Metanol para Bolivia Lunes, 14 de Enero, 2013
El metanol o alcohol metílico (CH3OH) es el componente más simple del grupo de productos químicos orgánicos llamados alcoholes, que se obtienen a partir de la reformación del metano con vapor de agua, vía gas de síntesis, que a alta presión es convertido a metanol. Dentro de las aplicaciones del metanol, la mayor parte de la producción se utiliza como materia prima para la obtención de ácido acético y formaldehído, que a su vez son la base para la fabricación de materiales de construcción, espumas, resinas y plásticos. Una gran parte de la producción de metanol se destina al sector de los carburantes, como aditivo para elevar el octanaje de las gasolinas (cuando es convertido a Metil Tert-Butil Eter, MTBE). Una de las ventajas de la producción de metanol en el país, se basa en el análisis de tres escenarios: La comercialización de metanol, la producción de gasolina a través del proceso MTG (Methanol To Gasoline) y la producción de Dimetil Éter (DME) como substituto del diésel. Los escenarios antes mencionados pueden ser estudiados en función a las ventajas y desventajas intrínsecas de los proyectos tecnológicos y un análisis de la proyección integral del consumo de carburantes en Bolivia. METANOL El proceso de obtención del metanol consiste en hacer reaccionar el gas natural con vapor de agua (reformación de metano), en presencia de un catalizador y bajo condiciones establecidas de presión y temperatura. El proceso consta de cinco (5) secciones: • Desulfurización del gas natural. • Reforma del gas natural con vapor. • Compresión del gas reformado. • Síntesis del metanol. • Destilación del metanol crudo para remoción de impurezas. A continuación se muestra un diagrama simplificado y la estequiometria del proceso: Estequiometria de las reacciones: 2 CH4 + 3 H2O <==> CO + CO2 + 7 H2 CO2 + CO + 5 H2 --> 2 CH3OH + H2O Los procesos industriales para la producción de metanol, utilizando gas natural como materia prima, han sido desarrollados por las firmas Lurgi Corp., Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI), Toyo Enginieering Corp., Haldor Topsoe y Casale Group. La industria del metanol se extiende por todo el mundo; sin embargo, está manejada por un número reducido de grandes empresas industriales con producción en Asia, Medio Oriente, Europa, África, Sudamérica, Norteamérica y el Caribe. A nivel mundial, existen unas 90 plantas de metanol y tienen una capacidad de producción combinada de cerca de 75 MMtma. La Empresa Methanex es la mayor proveedora mundial para los principales mercados internacionales de América del Norte, Asia Pacífico, Europa y América Latina. Debido a la capacidad de las plantas y el tamaño de la empresa, Methanex marca los precios de referencia de metanol en la mayoría de los mercados.
La demanda mundial en 2011 fue de aproximadamente 55,4 MMtma y se estima que para el 2016 sea de 92,3 MMtma con una tasa promedio anual de crecimiento de 9,8%. En Latinoamérica se tiene una capacidad aproximada de 12,9 MMtma. Las plantas con mayor producción se encuentran en Trinidad y Tobago (4 y 2,1 MMtma), Chile (3,8 MMtma) y Venezuela (1,6 y 0,75 MMtma). Cabe resaltar que el metanol producido en los países con mayor capacidad en Latinoamérica es exportado a Estados Unidos, Europa y Asia. Es así, que los países que más importan son Brasil, México y Colombia. En el 2011, las importaciones de metanol en Latinoamérica fueron en promedio de 985 Mtma, aproximadamente 3% más que en 2010. Brasil es un mercado importante, siendo que tiene una importación de aproximadamente 700 Mtma. En Bolivia existe también demanda de metanol y es utilizado especialmente en la industria. La importación anual se ha incrementado en los últimos años, siendo que en 2011 se importó en promedio 981 tma. GASOLINA La tecnología de producción de gasolina a partir del metanol (MTG) fue desarrollada por Mobil en 1970, consiste en convertir el metanol mediante polimerización en alcanos sobre un catalizador de zeolita ZSM-5 (AlO4 y SiO4). El metanol crudo es inicialmente precalentado, vaporizado y luego recalentado entre 300-320°C, en una serie de intercambiadores de calor. El vapor se envía entonces a reactor de DME que contiene un catalizador de deshidratación (alúmina), donde aproximadamente el 75% del metanol es parcialmente deshidratado a una mezcla en equilibrio de DME, agua y metanol, de acuerdo a la siguiente reacción: 2CH3OH <===> CH3OCH3 + H2O La reacción es rápida, reversible y exotérmica; la mezcla resultante a una temperatura entre 400-420°C, es mezclada a continuación con gas de reciclo y pasa a los reactores de conversión. En el reactor de conversión, que contiene catalizador ZSM-5, el DME es deshidratado para formar alquenos ligeros, que luego se oligomerizan (crecimiento de la cadena por la unión de dos o más moléculas de alquenos) y forman productos cíclicos, para posteriormente dar los productos finales. 2 CH3OH ----> CH3OCH3 ----> C2 - C5 (alquenos) ----> alcanos, ciclo-alcanos y aromáticos La conversión es esencialmente 100%, cerca del 85-90% de hidrocarburos producidos pueden ser utilizados como gasolina y el remanente es gas combustible. Pequeñas cantidades de CO, CO2 y el coque se forman como subproductos. El gas reciclado, el agua y los hidrocarburos, entonces van al separador de productos. El agua normalmente se recicla al reformador, el gas de reciclado vuelve al compresor y los hidrocarburos líquidos son enviados a la sección de destilación. El hidrocarburo MTG, se refina en tres columnas de destilación. Una porción de los hidrocarburos más ligeros y más volátiles, gases disueltos y algo de agua, se eliminan por la primera columna. La segunda columna elimina los hidrocarburos ligeros restantes, que se enfrían para formar GLP. La gasolina es entonces dividida en fracciones ligeras y pesadas en una tercera columna. La gasolina ligera es almacenada como producto final y la fracción pesada es enviada a una unidad de tratamiento.
La gasolina pesada producida en el proceso MTG, contiene un componente conocido como dureno (1,2,4,5-tetrametilbenceno), que tiene un alto punto de fusión (79°C). La concentración de dureno, es reducida en la unidad de tratamiento de gasolina pesada, mediante la conversión a componentes de bajo punto de fusión, por ejemplo iso-dureno (1,2,3,5 tetrametilbenceno) con punto de fusión de -23,7°C. El proceso MTG convierte el metanol a una gasolina sin contenido de azufre y cantidades bajas de Benceno en una Gasolina con nivel de octanaje regular. Debido a estas características, la gasolina obtenida con esta tecnología (MTG) es considerada valiosa, que cumple con las regulaciones ambientales y de calidad para la composición de la gasolina. (tabla 1) La situación de los combustibles en Latinoamérica es preocupante, los pronósticos indican que las economías latinoamericanas seguirán creciendo, y que el aumento de los ingresos y la expansión de la clase media aumentarán la demanda de vehículos y por ende de gasolina. Actualmente dicha demanda supera la producción en casi todas las economías regionales, es así que los países del entorno están recurriendo a la importación continua de combustibles para poder satisfacer la demanda interna. En la siguiente tabla se observan los datos más relevantes, tomando en cuenta que Perú, Chile y Brasil incluyen la combinación de alcohol y gasolina. (tabla 2) Si bien en la actualidad, acertadamente YPFB Refinación, a través de las ampliaciones en ambas refinerías y la implementación de la planta de isomerización en Santa Cruz, tiene programado dejar de importar gasolina a partir de 2015. Es importante resaltar que inclusive incorporando el programa de gas natural vehicular (GNV) para el cambio de la matriz a gas natural, el año 2021 volveríamos a importar gasolina por el efecto del crecimiento económico, por lo que el Gobierno tiene la firme decisión de encarar el mencionado escenario a través de la planificación de nuevos proyectos industriales de producción de gasolina. Considerar la opción de producción de gasolina a partir de metanol es una alternativa interesante para Bolivia, ya que permitiría prácticamente eliminar la importación de gasolina y se podría exportar fácilmente los excedentes a países vecinos a un precio competitivo. DIMETIL ÉTER La tecnología de producción de Dimetil Éter o Éter Dimetílico (DME, CH3OCH3) se realiza mediante deshidratación catalítica de metanol sobre un catalizador a base de zeolitas de naturaleza ácida. La reacción principal es: 2 CH3OH (CH3)2O + H2O El consumo de metanol es de aproximadamente 1,4 toneladas por cada tonelada de DME producido. En el rango de temperaturas de operación normal no hay reacciones laterales significativas. El metanol en fase gaseosa es enviado a un reactor de lecho fijo que debe operar a una temperatura entre 250 y 368ºC, y una presión máxima de 15 bares para evitar reacciones secundarias. La conversión por paso en el reactor es del 70-85%. El efluente gaseoso que abandona el reactor se enfría para lograr la vaporización del 20% de la mezcla resultante. Antes de enviar este efluente a las torres de destilación para obtener el DME puro, es necesario reducir la presión hasta 10,4 bares.
El DME producido se obtiene por cabeza de la primera columna de destilación. El producto de fondo de esta primera columna se lleva a una segunda torre donde se separa el metanol del agua, el metanol que no ha reaccionado se recicla al reactor y el agua tras ser enfriada se envía a un proceso de tratamiento de agua residual para eliminar los restos de compuestos orgánicos que pudiera contener. Es importante señalar que es posible tecnológicamente la obtención de DME directamente a partir del gas natural como materia prima, sin pasar por el metanol; esta es una tecnología que está siendo aplicada por la empresa Coreana del Gas (KOGAS), para uno de los mayores consumidores de DME en el mundo, como lo es China. A finales de 2012 se incrementó el corte de diésel oil en las refinerías Gualberto Villarroel y Guillermo Elder Bell, siendo para este 2013, donde la producción promedio esperada (849 Mm3) superará la importación necesaria (773 Mm3) para abastecer el mercado interno, y para el año 2015 sólo importaremos el 34% para abastecer a Bolivia. El punto de inflexión donde volveríamos a importar más de lo que se produce en las refinerías será el 2021 por lo que se está encarando el problema con proyectos industriales tecnológicamente factibles, ya que al abastecer al mercado con DME en estado gaseoso se debe analizar la implementación técnica en los vehículos de alto tonelaje. En conclusión, para los tres escenarios de producción: metanol, MTG y DME el costo de la inversión de la planta será de aproximadamente $us 1.000 millones, por lo que el Estado responsablemente analiza, técnica y económicamente, los proyectos para garantizar la soberanía energética del país. Favorablemente si se logra un Joint Venture (sociedad) con la empresa constructora del proyecto, asegurando la implementación de las patentes y una ventaja económica por la contra-inversión. De este modo, el proyecto podría ejecutarse en tres años tomando en cuenta un (1) año para la ingeniería básica y detalle y dos (2) para la Ingeniería, Procura y Construcción (EPC).
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El dimetil éter
El dimetil éter, también conocido como metoximetano, es el compuesto orgánico con la fórmula CH3OCH3. El éter más simple, que es un gas incoloro que es un precursor útil para otros compuestos orgánicos y un propelente de aerosol.
Producción Hoy en día, el DME se produce principalmente por la conversión de hidrocarburos de origen a partir de gas natural o de carbón a través de la gasificación a gas de síntesis.
El gas de síntesis se convierte entonces en metanol en presencia de un catalizador, con la subsiguiente deshidratación de metanol en presencia de un catalizador diferente que resulta en la producción de DME. Como se ha descrito, este es un proceso de dos etapas que comienza con la síntesis de metanol y termina con la síntesis de DME. El mismo proceso puede llevarse a cabo utilizando los residuos orgánicos o biomasa. Aproximadamente 50.000 toneladas se produjeron en 1985 en Europa occidental utilizando el proceso de deshidratación de metanol. Alternativamente, el DME se puede producir a través de la síntesis directa, utilizando un sistema catalizador dual que permite tanto la síntesis de metanol y la deshidratación en la misma unidad de proceso, sin aislamiento y purificación de metanol, un procedimiento que mediante la eliminación de la etapa intermedia de síntesis de metanol, las licencias afirman promesas ventajas de eficiencia y rentabilidad. Tanto el de un solo paso y de dos pasos los procesos anteriormente están disponibles comercialmente. Actualmente, no existe una aplicación más amplia del proceso de dos etapas, ya que es relativamente simple y los costes de puesta en marcha son relativamente bajos. Vale la pena mencionar que hay un proceso en fase líquida en una etapa de desarrollo.
Aplicaciones El mayor uso de DME es actualmente como sustituto de gas propano del GLP utilizado como combustible en los hogares y la industria. El mayor uso de DME para este propósito es en China. DME tiene otras dos aplicaciones principales: como un propulsor en botes de aerosol, y como un precursor de sulfato de dimetilo. Como un propelente de aerosol, DME es útil como un disolvente poco polar. También puede ser utilizado como un refrigerante.
Materia Prima Varios miles de toneladas de DME se consumen cada año para la producción del agente de metilación, sulfato de dimetilo, lo que implica su reacción con trióxido de azufre:
CH3OCH3 SO3? 2SO2 DME también se puede convertir en ácido acético mediante carbonilación tecnología relacionada con el proceso de ácido acético de Monsanto: 2O 2 CO H2O? 2 CH3CO2H
Reactivo de laboratorio y disolvente DME es un disolvente de baja temperatura y el agente de extracción, aplicable a los procedimientos de laboratorio especializados. Su utilidad está limitada por su bajo punto de ebullición, pero la misma propiedad facilita su extracción a partir de mezclas de reacción. DME es el precursor del agente alquilante útil, tetrafluoroborato de trimetiloxonio.
Combustible DME es un combustible prometedor en los motores diesel, motores de gasolina, y turbinas de gas debido a su alto número de cetano, que es de 55, en comparación con el diesel, que es 40-53. Sólo modificación moderada son necesarios para convertir un motor diesel para quemar DME. La simplicidad de este compuesto de carbono de cadena corta conduce durante la combustión a muy bajas emisiones de partículas, NOx y CO Por estas razones, además de ser libre de azufre, DME reúne aún las normas de emisiones más estrictas en Europa, EE.UU. y Japón . Mobil está utilizando DME en su proceso de metanol a gasolina. DME se está desarrollando como un biocombustible de segunda generación sintética, que puede ser fabricado a partir de biomasa lignocelulósica. Actualmente la Unión Europea está considerando BioDME en su potencial mezcla de biocombustibles en 2030, el Grupo Volvo es la coordinadora de la Comunidad del Séptimo Programa Marco Europeo BioDME proyecto en planta piloto BioDME de Chemrec basada en la gasificación de licor negro está a punto de concluir en Pite, Suecia. La imagen siguiente muestra algunos de los procesos de diversas materias primas a DME.
En 2009 un grupo de estudiantes universitarios de Dinamarca ganó el Urban Concept/clase de combustión interna en la Shell Eco Marathon Europa con un vehículo que se ejecuta en 100% DME. El vehículo llevó a 589 kilometros/litro, combustible equivalente a la gasolina con un 50 cc 2 tiempos motor funcionando por el principio Diesel. Además de ganar batieron el récord de pie de 306 km/litro, fijado por el mismo equipo en 2007
Refrigerante DME también está ganando popularidad como un refrigerante con ASHRAE designación de refrigerante R-E170. DME también se utiliza en las mezclas de refrigerante con, por ejemplo, butano y propeno.
Tratamiento de las verrugas Una mezcla de DME y propano se usa en un contador sobre el dispositivo para el tratamiento de las verrugas, mediante la congelación.
Aerosol Congelador DME es el principal constituyente de aerosol congelador, que se utiliza como una fuente de baja temperatura en las pruebas de campo de los componentes electrónicos.
Seguridad A diferencia de otros éteres de alquilo, DME resiste autooxidación. DME es también relativamente no tóxico, aunque es altamente inflamable.
