además se lo está utilizando con mayor frecuencia como celda de combustible. Su atractivo principal es, pues, una combustión limpia de combustible potencial adecuado para turbinas de gas, motores de gasolina y en las nuevas tecnologías de células de combustibles; tiene mayor potencial de uso respecto de otros combustibles convencionales debido a que con esta sustancia se forma menor cantidad de ozono, menores emisiones contaminantes, particularmente benceno e hidrocarburos aromáticos poli cíclicos y compuestos sulfurados, además presenta bajas emisiones de vapor. Fundamentos Teóricos
¿Qué es el metanol? El metanol, también llamado alcohol metílico, alcohol de madera, carbinol y alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes. Su fórmula química es CH3OH. En condiciones normales es un líquido incoloro, de viscosidad muy baja y de olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayoría de los solventes orgánicos, muy toxico e inflamable. Es considerado como un producto petroquímico básico, a partir del cual se obtienen varios productos secundarios. Producción En la obtención del metanol, podemos encontrar diferentes métodos, observando como la industria ha ido avanzando con el paso del tiempo hacia fines más ecológicos. Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera. Esta materia prima 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), empleados en el calentamiento de las retortas; un destilado acuoso que se conoce como ácido piroleñoso y que contiene un 7-9% de ácido acético, 2-3% de metanol y un 0.5% de acetona; un alquitrán de madera, base para la preparación de antisépticos y desinfectantes; y carbón vegetal que queda como residuo en las retortas. Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales grandes y complicados. CO + CO2 + H2 CH3OH La reacción se produce a una temperatura de 300-400 °C y a una presión de 200-300 atm. Los catalizadores usados son ZnO o Cr2O3. El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas formas. Los distintos procesos productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho. Actualmente el proceso más ampliamente usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua. Gas Natural + Vapor de Agua CO + CO2 + H2 Sin embargo el gas de síntesis también se puede obtener a partir de la combustión parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón, en presencia de agua. Mezcla de Hidrocarburos Líquidos + Agua CO + CO2 + H2 Carbón + Agua CO + CO2 + H2 En el caso de que la materia prima sea el carbón, el gas de síntesis se puede obtener directamente bajo tierra. Se fracturan los pozos de carbón mediante explosivos, se encienden y se fuerzan aire comprimido y agua. El carbón encendido genera calor y el
carbono necesarios, y se produce gas de síntesis. Este proceso se conoce como proceso in situ. Este método no tiene una aplicación industrial difundida. Los procesos industriales más ampliamente usados, usando cualquiera de las tres alimentaciones (gas natural, mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los desarrollados por las firmas Lurgi Corp. e Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI). Posibles materias primas para su producción Las materias primas para su producción derivan de cualquier fuente basada en el carbón. Entre ellas:
Madera; CO, H2 (Gas de síntesis); Gas natural, vapor; Mezcla de hidrocarburos líquidos, O2 ; Carbón, vapor de agua; Residuos Renovables; Glicerina cruda, agua supercrítica.
En este trabajo, para la producción de Metanol, las materias primas serán: Gas Natural Vapor de agua
Estudio de Mercado
El estudio de mercado comprende el bien o servicio a producir, metanol, la materia prima que vamos a utilizar, en este caso, el gas natural también, para eso vamos a dirigirnos al caso de algunos derivados del metanol. El metanol es un producto químico cuya producción es mayor a 60 millones de toneladas por año. Está considerado uno de los principales productos petroquímicos. La industria del metanol se extiende por todo el mundo. Su producción se lleva a cabo en Asia, América del Norte y del Sur, Europa, África y Oriente Medio. Las plantas de metanol en todo el mundo poseen una capacidad de producción total de más de 75 millones de toneladas métricas. Si bien Latinoamérica se encuentra muy lejos de los mercados líderes de metanol, la industria regional de los biocombustibles podría elevar sensiblemente la demanda del mismo en el futuro. Los líderes son China (que representan un 45% del total), y luego se ubican el Pacífico asiático (22%), Europa (20%) y Norteamérica (13%) Los precios del metanol son sensibles a la demanda, precio de las materias primas, precios de energía y condiciones económicas generales. Desde el año 2009 el precio es creciente. Las presiones al alza en el precio del metanol probablemente continúen. La región no registrará un mayor crecimiento de la producción, tal como sí sucederá en Norteamérica,
Europa (sobre todo el norte) y, por supuesto, China. Pero seguirá habiendo un desbalance con respecto a la demanda, también en alza, lo que implica oportunidades de exportación para Sudamérica En Argentina, hay dos proveedores YPF y Alto Paraná S.A. La planta de Metanol de YPF está ubicada en Neuquén, tiene una capacidad de producción de 400.000 toneladas al año y significó una inversión de 160 millones de dólares, mientras que Alto Paraná S.A. tiene una capacidad de 50000 toneladas anuales. La producción en el 2010 fue de 408.000 toneladas anuales, aproximadamente. Año
Producción (tn)
Importación(t n)
Exportación(t n)
Consumo(t n)
2001 2002 2003 2004 2005
25601 158030 447810 444601 413611
94996 29787 14265 57 54
319 44398 291107 295316 279257
120278 143419 170968 149342 134408
2006 2007 2008 2009 2010
379099 376657 398587 319482 408085
74 70 91 81 35033
239671 223729 192414 79602 79279
139502 152998 206264 239961 363839
Exportacion e Importacion Nacional 400000 300000 Importacion(tn)
Toneladas 200000
Exportacion(tn)
100000 0 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Años
Mercado Nacional de Metanol 500000 400000 300000 Produccion (tn) Toneladas 200000
Consumo(tn)
100000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Años
Principales distribuidores: En el Contienente Americano: EEUU: Methanex, Southern Chemical Corporation (distribuidor de MHTL) America Latina: Venezuela (Metor 1 y 2), Chile (Methanex Chile), Mexico (Complejo Independencia), Argentina (YPF y Alto Parana), Brasil (GPC, Braskem) Materia Prima: Gas Natural El gas natural en argentina se obtiene de las cuencas gasíferas: neuquina, noroeste, San Jorge y Austral. El aumento de la capacidad de transporte en los últimos años hizo posible que se redujeran las restricciones de gas a los grandes usuarios durante la época de mayor demanda. El mercado del gas natural en Argentina presenta una demanda creciente, con tarifas relativamente bajas y con una actividad económica creciente. El problema de este mercado, es que existe un estancamiento en la oferta del recurso, lo cual se debe primordialmente a los precios. Mientras se siguen trabajando los pozos actuales, se requiere continuar con las exploraciones en las distintas cuencas sedimentarias, lo cual a su vez hace que sean necesarias estas grandes inversiones. Argentina, cuenta con 24 cuencas sedimentarias con una superficie de 1.845.000 Km 2. De estas, sólo 5 son cuencas productivas con una superficie que alcanza los 590.400 Km 2 (32%), entre ellas la cuenca de Neuquén, la Austral y la Noroeste; y el resto son no productivas (1.254.600 Km2, 68%). En el caso Argentino, el equilibrio del gas natural se ve alterado por dos grandes motivos.
La política donde la intervención estatal provocó un alto en la inversión. Por otro lado, Argentina se ve influida por las importaciones que recibe desde Bolivia. La producción de gas natural creció 9,5% respectivamente en febrero de 2014, respecto de igual mes de 2013, según el informe del Instituto Argentino de la Energía Gral. Mosconi (IAE). Respecto al Noroeste Argentino, la empresa Pluspetrol es la encargada de la producción de gas natural. En el año 2013 se realizó la presentación de un proyecto que detalla las áreas en las que la empresa intervino para mejorar su producción, de acuerdo a lo requerido por la el Gobierno de la Provincia. Las áreas de inversión son Ramos, en el departamento San Martín, y el área de Balbuena y Palmar Largo, en el departamento de Rivadavia, en el límite con Formosa. El plan de acción tiene como fin incrementar la producción de petróleo y gas de la provincia, a través de la aplicación de acciones tendientes a fomentar la inversión en actividades de producción y exploración con la utilización de nuevas tecnologías. También incrementar las reservas provinciales, garantizar el abastecimiento local y contribuir a la dinámica socioeconómica de los sectores donde se realizas estas actividades. Respecto a otras materias primas, con el gas natural se obtiene mayor rendimiento. Además, los costos de las distintas materias primas tienen un impacto directo sobre el precio del metanol obtenido, para un mismo costo de materias primas, el metanol obtenido de la gasificación del carbón es un 49% más caro que el obtenido del reformado de gas natural con vapor. El metano es la materia prima más indicada para producir metanol ya que ambos poseen la misma relación H/C. La industria basada en gas natural genera ventajas competitivas frente a otros países que usan cortes líquidos debido a la existencia de reservas y recursos de materias primas de calidad competitiva y a la existencia de una importante infraestructura y experiencia de la industria del gas natural. Derivados del metanol El metanol es un producto químico líquido que suele utilizarse como materia prima en la fabricación de otros productos. El metanol tiene un mercado desarrollado (maduro) en aplicaciones tales como la manufactura de formaldehido (industria farmacéutica, industria automotriz e industria de la madera), la manufactura de ácido acético (textiles, adhesivos y pinturas), dimetilterafosfato (botellas plásticas reciclables), cloruro de metilo (siliconas). Además tiene un mercado emergente constituido por el Dimetil Eter (motivo de nuestra próxima entrega) y sus aplicaciones como combustible en reemplazo parcial del GLP y del diesel, mezcla con
gasolinas (en algunos países como la China) y en la manufactura de biodiesel (el metóxido de sodio es materia prima para el biodiesel). Cada día se utilizan más de 100000 toneladas de metanol como materia prima química o como combustible para el transporte. La industria global del metanol genera más de 100000 puestos de trabajo en todo el mundo. Estructura del mercado Mundial Usos (% en productos) Formol Tereflato de metilo Ácido Acético Solventes MTBE Metacrilato de metilo Varios Total
Europa Occidental 50 10 6 11 10 3 10 100
EEUU
Japón
43 5 10 9 8 4 21 100
45 2 23 5 8 6 11 100
Estructura del mercado local
Estructura del Mercado Local 5%
11%
14% Biodiesel Folmaldehidos
MTBE TAME Varios(solvente y otros) 55%
15%
Descripción del Proceso: Generalidades del Proceso: Materias Primas:
Gas Natural Vapor de agua
Tipo de energías requeridas para el proceso:
Energía Térmica (procesos de intercambio de calor) Energía Eléctrica (para bombas, compresores etc.)
Servicios Requeridos:
Agua Aire Combustible
Producto Generado: METANOL Proceso de Fabricación: Reformación por vapor del gas natural, presiones de baja-media de operación. Operaciones Unitarias:
Transporte de fluido Intercambio de calor Condensación Destilación Absorción Desorción
Subproductos:
Vapor sobrecalentado Gases diversos Agua Sulfuro de Hidrogeno
Aspectos termodinámicos y cinéticos de la Síntesis del Metanol La reacción de síntesis del metanol es fuertemente exotérmica
CO+2 H 2 ↔ C H 3 OH
KJ Δ H ⁰ =−91 298 ( mol )
La conversión de CO2 también ocurre, aunque en un grado menor:
CO2 +3 H 2 ↔ C H 3 OH
(Δ H
0 298
=−50
KJ ) mol
La constante de equilibrio de la reacción principal, en función de la temperatura, está dada por la siguiente expresión aproximada:
ln Kp=
8980 −7.7 ln T + 22.7+0.0039 T T
Altas presiones y bajas temperaturas favorecen el desplazamiento del equilibrio hacia la formación de metanol; por lo tanto, en la práctica habrá que operar a presiones elevadas y con catalizadores suficientemente activos que permitan trabajar a bajas temperaturas sin reducir demasiado la velocidad de reacción. Con el fin de evaluar conjuntamente la conversión de CO y CO2, se emplea el concepto de eficacia del carbón:
EPC=
moles de C H 3 OH producidos moles CO +C O2 en gas de síntesis
La selectividad del proceso está directamente relacionada con la temperatura. Además de la reacción de conversión del CO2, existen otras dos reacciones no deseadas:
CO+3 H 2 ↔C H 4 + H 2 O 2C H 3 OH ↔ C H 3 OC H 3 + H 2 O Todas ellas pueden limitarse si se opera por debajo de los 400⁰C. En la práctica trabajar con elevadas presiones es muy costoso por lo que en este proyecto se lo realizara a bajas presiones trabajando con catalizadores adecuados. Proceso Producción de Metanol Para la producción de metanol se escogió como materia prima el gas natural, a partir del mismo se obtendrá el gas de síntesis que será transformado en metanol a través de una serie de pasos. En cuanto a la característica del proceso, la práctica más común consiste en trabajar a bajas presiones, aunque a altas presiones se maneja mejor la temperatura con ausencia de reacciones laterales, obteniéndose así un producto de mayor pureza. Acondicionamiento del gas-Reforming En primer lugar se debe acondicionar el gas natural, eliminando lo máximo posible de sulfuros que contaminarían al catalizador. Se procede a una desulfuración, se hidrata el gas natural por medio de una corriente de hidrogeno, donde las reacciones ocurrirán sobre un catalizador de Ni-Mo. Las reacciones puestas en juego son:
cos+ H 2 → H 2 S +CO C H 3 SH + H 2 →C H 4 + H 2 S La adsorción de H2S lleva a cabo con aminas en una torre de absorción.
La mezcla de gases se mezcla con vapor de agua y se dirige ahora al horno reformador, un reactor catalítico, donde se obtiene el gas reformado. Las reacciones que ocurren en esta etapa:
C H 4 + H 2 O→ CO+ 3 H 2 CO+3 H 2 →C O2 + H 2 El gas natural alimentado se debe precalentar, para dicha operación se hace uso del poder calorífico de la corriente de salida de gas reformado. A su vez la misma corriente permite la obtención de vapor de saturación de alta presión, el cual será usado por el compresor a modo de acondicionar la corriente de gas reformado para la síntesis. Síntesis de Metanol Contando con el gas de síntesis, se procede Al ciclo de síntesis de metanol: circulador, convertidor, cambiador de calor, enfriador y separador. La síntesis se lleva a cabo en los tubos catalíticos del reactor a base de Cu, las reacciones llevadas a cabo son:
CO+2 H 2 → C H 3 OH C O2 +3 H 2 → C H 3 OH + H 2 O La reacción es muy exotérmica, de modo que se puede aprovechar el calor desprendido para generar vapor y acondicionar el proceso. El producto obtenido se destila en dos o tres columnas para obtener el producto deseado. Destilación Antes del almacenamiento se debe separar el producto del resto de los componentes, de los cuales podemos mencionar el agua, hidrocarburos pesados, impurezas además de los compuestos que no reaccionaron. En primer lugar se realiza una separación líquido-vapor, en su gran parte el vapor corresponde a componentes que no reaccionaron, los cuales son enviados nuevamente al reactor de síntesis como corriente de recirculación. El metanol en estado líquido que sale del separador pasa a columnas de destilación alimentada con vapor de agua a baja presión. De la misma obtenemos metanol en condiciones normalizadas. Almacenaje y despacho Las áreas donde se produce manipulación y almacenamiento de metanol deberán estar correctamente ventiladas para evitar la acumulación de vapores. Además los pisos serán
impermeables, con la pendiente adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deberá ser antiexplosiva, prefiriéndose la iluminación natural. Así mismo, los materiales que componen las estanterías y artefactos similares deberán ser anti chispa. Las distancias entre el almacén y la vía pública serán de tres metros para 1000 litros de metanol, aumentando un metro por cada 1000 litros más de metanol. La distancia entre dos almacenes similares deberá ser el doble de la anterior. Está prohibido el transporte de alcohol metílico sin contar con los recipientes especialmente diseñados para ello. La cantidad máxima de almacenamiento de metanol en el lugar de trabajo es de 200 litros. En todas las etapas del transporte y de la distribución, el metanol se debe almacenar con seguridad y manejar responsablemente. Esto reduce al mínimo el riesgo para la población y para el medio ambiente, y preserva la calidad del producto. Los modos más comunes del transporte a granel del metanol por todo el mundo son por: navío, lancha a remolque, ferrocarril, camión y gasoductos. Los procedimientos y sistemas comprensivos sobre el manejo del producto deben estar en vigencia en todos los puntos de almacenaje y transferencia del mismo. Al transferir o almacenar metanol, es preferible usar sistemas dedicados exclusivamente. Los sistemas no dedicados deben lavarse con un chorro de agua y ser puestos a prueba antes de utilizarlos, para asegurar la integridad del producto. El equipo se debe marcar claramente indicando que es sólo para el servicio del metanol. Cuando no esté en uso, el equipo debe protegerse contra la contaminación.
Grados de libertad de los equipos Reactores (de desulfuración, reformador, de síntesis):
Numero de variables
Nv=Nc(Ns+2)+ S +V
Nv=3(2+2)+ 1=13 Ocurre una transformación por lo que se tiene en cuenta el volumen. Relaciones de vínculos Balance de materia: 2 Balance de entalpia: 1
Rv=3 Variables no disponibles (1)
(2)
(3)
P
T
¿?
Q
¿?
C
¿?
Vnd=9
GLv=Nv−Rv−Vnd=1 El grado de libertad disponible es el volumen, una vez diseñado el equipo no quedaran variables disponibles para modificar. Intercambiadores de Calor en los cuales ocurren calentamientos o enfriamientos:
Numero de variables
Nv=Nc(Ns+2)+ S +V Nv=4 (2+2)+1=17 Ocurre una transferencia por lo que se tiene en cuenta la superficie. Relaciones de vínculos
Balance de materia: 2 Balance de entalpia: 1
Rv=3 Variables no disponibles (1)
(2)
(3)
P
T
Q
C
(4)
¿?
¿?
¿?
¿?
Vnd=12
GLv=Nv−Rv−Vnd=2 Los grados de libertad disponibles son la superficie y el caudal de los servicios o caudal de salida de la corriente saliente, una vez diseñado el equipo nos quedara una variable disponible para modificar, como el caudal de los servicios. Torre de absorción:
Numero de variables
Nv=Nc(Ns+2)+ S +V Nv=4 (2+2)+1=17
Relaciones de vínculos
Balance de materia: 2 Balance de entalpia: 1
Rv=3 Variables no disponibles (1)
(2)
P
T Q C
(3)
(4)
¿?
¿?
¿?
¿?
Vnd=12
GLv=Nv−Rv−Vnd=2 Tenemos dos grados de libertad: Caudal de líquido de absorción, la superficie de transferencia de materia. Etapas de Destilación:
Destilador 1: Numero de variables
Nv=Nc( Nss+2)+S +V
Nv=3(N +2)+ 1=3 N +7 Ocurre una transferencia por lo que se tiene en cuenta la superficie.
Relaciones de vínculos Balance de materia: N Relaciones de equilibrio: N Balance de entalpia: 1
Rv=2 N +1 Variables no disponibles (1) P T Q C1 C2 … Cn-1
(2)
(3)
¿? ¿? ¿? ¿?
¿? ¿? ¿? ¿?
¿?
¿?
Vnd=N +4
GLv=Nv−Rv−Vnd=2 Los grados de libertad disponibles pertenecen a la superficie y a alguna composición o caudal de salida Destilador 2: Numero de variables
Nv=Nc(Ns+2)+ S +V
Nv=3(N−1+2)+1=3 N + 4 Ocurre una transferencia por lo que se tiene en cuenta la superficie. Relaciones de vínculos Balance de materia: N-1
Relaciones de equilibrio: N-1 Balance de entalpia: 1
Rv=2 N −1
Variables no disponibles (1)
(2)
(3)
P
T
¿?
¿?
Q
¿?
¿?
C1
¿?
¿?
C2
¿?
¿?
¿?
¿?
… Cn-1
Vnd=N +3 GLv=Nv−Rv−Vnd=2 Los grados de libertad disponibles pertenecen a la superficie y a alguna composición o caudal de salida
Función Objetivo: Para llevar a cabo el análisis de la función objetivo se ha seleccionado la torre de destilación, el método empleado para tal fue extraído de Información Tecnológica 2001. Realizando los correspondientes balances de materia y energía del equipo, se tendrá: Ecuación de Balance
Fn∗z F ,n ,i + Ln−1∗x n−1,i +V n +1,i∗y n +1,i=( Ln + P L, n )∗x n ,i + ( V n+ P v ,n )∗y n ,i Ecuación de equilibrio liquido-vapor
y n ,i=K n ,i∗x n , i Sumatoria de fracciones molares
k
∑ x n ,i =1 i=1
k
∑ y n , i=1 i=1
Balance de energía
Qn + Fn∗h F , n+ L n−1∗h L, n−1 +V n +1∗hV ,n +1=( Ln + PL ,n )∗h L, n+ ( V n + PV , n )∗h V ,n Los costos totales anuales representan la suma de los costos anuales de operación C op y de inversión Ci teniendo en cuenta la cantidad de horas anuales en los cuales opera la planta.
CT =C i+ Cop∗t Los costos de operación corresponde en su mayoría a costos de servicios auxiliares, es decir a agua de enfriamiento y vapor. Teniendo en cuenta que por año parte de los costos de capital se deprecian, se consideró que un 25% de los costos de los equipos instalados corresponderá a los costos anuales de capital, multiplicado por un factor.
CT =0.25∗4∗C eq +C op∗t Los costos de los equipos se pueden estimar como la suma de los intercambiadores de calor y de la columna.
C∫ ¿ + ∑ C col +C op∗t C T =∑ ¿ Los costos pueden ser calculados como una función de las características dimensionales de cada aparato como el área o superficie de intercambio en el caso del intercambiador de calor y el diámetro para el caso de la columna. La demanda de energía tiene influencia tanto en los costos de operación como en los de inversión ya que el diámetro de una columna es función del flujo interno de vapor. El problema a resolver se trata en dos etapas: Primera Etapa: Se propone como función objetivo que maximiza la separación entre componentes extremos de la columna. Es decir minimizar la concentración del componente menos volátil en el producto que emerge por la parte superior de la columna y la del menos volátil en el producto primario de fondo. La primera solución obtenida por el modelo resulto como un problema NLP con variables binarias fijas corresponderá a condiciones de separación máxima, correspondiendo a una columna con una gran cantidad de platos, en base a este resultado, optamos por tomarlo
como punto de partida para posteriores cálculos, el problema será resuelto con MINLP permitiendo que las variables originales puedan tomar valores diferentes a los originales. Segunda Etapa: Como en la primera etapa se producía a una separación excesiva lo que correspondía a una gran cantidad de platos, en esta etapa se introducen nuevas restricciones y tomando como función objetivo minimizar los costos totales anuales, se podrá emplear para la resolución el Método GAMS, basado en algoritmos de optimización no lineal y entera mixta.
Estudio y Análisis de Confiabilidad Etapas de Procesos: Reformador-Convertidor-Destilación Análisis del Proceso: Check List SI
NO
¿Son los equipos adecuados para realizar el proceso?
¿Dispone la empresa equipamiento ante corte de luz?
¿Se puede obtener un mayor rendimiento? ¿Puede el proceso resultar menos costoso? ¿Es el proceso amigable con el medio ambiente? ¿Pueden reducirse las emisiones de contaminación? ¿Conocen los operarios características de los materiales con los que trabajan? ¿Son las condiciones de operación, las adecuadas para el proceso?
En caso de fuga de gases nocivos ¿Dispone la planta de los
medios para una pronta atención médica? ¿Se cuentan con los equipos de seguridad adecuados para el
trabajo? En caso de fuga ¿Se conocen las medidas que se deben tomar? En caso de siniestro (natural o artificial) ¿Cuenta la empresa
con un plan de acción ante tal hecho? ¿Conoce el personal medidas a realizar ante la falla del equipo principal?
SUSTANCIAS
Inflamabilidad
Explosividad
Toxicidad
Corrosividad y compatibilidad
Vertidos
Almacenamientos
Electricidad estática
Reactividad
EQUIPOS
Especificaciones de diseño (coeficientes de seguridad, temperatura, presión, flujo, nivel y otras variables de proceso)
Alivios de presión
Distribución en planta
Equipos eléctricos
PROCEDIMIENTOS
Reacción de los operadores de planta y de los sistemas de instrumentación y control ante incendios, explosiones, fugas tóxicas, fallos de alimentación eléctrica, fallos de refrigeración, fallos de vapor, fallos de instrumentación, fallos de gas inerte, etc.
Situación frente a grandes desastres naturales.
Análisis de comportamiento
¿Qué pasa si?
Consecuencia
Recomendación
Hay perdidas en la
Intoxicación
Realizar tareas de
cañería de gases
Explosión
mantenimiento y control periódicamente No romper las normas de seguridad Capacitar al personal
Varíen los caudales de
La reacción se
Colocar válvulas
alimentación de cada
desplazaría del equilibrio
reguladoras de caudal
equipo: Gas natural,
variando la obtención de
que indique cuando se
vapor de agua, gas de
producto.
produzca una variación
El rango de temperatura
Se producirá CO2, que
Controlar y mantener las
no es el requerido (Bajas
disminuirá la obtención
condiciones de operación
Temperaturas)
de producto
optimas
síntesis, metanol
Colocar alarmas de temperatura Rango de presiones no
El equilibrio se
Controlar y mantener las
requeridas (Altas
desplazara hacia la
condiciones óptimas de
presiones)
izquierda obteniendo bajo
operación
rendimiento de gas de
Incorporar alarmas de
síntesis
presión
No hay catalizadores
Se reducirá la velocidad
Controlar que los
activos
de las reacciones
catalizadores seas activos
Hay derrames de metanol
Inflamable
Plantear un plan de
Toxico
almacenamiento y transporte requerido. El personal debe estar capacitado y mantener las normas de seguridad
Árbol de Fallas: Descripción El suceso TOP estudia las posibilidades de rotura del depósito de metanol. Se han considerado las siguientes posibilidades de rotura:
Sobrecarga del cuerpo del depósito, que englobará el fallo del soporte y un exceso de presión; Defecto mecánico, que englobará un inadecuado diseño y la corrosión. La evaluación del árbol de fallas proporciona, desde el punto de vista cualitativo, la agrupación de sucesos que, ocurriendo simultáneamente, conducen a la ocurrencia del proceso TOP estudiado, en este caso la rotura del depósito de metanol. Además consiste en descomponer sistemáticamente un suceso complejo en sucesos intermedios hasta llegar a sucesos básicos, ligados normalmente a fallos de componentes, errores humanos, errores operativos, etc. Este proceso se realiza enlazando dichos tipos de sucesos mediante lo que se denomina puertas lógicas que representan los operadores del álgebra de sucesos.
Criterios de Diseño:
Automatizada: reduce la mano de obra, reduciendo los costos de producción con una
gran tecnología. Amigable con el medio: Ayuda a la disminución de emisión de gases. Materia Prima de mayor rendimiento y con baja concentración de sulfuro. Proceso patentado: Menores riesgos, proceso confiable y seguro. Proceso continuo.
Escenarios:
Precio del metanol (aumento y disminución). Disponibilidad de gas natural. Situación del mercado interno de Argentina. Situación de mercado externo: exportaciones, normativas, economía mundial. Inflación. Inestabilidad del dólar. Velocidad de reacción en reactores de desulfuración, reformador, de síntesis. Temperatura de ebullición de compuestos de destilación.
Alternativas:
Procesos a partir de biomasa, hidrocarburos, otras materias primas. Aumentar el precio de metanol comercializado. Catalizadores más baratos. Desulfuración mediante proceso catalítico.
