METANOL LIMPIO

5/8/2018 METANOL LIMPIO - slidepdf.com

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METANOL

1.-CONCEPTO:

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 (108.9°) es un poco mayor que

en el agua (104.5°), porque el grupo metilo es mucho mayor que un átomo de

hidrógeno.El metanol es el más simple de los alcoholes y es tóxico. Su fórmula

química es CH3OH. Es miscible con el agua, alcoholes, esteres y con la mayoría

de los solventes orgánicos. Es poco soluble en grasas y aceites.

Es el metano (CH4) con una molécula de hidrógeno (H) sustituido por un radical

hidroxilo (OH). La materia prima típica utilizada en la producción de metanol es el

gas natural.

2.-CARACTERISTICA PRINCIPAL:

- El metanol forma puente de hidrógeno con el agua y por lo tanto es miscible

(soluble en todas las proporciones) en este solvente. Igualmente el metanol es

muy buen solvente de sustancias polares, pudiéndose disolver sustancias iónicascomo el cloruro de sodio en cantidades apreciables.

-De los puntos de ebullición y de fusión se deduce que el metanol es un líquido

volátil a temperatura y presión atmosféricas.

3.-MATERIAS PRIMAS:

-METANO

El metano es un producto final de la putrefacción anaeróbica (sin aire) de las

plantas, es decir, de la descomposición de ciertas moléculas muy complejas.

Como tal, es el principal constituyente (hasta un 97%) del gas natural. Es el

peligroso grisú de las minas de carbón y pueden verse aflorar burbujeando en las

ciénegas como gas de los pantanos.



Si se quiere metano muy puro, puede separarse por destilación fraccionada de los

otros constituyentes del gas natural (también alcanos en su mayoría); la mayor

parte se consume como combustible sin purificar.

El gas natural es una mezcla de gases que se encuentra frecuentemente en

yacimientos fósiles, no-asociado (solo), disuelto o asociado con (acompañando al)

petróleo o en depósitos de carbón. Aunque su composición varía en función del

yacimiento del que se extrae, está compuesto principalmente por metano en

cantidades que comúnmente pueden superar el 90 ó 95% y suele contener otros

gases como nitrógeno, etano, CO2, H2S, butano, propano, mercaptanos y trazas

de hidrocarburos más pesados.

Puede obtenerse también con procesos de descomposición de restos

orgánicos (basuras, vegetales - gas de pantanos) en las plantas de tratamiento de

estos restos (depuradoras de aguas residuales urbanas, plantas de procesado de

basuras, de alpechines, etc.). El gas obtenido así se llama biogás.

El gas natural que se obtiene debe ser procesado para su uso comercial o

doméstico. Algunos de los gases que forman parte del gas natural extraído se

separan de la mezcla porque no tienen capacidad energética (nitrógeno o CO2) o

porque pueden depositarse en las tuberías usadas para su distribución debido a

su alto punto de ebullición.

-VAPOR DE AGUA:

El vapor de agua es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del agua

líquida o por sublimación del hielo. Es inodoro e incoloro.

Muy enrarecido, el vapor de agua es responsable de la humedad ambiental. En

ciertas condiciones, a alta concentración, parte del agua que forma el vapor se

condensa y se forma niebla o, en concentraciones mayores, nubes.

4.-PROPIEDADES:



PROPIEDADES FISICAS:

Las propiedades físicas más relevantes del metanol, en condiciones normales de

presión y temperatura, se listan en la siguiente tabla:

Estado de agregación: Líquido

Apariencia: incoloro

Densidad:721.8 Kg/m3

Masa: 32.04 U

Punto de ebullición: 65°C

Punto de fusión: -94°C

Densidad relativa (agua = 1): 0.79

Solubilidad en agua: Miscible

Presión de vapor, kPa a 20°C: 12.3

Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1.1

Densidad relativa de la mezcla vapor/aire a

20°C (aire = 1): 1.01

Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 6-35.6

-Propiedades químicas

Acidez (pKa): 15.5

Solubilidad en agua: totalmente miscible

Momento dipolar: 1.69 D

Peligrosidad

Punto de inflamabilidad: 12 ºC

Temperatura de autoignición: 385 ºC



5.-ENTALPIA DE REACCION:

Reacción (Hr (Joule/mol)

CO + H2 CH3OH -90135

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O -48969

CO +3H2 CH4 + H2O -205813



6.-ENERGIA LIBRE DE GIBBS:

Reacción (Gr

(Joule/mol)

CO + H2 CH3OH -24891

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O 3827

CO +3H2 CH4 + H2O -141963

7.-ENERGIA DE ACTIVACION:

8.-CINETICA DE LA REACCION:

CO + 2 H2 p CH3OH

La velocidad de reacción de esta reacción viene dada por la siguiente expresión:

Donde: r CH3OH = Velocidad de reacción (mmol/s Kgcatalizador )

Ki = Coeficiente de fugacidad del componente i.

Pi = Presión parcial del componente i (kPa)

K1 = Constante de equilibrio de la reacción (kPa-2)

A-E = Funciones de la temperatura.



9.-EQUILIBRIO QUIMICO:

La reacción de síntesis de metanol (CH30H) es:

En las condiciones de la reacción todas las substancias son gaseosas. Como la

reacción directa es exotérmica, la producción de metanol aumenta al disminuir la

temperatura del sistema.

Algo semejante sucede con los cambios de presión, cuando en el sistema en

equilibrio hay gases entre los reactantes, entre los productos o en ambos. Un

cambio en la presión aplicada sobre los gases produce un aumento o disminución

en su volumen y consecuentemente un cambio en su concentración; así, cuando

aumenta la presión, el sistema se desplaza en el sentido que produce el menor

volumen.

La reacción de formación del metanol a partir del oxido de carbono e hidrogeno es

un proceso reversible. Mientras se forma metanol:

2H2(g) + CO(g)--CH3OH(g)

también hay parte del metanol que se esta descomponiendo:

CH3OH(g)--2H2(g) + CO(g)

Inicialmente ocurre la reacción directa pero en cuanto se forma el etanol también

empieza a transcurrir la reacción opuesta.

Al principio las velocidades de formación y descomposición varían hasta que a una

determinada composición del sistema ambas velocidades se igualan. Los



componentes del sistema alcanzan un equilibrio dinámico en el que sus

concentraciones permanecen Constantes.

Esto se expresa con la doble barra de reacción:

2H2(g) + CO(g) -- CH3OH(g)

-Las concentraciones que cada compuesto alcanza en el equilibrio dependen de

muchos factores, entre ellas las concentraciones iniciales.

-Las concentraciones en el equilibrio de los compuestos no son nulas y varian en

función de sus valores iniciales. Ajustes empíricos conducen a que las

concentraciones en equilibrio cumplen con la regla de:

-Keq varía en función de la temperatura y presión. Permite conocer las

concentraciones de cada sustancia en el equilibrio.

-Como la reacción es exotérmica, una temperatura baja favorecería la formación

del metanol.

-Como el incremento de moles es Dn = -1, un aumento de presión desplazaría la

reacción hacia la derecha, por lo que la presión debe ser baja.

10.-SISTEMA CATALITICO:



Estos catalizadores permiten la síntesis del producto con una alta selectividad, la

mayoría de las veces por encima del 99%, referida a la adición de CO

11.-GRADO DE CONVERSION Y RENDIMIENTO:

CO2 + 3 H2 p CH3OH + H2O 21

2 CO + 4 H2 p CH3OCH3 + H2O 22

2 CO + 4 H2 p C2H5OH + H2O 23

3 CO + 6 H2 p C3H7OH + 2 H2O 24

La reacción 21 tiene una conversión total del 96%. En la reacción 22 se

produce un 1% en peso del metanol total producido, mientras que en la reacción

23 se produce un 0.2% del metanol total producido, y en la reacción 24 se produce

un 0.1% del metanol total producido. La reacción 20 tiene una conversión por paso

del 20% y una conversión total del 96%.

El metanol crudo separado se envía a la sección de purificación del metanol, con

una pureza de 86%. El metanol crudo se destila para eliminar el agua, alcoholes

superiores y otras impurezas y producir metanol de grado químico. 1 tn de metanol

requiere 30 millones de BTU de metano.

12.-TIPO DE REACTOR Y MATERIAL DE CONSTRUCCION:

El proceso elegido para la producción de metanol es la obtención de metanol a

partir de gas de síntesis en un reactor tubular catalítico y por el que fluye el gas de

síntesis en unas condiciones de 250ºC y 50 atm. Para la obtención del gas de

síntesis se realizará un reformado catalítico con vapor del gas natural en

condiciones de 860ºC y 20 atm. El reactor Lurgi es un reactor tubular, cuyos tubos

están llenos de catalizador y enfriados exteriormente por agua en ebullición.



El catalizador reside por dentro de los tubos y por la coraza fluye un medio

refrigerante, por lo general agua de alimentación de calderas, la corriente de

productos de reacción pasa a través de los tubos, y el fluido circundante por la

coraza retira el calor generado por las reacciones, obteniéndose una máxima

razón de conversión con un control de temperatura preciso y con menos

problemas operativos en comparación con los demás. Cuando las condiciones de

presión y temperatura de operación se han fijado, puede efectuarse la selección

del tipo de convertidor antes de efectuar los cálculos para conocer el volumen de

catalizador y la conversión óptima, por tanto, el tipo de convertidor afecta la

conversión que puede obtenerse de un volumen dado de catalizador.

13.-MECANISMO DEL PROCESO DE REACCION:



14.-DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE FABRICACION DEL

PRODUCTO Y DERIVADOS:

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--- CH3OHLa 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 tresalimentaciones (gas natural, mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los

desarrollados por las firmas Lurgi Corp. E Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI).

PROCESO LURGI

Se denomina proceso de baja presión para obtener metanol a partir de

hidrocarburos gaseosos, líquidos o carbón.



El proceso consta de tres etapas bien diferenciadas.

-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 la mitad de la alimentación entra al primer reactor, el 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.

El gas de síntesis más el metano residual que sale del primer reactor se mezcla

con la otra mitad de la 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.

En caso de que la alimentación sea líquida o carbón, ésta es parcialmente oxidada

por O2 y vapor de agua a 1400-1500 °C y 55-60 atm. El gas así formado consiste

en H2, CO con algunas impurezas formadas por pequeñas cantidades de CO2,

CH4, H2S y carbón libre. Esta mezcla pasa luego a otro reactor donde se

acondiciona el gas de síntesis eliminándose el carbón libre, el H2S y parte del

CO2, quedando el gas listo para alimentar el reactor de metanol.

-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 H < 0

CO2 + H2 CH3OH H < 0

Una buena cantidad de calor de reacción se transmite al agua en ebullición

obteniéndose de 1 a 1.4 Kg. de vapor por Kg. de metanol. Además se protege a

los catalizadores.

-Destilación

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 de agua a baja presión.

De la torre de destilación sale el metanol en condiciones normalizadas.



15.-DIAGRAMA DE BLOQUES:

16.-TECNOLOGIA DE PURIFICACION DEL PRODUCTO PRINCIPAL:

El metanol crudo separado se envía a la sección de purificación del metanol, con

una pureza de 86%. 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 delseparador alimenta una columna de destilación alimentada con vapor de agua a

baja presión. De la torre de destilación sale el metanol en condiciones

normalizadas.



17.-APLICACIONES INDUSTRIALES:

El metanol se utiliza en las siguientes aplicaciones:

� Cristalización, precipitación y limpieza de sales halide alcalinasmetálicas� Precipitación de resinas de poliestireno y chloroprene.

� Limpieza y secado de fracciones de carbón en polvo

� Disolventes de pintura

� Limpieza de superficies metálicas

� Limpieza de resinas de intercambio iónico

� Extracción de humedad y resinas de maderas

� Agente extractor en la industria petrolera, química y alimenticia

� Combustible para cocinas de camping y soldadores

� Líquido anticongelante y limpia parabrisas para automóviles

� Anticongelante para deshidratación de oleoductos

-Las aplicaciones primarias del metanol son la producción de productos químicos y

de aquellos que se utilizan como combustible. En la actualidad se está utilizando

cada vez más en el tratamiento de aguas residuales y en la producción de

biodiesel.

-El metanol se utiliza en la manufactura del formaldehido, del ácido acético y de

una variedad de químicos intermedios que forman la base de una gran cantidad de

derivados secundarios. Estos últimos se utilizan en la fabricación de una amplia

gama de productos incluyendo enchapados, tableros aglomerados, espumas,

resinas y plásticos.

-El resto de la demanda del metanol está en el sector del combustible,

principalmente en la producción de MTBE (aditivo para mejorar la combustión de

combustibles sin plomo), que se mezcla con gasolina para reducir la cantidad de

emisiones nocivas de los vehículos de combustión. El metanol también se está

utilizando en menor escala como combustible y es combustible para las celdas de



combustible. En principio cabe destacar que el metanol surge como combustible

alternativo ante la toxicidad de las emisiones de las naftas y la destrucción de la

capa de ozono. Igualmente el poder calorífico de la nafta es el aproximadamente

el doble del poder calorífico del metanol, haciéndolo así mas rentable.

Entre los más conocidos se encuentran el M-85, con 85% de metanol y 15% de

nafta y el M-100 (100% metanol).

18.-IMPACTO AMBIENTAL:

La emisión de agentes contaminantes de automóviles que funcionen con metanol

contendía 20 por ciento de dióxido de carbono y 10 por ciento de los diferentes

hidrocarburos que actualmente emiten los vehículos que utilizan gasolina.

Empleando metanol, los autos eliminarían casi por completo las emisiones de

partículas en suspensión y compuestos tóxicos tales como: óxido de nitrógeno

(NO), ozono (O3), hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono (CO),

dióxido de carbono (CO2) y dióxido de azufre (SO2) entre otros.

Tanto en las mezclas con etanol, como en las que se emplean grandes

porcentajes de metanol, la generación de ozono es mucho menor.

Una desventaja de estos alcoholes es la mayor producción de vapor de agua, que

calienta la atmósfera, y menor cantidad de sulfatos, que la enfrían, por lo que

contribuirían en mayor medida a provocar el ³efecto invernadero".

La sustancia presenta una baja toxicidad para los organismos acuáticos y

terrestres.

A elevadas concentraciones, el metanol puede causar dolores de cabeza, mareos,

náuseas, vómitos y la muerte. Una exposición aguda puede causar ceguera. Una

exposición crónica puede ser causa de daños al hígado.

PELIGROS FISICOS: El vapor se mezcla bien con el aire, formándose fácilmente

mezclas explosivas.



PELIGROS QUIMICOS: La sustancia se descompone al calentarla intensamente,

produciendo monóxido de carbono y formaldehido. Reacciona violentamente con

oxidantes, originando peligro de incendio y explosión. Ataca al plomo y al aluminio.

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