METANOLIntegrantes:Br. Arcila isabelBr. Cardoso jerly. Br. Gallardo keyla.Br. Gonzlez obandoREPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD DEL ZULIAFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA QUIMICAQumica industrial

INTRODUCCINSntesis que se conoce desde los aos 1920, basndose su uso en combustible para autos de carrera.Es una de las sntesis ms empleadas en la industriaHoy en da ha sido desarrollado para apoyar la tecnologa: como telefona, computacin, entre otrosLlamado alcohol de madera, el cual es el ms simple de los alcoholes y es considerado como un producto petroqumico bsico.

METANOL

Propiedades La estructura qumica del metanol es similar a la del agua, con la diferencia de que el ngulo del enlace C-O-H en el metanol (108.9) es un poco mayor que en el agua (104.5) Forma puente de hidrgeno con el agua y por lo tanto es miscible en este solvente. Es muy buen solvente de sustancias polares, pudindose disolver sustancias inicas como el cloruro de sodio en cantidades apreciables Para finalizar con las propiedades y caractersticas el metanol es un compuesto orgnico muy importante ya que el grupo hidroxilo se convierte con facilidad en cualquier otro grupo funcional Entre sus propiedades ms importantes tenemos:

USOS DEL METANOL

FormaldehdoEl aumento de la demanda del formaldehdo, y consecuentemente del metanol, se debe a su actual uso en la produccin de resinas sintticas urea-formol cuya aplicacin se encuentra en la rama de la construccin como maderas terciadas .

Se obtiene por oxidacin del metanol, actualmente se sintetiza usando plata u xidos metlicos (hierro y molibdeno) como catalizadores; el proceso se puede describir de la siguiente manera:

Formaldehdo

MetilaminasAmonaco y metanol reaccionan en presencia de un catalizador para obtener una mezcla de mono-di y tri-metilamina (MMA, DMA, TMA) a travs de las siguientes reacciones:

En ste proceso algunas descomposiciones del metanol ocurren a CO y H2, pero el rendimiento de la reaccin se mantiene, alrededor del 94% para el metanol y 97% para el amonaco

Metilaminas

Dimetilter (DME)Se produce a travs de la deshidratacin bimolecular catalizada por cidos.

Aditivo para gasolinasSustituto de GLP

Terc-butil metil ter (MTBE): Se utiliza como aditivo oxigenado para las gasolinas.

Fue uno de los principales sustitutos del tetraetilplomo en los Estados Unidos alrededor de los aos 70, debido a la legislacin medioambiental de eliminar las gasolinas con plomo.

La gasolina sin plomo introducida al mercado venezolano se basa en el uso de MTBE como sustituto del plomo.

Acido acticoSe produce a travs de la cabonilacin del metanol.En la actualidad, bp, celanese y eastman producen cido Actico y anhidrido actico mediante catalizadores de rodio, y es uno de los procesos cataliticos homogeneos de mayor produccin anual.

Metacrilato de MetiloEl principal uso es en revestimientos como son: pinturas ltex, lacas y esmaltes.

Se lo emplea en el concreto para hacerlo resistente al agua y tambin en aplicaciones mdicas y en tecnologa dental

Se lo emplea para fabricar resinas, plsticos y dentaduras de plsticos.

Aditivo para gasolina.El metanol tiene un ndice de octanos superior a 100 con lo cual se suele aadir en pequeas cantidades en torno a un 15%, adems tiene la ventaja de ser econmico y producir una combustin limpia.No obstante tiene inconvenientes como que forma depsitos de agua, y adems de ser corrosivo .El metanol hecho de carbn duplicara las emisiones GHG, en comparacin con la gasolina convencional, mientras que el metanol hecho de gas natural, sera levemente inferior que la gasolina; y hecho de celulosa, sera un 60 % menor

Obtencin de protenas por fermentacin.MicroorganismosEn soluciones acuosas nutritivasRequisito: compuestos inorgnicos como nitrgeno, fsforo, azufre.Elaboran protenasOcurre de la siguiente manera:Desde el punto de vista biolgico el paso ms difcil es el de metano a metanol. Por ello se suele utilizar metanol en este proceso, adems del consiguiente ahorro de oxgeno.

CH4 CH3OH HCHO HCOOH CO2

Otros usos

Materia prima

Materia prima MetanoGas de sntesis

Produccin y consumo en el mbito mundial

Aplicaciones del metanol en 1984Aplicaciones del metanol en Europa occidental, Estados Unidos, Japn y el mundo en 1984, tanto como la produccin, capacidades y consumo para estas reas geogrficas. Las capacidades tambin se dan para 1986

Especificaciones Comerciales

Produccin de METANOL

Produccin de METANOLA partir de oxidacin parcial.A partir de reformacion con vapor

Oxidacin parcial con O2 .

Para convertir metano, es tericamente posible ajustar el contenido de oxgeno para obtener un efluente en el cual el radio H2/CO es cercano a 2. En la prctica es necesario considerar las prdidas resultantes de la formacin de metano durante la sntesis del metanol, resultando un radio de H2/CO cercano a 2.25, el cual es ideal para esta conversin.

Oxidacin parcial con O2 .

Este catalizador no tolera derivados de azufre. La alimentacin debe ser primero desulfurizada Parte del gas pasa por la unidad de conversin de CO, y es remezclado con la fraccin no tratada y la fraccin descarbonatada.

Oxidacin parcial con O2 .

El catalizador es resistente a componentes de azufre. La conversin parcial de CO es seguida por desulfuracin y descarbonatacin simultnea.

Oxidacin parcial con O2 .

En ambos esquemas la instalacin de una barrera de azufre ( tal como ZnO) es recomendada para proteger el catalizador de sntesis el cual no tolera compuestos de azufre.

Con los procesos usados frecuentemente para obtener metanol, los cuales operan a baja presin (6 a 9*106 Pa absoluto) es posible eliminar el compresor auxiliar, el cual era indispensable para introducir el gas de sntesis en las condiciones de operacin requeridas.

Entre las otras variantes tecnolgicas existen dos posibilidades de enfriar el efluente a la salida de la oxidacin parcial o gasificacin , entre las cuales tenemos, la generacin de vapor de alta presin, o utilizacin de agua directa.

Mientras que la desulfuracin debe ser total, la decarbonatacin es solo parcial, y es recomendable el uso de un solvente capaz de remover tanto el H2S como el CO2, dirigiendo su selectividad hacia el CO2. Los procesos ideales en estas condiciones son aquellos que emplean solventes fsicos .

Reformado de vapor de gas.

+Gas naturalGAS DESNTESISCatalizador Selectivo

Reformado de vapor de nafta.

+NaftaGAS DESNTESISCatalizador Selectivo basados en gg-almina como soporte de metales activos** Es necesario entonces modificar la estructura qumica de los compuestos que integran las naftas, y para ello se utiliza el proceso de reformacin en el que a condiciones de P moderada y T, se promueven reacciones catalticas conducentes a la generacin de compuestos de mayor octano como son los aromticos y las isoparafinas

Reformado combinado.

1ra.FASE2da.FASE+Gas naturalCatalizador SelectivoGAS DE SNTESIS+GAS DE SNTESISCatalizador SelectivoGAS DE SNTESISrico en CO2*O2

Reformado de gas calentado.

Es una modificacin del mtodo anterior sustituyendo el reformador primario por un intercambiador de calor.

Reformado de Metano con CO2.

Se obtienen mezclas con mayores relaciones CO/H2, cumpliendo con los requerimientos del mercado. La reaccin principal es:

VENTAJA Disminucin de las emisiones de CO2.DESVENTAJASMayor produccin de CO: ambientalmente desfavorableDisponibilidad de CO2: cantidades constantes, sin impurezas, costo de transporte hasta el sitio de produccin.

CINTICA

CinticaEficiencia de carbono.

Con la finalidad de alcanzar la conversin simultanea de CO y CO2 a metanol,

CinticaExisten correlaciones que proveen ciertos datos para efluentes producidos por reformacin de vapor:

Para una fuente de metano, la temperatura de pseudo-equilibrio en la cual cualquier eficiencia de carbono puede ser obtenida a cualquier presin.

La influencia de la alimentacin ( metano o nafta) en la presin a ser aplicada obtiene la misma eficiencia.

CinticaEfecto de la temperatura y presin en la conversin del Carbono.

CinticaEfecto del tipo de alimentacin en la conversin del Carbono.

CinticaLos avances de la selectividad estn directamente relacionados con el nivel trmico actual. Las reacciones mas importantes son:

Reaccin del dixido de carbono residual con hidrgeno MetanacinFormacin de Metilter

CinticaLa ecuacin cintica que representa el resultado de la conversin de CO a metanol se escribe como sigue:

CinticaLa tasa de conversin mxima a cualquier punto del reactor solo puede ser alcanzada al establecer un gradiente de temperatura.

Esto debe ser completado por el anlisis de las cinticas relacionadas con la reaccin inversa de conversin de CO. Los modelos que pueden ser construidos en base a resultados experimentales publicados muestran que, con catalizadores con base oxido de cobre a 5.10exp 6 Pa absolutos, la cercania al equilibrio que podia ser alcanzada es para 12 C para la conversin de CO y 7 C para conversin de CO2.

Un anlisis de la ecuacin muestra que:

CinticaEstos clculos muestran que la produccin de metanol se ve favorecida por:Elevacin de Presin.Reduccin de Temperatura.Aumento del radio CO/CO2 en el gas de sntesis.Aumento en el contenido de hidrogeno de la alimentacin reformada, por lo menos para presiones por encima de 6.10exp 6 Pa absolutos.

Cintica

CinticaAnlisis del Proceso a bajas Presiones.

CinticaDesulfurizacin.

En primer lugar en el hidrogenador se produce la siguiente reacciona para eliminar el THT :

CinticaDesulfurizacin.

En segundo lugar en el desulfurizador se produce la siguiente reaccin para eliminar el H2S:

CinticaReformador.

Se producen las siguientes reacciones:

Se dan a 1133K y 20atm y catalizadas por NiO sobre alminaEn condiciones descritas tiene una constante de equilibrio de K=0.756.

Posee una X= 98%

CinticaReformador.

La velocidad de reaccin de las reacciones 1 y 5 vienen dadas por las siguientes expresiones:

Donde:r1 = Velocidad de reaccin de la reaccin 1 (mol/gcath)r2 = Velocidad de reaccin de la reaccin 2 (mol/gcath)K1, K2 = Constantes de velocidad.Pi = Presiones parciales de los componente (Mpa)Keq1, Keq2 = Constantes de equilibrio.DEN = Parmetro relacionado con la adsorcin.

CinticaReformador.

Las constantes de velocidad cumplen con la ecuacin de Arrhenius:

Constantes para la ecuacin de Arrhenius a T=1133K.

CinticaReformador.

Las constantes de equilibrio vienen dadas por las siguientes expresiones, en funcin de la temperatura:

CinticaReformador.

El factor DEN cumple la siguiente ecuacin:

Las constantes de adsorcin vienen expresadas segn la siguiente formula general:

CinticaReformador.

En la seccin de combustin tienen lugar las siguientes reacciones:

Al producirse una combustin total todas estas reacciones tienen un 100% de conversin.

CinticaReactor.

Las reacciones que se llevan a cabo en el reactor son las siguientes:

Produce 1% en peso de MetanolProduce 0.2% en peso de MetanolProduce 0.1% en peso de MetanolX= 96%

CinticaReactor.

La primera reaccin tiene una conversin por paso del 20% y una conversin total del 96%. Su velocidad de reaccin viene dada por la siguinte expresin:

Donde:rCH3OH = Velocidad de reaccin (mmol/s Kgcatalizador) i = Coeficiente de fugacidad del componente i. Pi = Presin parcial del componente i (kPa) K1 = Constante de equilibrio de la reaccin (kPa-2) A-E = Funciones de la temperatura.

CinticaReactor.

La constante de equilibrio se determina mediante la siguiente expresin:

CinticaReactor.

Los factores A-E cumplen la siguiente ecuacin en funcin de la temperatura:Los valores de Ko y Eo fueron hallados por Earl e Islam.

TERMODINMICA

TermodinmicaPrimera Planta en funcionamiento. (Alemania, 1923).

A partir de Gas de Sntesis.Altas presiones. (250-350atm)Temperaturas entre 350-400CCatalizador compuesto de xido de zinc y xido de cromo.

TermodinmicaDescubrimiento de catalizadores basados en cobre.

Se trabaj con: Catalizadores ms activos que permitieron suavizar las condiciones de reaccin y mejorar la economa del proceso.Bajas presiones (50-100atm)A partir de gas de sntesis.

TermodinmicaEfecto del CO2 en el Gas de Sntesis. (1962).

Se trabaj con:Rango de temperaturas entre 493 y 573K.Presiones de 50-100atmAmbas reacciones son exotrmicas.

TermodinmicaPor lo antes mencionado se dice que el proceso de obtencin de metanol a altas y bajas presiones, sigue los mismos pasos generales:Reformacin con vaporCompresinSntesis de un convertidor catalticoDestilacin para purificar.

La diferencia entre los proceso va a estar en el paso de sntesis, la cual depende del catalizador utilizado:Si el catalizador es Oxido de Zinc y Oxido de Cromo, se dice que el proceso opera a altas presiones.Si el catalizador es a base de la tecnologa de cobre activo, el proceso entonces opera a bajas presiones.

TermodinmicaLas dos reacciones principales utilizadas para la sntesis de metanol son:

Exotrmicas y endotrpicas

TermodinmicaPara calcular la produccin de metanol en equilibrio termodinmico, de acuerdo con la temperatura y presin, puede drsele uso a las expresiones de las constantes de equilibrio Kp como funcin ciertos parmetros, por ejemplo:

Donde:Ni: nmero de moles del producto i en la mezcla.NT: nmero total de moles.i: coeficiente de actividad o fugacidad del producto i.

TermodinmicaEquilibrio de la sntesis del metanol a partir de gas reformado, producido por reformacin de vapor del metano :

Catalizadores para la Sntesis del MetanolLa produccin de metanol a partir de una alimentacin de hidrocarburos requiere de un nmero de pasos catalticos.

ProveeActividad altaEstabilidad altaFuerza Mecnica alta

Catalizadores para la Sntesis del MetanolPara la sntesis de Metanol:

SMKRMezcla de ZnO y CrOSon usados para promover las reacciones de CO y CO2 con H2Usados en condiciones de alta T (330-400C) y P(3000-6000psig)MK-101Basados en CuO, ZnO y Al2O3 Son usados para la sntesis de metanol a partir de CO y CO2 e H2 a T (210-310C) y P(355-2150psig)

Reactores

Descripcin del proceso general a altas y bajas presiones

Proceso de Sntesis de Metanol

Reformacin con vapor (reforming steam) de gas natural ms la adicin de CO2 para ajustar el radio C-H.Compresin.Sntesis de un convertidor catalticoDestilacin para purificar.

Proceso de Sntesis de MetanolEl gas de sntesis es usualmente una mezcla de CO, CO2 y H2 con la conversin a metanol, tomando lugar en las reacciones siguientes:

CO + 2 H2 CH3OHCO2 + 3 H2 CH3OH + H2O

Proceso de Sntesis de MetanolUna vez que se obtiene la proporcin correcta de gas de sntesis, procede la conversin tradicional para metanol a una presin alta de 300 atmsferas, en presencia de un catalizador de xido de cromo y xido de zinc a 660 F.

Procesos de obtencin del metanol

Proceso a Alta Presintemperaturas entre 650-750 Se emplea un catalizador de Zn-Cr Presiones de 4000-5500 psi Relacin de H-CO en la alimentacin de 2.25. ** La reformacin de vapor del gas natural da una relacin entre 3 y 4, por tanto para obtener la relacin correcta, debe ser desechado hidrgeno y aadido CO2.

Proceso a Alta PresinLa reaccin del H2 y el CO que produce metanol es exotrmica:

** La remocin de ste calor producido, para mantener controlado y cercano al rango deseado la temperatura de reaccin de tal manera de obtener mayor selectividad y velocidad de reaccin, es el mayor problema de diseo que se presenta en los reactores de alta presin Aspectos importantes del proceso a alta presin:

Proceso a Alta PresinSe encuentra la unidad de compresin, el cual es tan importante que generan uno de los mayores gastos en los procesos a alta presin. En la industria son preferidos los compresores centrfugos. Sin embargo, los compresores empleados en ese tipo de procesos generalmente dependen de las especificaciones de la planta en cuanto a su diseo.

Proceso a Alta Presin

Proceso a Alta PresinReactor de un solo lecho cataltico enfriado por el gas en contracorriente, o enfriamiento medio a travs de los tubos sin el lecho cataltico.

Rector de lechos catalticos mltiples con control de temperatura por la adicin sucesiva de gas refrigerante para reaccionar con la mezcla de gas.

Proceso a Baja PresinReformacin con Vapor:

Es en esta etapa donde se produce la diferencia en el proceso en funcin del tipo de alimentacin.

En el caso de que la alimentacin sea de gas natural, este se desulfuriza antes de alimentar el reactor.

Dentro del reactor se produce la oxidacin parcial del gas natural.

Proceso a Baja PresinEl gas de sntesis ms el metano residual que sale del primer reactor se mezcla con la otra mitad de la alimentacin. Esta mezcla de gases entra en el segundo reactor, el cual est alimentado por O2 CH4 + CO + CO2 + O2 CO + CO2 + H2@ 950C

Proceso a Baja PresinSntesis.

El gas de sntesis se comprime a 70-100 atm. y se precalienta.Se alimenta al reactor de sntesis de metanol junto con el gas de recirculacin CO + H2 CH3OH H < 0CO2 + H2 CH3OH H < 0@ 240-270 C

Proceso a Baja PresinEl metanol en estado gaseoso que abandona el reactor debe ser purificado, entonces:pasa por un intercambiador de calor que reduce su TSe separa luego por medio de separador, del cual salen gases que se condicionan y se recirculan,El metanol lquido que sale del separador alimenta una columna de destilacin a la cual se le suministra vapor de agua a baja P.

Proceso a Baja Presin

Otros procesos para la obtencin de metanol

Proceso ICIEl nico proceso ms importante para la sntesis de metanol fue el Nuevo Proceso de Metanol de ICI utilizando un nuevo catalizador de cobre activo.

El proceso opera cerca de 50 atmsferas y 500 F.

Las bajas presiones permiten el uso de compresores centrfugos en vez de compresores reciprocantes.

Proceso ICITambin es posible operar con gas de sntesis rico en hidrgeno sin adicionar CO2 y seguir obteniendo la relacin estequiomtrica de C-H deseada.

La diferencia entre los distintos procesos se basa en el reactor de metanol, ya que los procesos de obtencin de gas de sntesis y purificacin de metanol son similares para todos los procesos.

Proceso ICIManufactura del Metanol. Reactores Tpicos.Reactor ICI.Reactor Lurgi

Proceso ICI

GRACIAS

EN GENERAL

Proceso a Alta PresinEsquema de un reactor con mltiples lechos catalticos.