PROCESO PRODUCTIVO DE METANOL

Entrada de Gas Natural

El gas natural es suministrado a planta a una presión de 17 Kg/cm2 y a temperatura ambiente (22-28°C), su presión es controlada por PV-40003. El gas es pasado por el tambor separador V-4001 en el cual los componentes más pesados o posibles condensados presentes en la mezcla son desalojados por el fondo del tambor mientras que el gas natural por ser menos denso sale por tope. Esta corriente se envía al compresor de Gas Natural K-4401 para aumentar su presión aproximadamente hasta 28.5 Kg/cm2

Hidrodesulfuración y Saturación

El gas natural proveniente del compresor K-4401 se une con gas de purga que contiene un alto porcentaje de H2. La desulfuración opera a 380°C aproximadamente por lo tanto ésta mezcla se calienta en el intercambiador de desulfuración E-4002, en donde la corriente ya desulfurada es utilizada como medio de calentamiento para la transferencia de calor. Luego pasa por el precalentador de desulfuración E-4113 para alcanzar dicha temperatura, el cuál es calentado mediante transferencia de calor por convección por parte de los gases calientes que quedan luego de la combustión en el horno reformador.La mezcla GN-H2 ingresa al reactor HDS R-4001, en el cuál utilizando un catalizador sólido NiMo (Níquel-Molibdeno) permite promover la reacción de hidrogenación de los compuestos azufrados contenidos en el gas natural y convertirlos en H2S.

RSH + H2 H2S + RH (Hidrogenación)

La corriente gaseosa que sale del HDS R-4001 pasa por los recipientes R-4002 A/B, cuyo arreglo permite que ambos estén en línea o se tenga uno en línea y otro en cola. El sulfuro de hidrogeno es removido en forma sólida como sulfuro de zinc debido a la absorción de H2S sobre óxido de zinc, el cuál es un absorbente químico.

H2S + ZnO ZnS + H2O

Separador V-4001

CompresorK-4401

GN@ 28.5 Kg/cm2GN@ 17 Kg/cm2, 22-28°C

A

Condensado (comp. más pesados)

GN@ 17 Kg/cm2

La corriente ya desulfurada es enfriada al pasar por el E-4002 y luego ésta pasa al saturador, en donde, por contacto directo en contracorriente con agua caliente que fluye por el tope, se produce la transferencia de masa y calor entre ambas corrientes. El gas sale con el 40% de vapor requerido para la reformación y el agua se recupera en fondo para ser utilizada nuevamente en el saturador.A la mezcla gas-vapor que sale del saturador se le añade mas vapor de modo que se alcance la relación vapor-carbono requerida para la reformación, para luego ser calentada en el calentador de mezcla E-4112 y así llevarla a una temperatura de 538 °C con una rango de presión de 22-23 Kg/cm2.

A E-4002 E-4113

GN desulfurado @ 133°C

GN desulfurado

Gases de combustión

Gases de combustión

HDS R-4001Cat. NiMo

R-4002A/BAbs: ZnO

329°C 380 °C

B

< 0.2 ppm H2S

Saturador C-4001 E-4112

Gases de combustión

Gases de combustión

GN-vap@ 538°C22-23 Kg/cm2

Vapor-carbono 3:1

GN-vap@ 193°C

Reformación

La mezcla gas-vapor que sale del E-4112 entra al horno reformador H-4101. La reacción de reformación del gas requiere muy altas temperaturas y baja presión del sistema para aumentar el valor de la constante de equilibrio de la reacción Vapor-Metano y disminuir la constante de equilibrio de la reacción Agua-Gas para así forzar la reacción vapor-metano hacia el lado de los productos evitando metano residual y concentraciones muy altas de CO2 producido, por lo tanto la reacción global es endotérmica. El exceso de vapor favorece la reacción e impide el craqueo de los hidrocarburos y por ende la deposición de carbón.

El calor de la reacción es suministrado quemando una mezcla de combustibles en los quemadores ubicados en el techo del reformador, de modo que el calor radiante por las altas temperaturas dentro del horno permite el calentamiento de los tubos catalíticos, que contienen óxido de níquel como catalizador y por los cuales pasa la mezcla gas-vapor.

ΔVapor-Metano CH4 + H2O CO + 3H2

Agua-Gas CO + H2O CO2 + H2 + Calor

El gas sale ya reformado como una mezcla de H2, CO, CO2, y CH4 debido a la oxidación de los hidrocarburos, y se le conoce como gas de síntesis, el cuál sale del reformador a una temperatura de 880°C y 20 Kg/cm2 de presión.

Debido al poder calorífico del gas de síntesis, adquirido durante la reformación, éste es utilizado como medio de calentamiento de la caldera de gas reformado E-4120A/B, donde su temperatura alcanza los 380°C, luego es enfriado en el calentador HP BFW E-4101 al ser utilizado como calentamiento de agua para la caldera llegando hasta 168°C.

El gas de síntesis alcanza su punto de rocío, por lo tanto comienza a presentar condesado, éste gas luego es enfriado en el rehervidor de la columna de refinación E-4102 de donde sale como una mezcla bifásica, la cuál es separada en el tambor separador N°1 V-4103 en corrientes líquida y gaseosa. El condensado se envía como reposición al saturador mientras que el gas continúa su enfriamiento en el rehervidor de la columna tope E-4103 y luego en el calentador de agua desmineralizada E-4104, nuevamente el condensado resultante es separado de la corriente gaseosa en el tambor separador N°2 V-4104. La corriente gaseosa es nuevamente enfriada en el enfriador de gas reformado EA-4101 aproximadamente a 68°C mediante la transferencia de calor por convección al aire utilizado como enfriamiento, luego el gas al pasar por el condensador secundario de gas reformado E-4105 alcanza una temperatura de 45 °C y este pasa al tambor separador N°3 V-4105 para remover condensado de proceso. El condensador retirado en el tambor 2 y 3 se envía a la planta de agua desmineralizada para su tratamiento.

B H-4101

Gases de combustión

Gsin@ 880°C 20Kg/cm2

E-4120A/B

BFW

Vapor Saturado

Gsin@ 380°C

E-4101A/B

E-4102Separador V-4103

E-4103E-4104

Separador V-4104

EA-4101 E-4105

Gsin@ 68°C

Gsin@ 45°C

Aire

Aire

BFW

BFW

Condensado de Proceso

Condensado de Proceso

Condensado de Proceso

CW

CW

Agua desmineralizada

Agua desmineralizada

Fondo C-4301

Fondo C-4301

Fondo C-4302

Fondo C-4302

Gsin@

17 Kg/cm2

C

Gsin@ 168°C

VS

Gsin

Gsin

Gsin

Separador V-4105

Compresión de gas de síntesis y síntesis del metanol

El gas de síntesis proveniente de Separador V-4105 pasa a una compresión multietapas con interenfriamiento para controlar el incremento de temperatura producto de la compresión y así minimizar el consumo de vapor requerido por la turbina del compresor. En la primera etapa se comprime en el K-4403 hasta 41 Kg/cm2

para luego pasar por el intercambiador interetapas E-4401 y después por el separador V-4401 para desalojar posible condensado, saliendo a una temperatura de 38°C. El gas de síntesis pasa por la segunda etapa de compresión alcanzando una presión final de 88 Kg/cm2 y 140°C.

Una vez comprimido el gas de síntesis es mezclado con gas que proviene del circulador K-4404. El 25% de ésta mezcla se calienta en el intercambiador tibio E-4201A/B hasta alcanzar una temperatura de 240°C, la cuál es óptima para ser alimentada por el tope al reactor. El 75% de la corriente es calentada a 114°C en el intercambiador frío E-4203 y es inyectada de forma lateral al R-4201 en forma de disparos tibios con el fin de ir enfriando los reactivos a lo largo de la reacción para controlar los incrementos de temperatura en el reactor debido a la condición exotérmica de la reacción. Mientras la temperatura disminuye, la constante de equilibrio de la reacción aumenta favoreciendo la producción de metanol. La reacción se da en un rango de 240 – 270 °C y 83 Kg/cm2 usando un catalizador cobre-zinc.

CO + 2H2 CH3OH+ Calor

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O + Calor

La corriente gaseosa abandona el reactor, parte de ella se utiliza como medio de calentamiento del calentador de agua al saturador E-4202 y la otra parte como medio de calentamiento del intercambiador tibio E-4201A/B para luego combinarse nuevamente y pasar por el intercambiador frío E-4203 en donde se enfría a su punto de rocío de modo que comienza a condensar. La mezcla líquido-vapor que abandono éste equipo pasa por el condensador de metanol crudo EA-4201 en el metanol crudo se enfría por transferencia de calor con aire y se continúa condensando. Luego la mezcla pasa por el condensador secundario de metanol crudo E-4204 y posteriormente por el Separador V-4201 donde se remueven por tope los gases que no condensaron para ser enviados al circulador K-4404 como gas de circulación, mientras que el metanol crudo líquido se envía a los filtros de metanol crudo MS-4201A/B con el fin de remover posibles sólidos como parafinas. A continuación el metanol crudo pasa al recipiente de expansión V-4202 en el cuál ocurre una caída de presión que permite que los gases que se encuentran disueltos en el líquido se separen y sean removidos por tope.

C K-4403 1era etapa

E-4401 V-4001 2da Etapa compresión

Gas de Circulación

E-4201A/B

E-4203

75%

25%

R-4201

240°C114°C

E-4202

270°C

EA-4201

Aire

Aire

E-4204

VSL-V @75°C

Separador V-4201 MS-4201 A/B Expansor

V-4202

Metanol Crudo

Gases Disueltos

Metanol Crudo

CW

CW

D

Condensado de Proceso

Gsin 88 Kg/cm2

140°C

41 Kg/cm2

160°C 38°C

Purificación de Metanol

El metanol crudo procedente del expansor V-4202 es precalentado en el intercambiador fondo/metanol crudo E-4302, el cuál es un intercambiador de placas que utiliza agua proveniente del fondo de la columna de refinación C-4302 como medio de calentamiento, maximizando el área de transferencia de calor debido a la distribución de los fluidos a lo largo de las placas. El metanol crudo sale a una temperatura aproximada de 64°C para ser alimentado a la columna tope C-4301. Al ocurrir el equilibrio líquido-vapor en la columna los gases más livianos que se produjeron en la etapa de síntesis salen por el tope de la columna, éste vapor se envía al condensador primario de la columna tope EA-4303 donde se condensa parcialmente, el líquido resultante pasa al tambor de reflujo de la columna tope V-4301 y el vapor pasa al condensador secundario de la columna tope E-4304 donde nuevamente es condensado parcialmente, el vapor resultante se envía al tambor V-4305 para ser utilizados como combustible mientras que el líquido se envía al tambor de reflujo V-4301 y una parte al tambor de fusel oil V-4304. El reflujo se envía al tope de la columna.

El metanol crudo que abandona la C-4301 por fondo pasa al rehervidor E-4103, donde los componente que se vaporizan se introducen nuevamente al fondo de la columna mientras que el líquido se envía a la alimentación de la columna de refinación C-4302. Al alcanzarse el equilibrio se obtiene metanol refinado que es retirado en el tercer plato superior de la columna, el cuál es enfriado en el E-4306 y enviado a almacenaje. Los vapores que salen por el tope de la columna se enfrían en el condensador de reflujo EA-4305 obteniendo condensado a 70°C que posteriormente es depositado en el tambor de reflujo de la columna de refinación V-4302 para luego ser recirculado hacia el tope de la columna con el fin de rectificar la mayor cantidad de metanol.En los platos inferiores de la columna se remueve fusel oil que es enfriado en el E-4307 y enviado al tambor de fusel oil V-4304.En el fondo de la columna se encuentra casi 100% de agua, esta luego que sale se enfría en el E-4302 y después se envía una parte al expansor V-4202 y otra como efluente a la fosa W-4601.

D E-430264°C

Columna Tope C-4301 Reflujo

V-4301

EA-4303 E-4304V-4305 Combustible

Fusel Oil V-4304

E-4103

Vapor

Columna de Refinación C-4302

EA-4305ReflujoV-4302

E-4306

E-4307

E-4102

Almacenaje

Expansor V-4202

Fosa W-4601

Aire CW

Vapor93°C

Cond89°C

Cond37°C

Cond80°C

Gsin

Aire

Vapor

Cond70°C

Cond 74.6°C

Metanol 39.8°C

Fin

Gsin

Agua

Agua

Fusel Oil

Vapor