Producción de Metanol y Aldehídos a partir de Hidrocarburos: Procesos y Optimización

Producción de Metanol y Aldehídos a partir de Hidrocarburos

3. Gas Natural a Metanol

A. Reacción de Síntesis de Metanol

Reacciones de formación del metanol:

• CO + 2H₂ → CH₃OH ΔH = -90.8 kJ/mol
• CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O ΔH = -49.6 kJ/mol
• CO + H₂O → CO₂ + H₂ ΔH = -41 kJ/mol

El equilibrio se favorece con bajas temperaturas (reacción exotérmica, ΔH < 0) y elevadas presiones (Δn < 0). Para una mayor conversión de CO, se debe trabajar en estas condiciones. Se necesitan catalizadores activos a bajas temperaturas y selectivos (el metanol es poco estable). Para evitar la formación de subproductos, se trabaja a velocidades espaciales muy elevadas.

B. Catalizador y Condiciones

Los catalizadores son muy sensibles al azufre y exigen alta pureza. El Al₂O₃ lo estabiliza. La temperatura debe ser < 570 K para evitar la sinterización del catalizador. Como la reacción es exotérmica (Keq α 1/T), es necesario controlar la temperatura. Se utilizan tres métodos:

1. Reactores de enfriamiento con gas de síntesis frío (adiabáticos). Al acercarse al equilibrio, la velocidad de reacción disminuye. Para reducir la temperatura, se adiciona gas frío, diluyendo el metanol y reduciendo su concentración.
2. Intercambiadores de calor. Se aprovecha el calor para generar vapor, lo que resulta en una mayor recuperación de calor y mayor conversión.
3. Reactor tubular donde el catalizador se carga en tubos refrigerados por H₂O. El aprovechamiento de calor es máximo y se logra una mayor conversión.

C. Diagrama de Bloques

Gas natural reacciona con H₂O → gas de síntesis. La recuperación de calor es muy importante. Compresión: incrementa la presión. Síntesis: reaccionan y se recupera calor. La conversión es baja, por lo que se realiza una purga (como combustión en el reformador) y un reciclado. Purificación (destilación).

4. Propileno a Butaldehído + Isobutaldehído

A. Reacción y Selectividad

Reacción exotérmica: a presión fija, la conversión α 1/T; a temperatura fija, la conversión α P (Δn < 0). Se observa que el aldehído favorecido es el isobutaldehído (relación molar casi 3/1).

B. Conversión y Reciclado

Como H₂/CO/propileno = 1:1:3, la máxima conversión será del 33.3%. El propileno que no reacciona (2/3) se debe reciclar previa purga.

C. Modificación de la Selectividad

Se puede modificar la selectividad mediante catalizadores selectivos para favorecer la formación del aldehído normal.

D. Conversión y Selectividad

La conversión de propileno es del 33.3%. Isobutaldehído = 80%, n-butaldehído = 20%. La selectividad de n-butaldehído = 0.2 * 0.33 * 100 = 6.66% de propileno.

1. Desarrollo Potencial del Petróleo

A. Fracciones del Petróleo

A: Gases y nafta ligera. B: Nafta pesada. C: Keroseno. D: Gasóleo. E: Nafta reformada. F: Residuo atmosférico. G: Gasóleo de vacío. H: Residuo de vacío. I: Gases de visbreaking. J: Naftas de visbreaking. K: Destilados medios de visbreaking. L: GLPs olefínicos. M: Nafta de FCC. N: Keroseno de FCC. Ñ: Gasóleo de FCC. O: Residuo de FCC. P: GLPs olefínicos sin isobutileno. Q: ETBE. R: Fuelóleo de visbreaking.

Procesos de Refino:

1. Destilación atmosférica.
2. Reformado catalítico.
3. Destilación a vacío.
4. Visbreaking.
5. FCC: Cracking catalítico de lecho fluidizado.
6. Eterificación.

B. Refinería de Conversión Profunda

Descripción de una refinería de conversión profunda.