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Ingenieria Quimica
Caso Diseño 2002-I

 

DISEÑO DE PLANTAS- PI 525. 2002-I

 

Memorando

 A:    Ingeniero de Procesos                        Fecha: UNI 12 Abril 2002

De:   Jefe Planeamiento

Ref.- Evaluación económica para tecnologías de Gas Natural a    Químicos

Como no debe escapar a sus conocimientos, nuestro grupo al igual que muchos otros grupos en el mundo está involucrado en el desarrollo de tecnologías para la conversión de gas natural en líquidos.

Los esfuerzos iniciales se debieron a los trabajos pioneros de Fischer y Tropsch quienes desde los años 20 desarrollaron la denominada química de F-T. Esta tecnología fue empleada inicialmente para producir combustibles líquidos derivados del carbón.

Se partía del carbón y se producía gas de síntesis  reformando con vapor el carbón. A continuación mediante los catalizadores Fischer Tropsch se producían los combustibles líquidos

CO + 2H2 ----> -CH2- + H2O

 Esta reacción ha sido empleada entre otros por la cía Sasol de Sudáfrica para la producción de combustibles líquidos desde los años 50, inicialmente a partir del carbón y más recientemente  a partir del gas natural.

Desde los años 90 hay un convencimiento mayor que el químico básico del presente siglo será el gas natural y los líquidos que existen en él. En las últimas décadas numerosas compañías han estado involucradas en el desarrollo de la química  a partir del gas natural y de sus líquidos cambiando el esfuerzo de los años 70/80 donde el énfasis era a partir de la carbo - química.

Es así que en la actualidad compañías como Shell, Texaco y principalmente  Syntroleum se han dedicado al desarrollo de combustibles líquidos y químicos  a partir del gas natural.

El Proceso  Syntroleum convierte gas natural en crudo sintético el cual puede ser procesado a combustibles líquidos y otros químicos. El procesos se basa en dos etapas básicas:

¨      La conversión de gas natural en gas de síntesis. En esta primera etapa el gas natural se reacciona con aire en un reformador auto - térmico para  producir un gas de síntesis diluido en nitrógeno, consiste de manera primaria de monóxido de  carbono e hidrógen.

¨      Etapa de  conversion de gas de síntesis en crudo sintético. Se tiene   una reacción basada en la química a d Fischer-Tropsch; el gas de síntesis fluye a un reactor catalítico donde se convierte en hidrocarburos sintéticos denominados como "crudo síntetico."

Sin embargo esta química del gas natural no sólo permite manufacturar combustible sintéticos, ya que es posible  desarrollar químicos a partir del gas de síntesis que se obtiene bien del carbón o actualmente del  gas natural.

Es así que a partir del gas de síntesis es posible manufacturar  Metil Ter Butil Eter (MTBE) que es un químico que se emplea en el mundo como mejorador de octanaje (al prohibirse en el mundo el empleo del plomo tetraetílico como mejorador de octanaje los compuestos oxigenados especialmente el MTBE se emplean ahora para mejorar octanaje como se puede ver en la Tesis de los Ingenieros Ayarza y Alza- UNI FIQM 1995/1996). En el Perú  el empleo del plomo tetra-etílico se prohibirá a partir del año 2005.

El MTBE se puede manufacturar  a partir del gas de síntesis  por tecnologías en fase líquida.

Los desarrollados para esta tecnologías han ocurrido en dos frentes diferentes.  El primero consiste en desarrollar procesos para producir isobutanol  a partir de gas de síntesis. Los trabajos han estado centrados en definir un sistema catalítico y condiciones  operativas que den rendimiento altos  de alcoholes superiores ramificados, en especial estamos hablando de isobutanol. En estos procesos también se produce metanol (concentración al equilibrio). Este metanol también puede ser empelado como alimentación a los procesos de producción de MTBE.

El segundo desarrollo que ocupará el presente estudio  es el desarrollo de un proceso de reacción en fase líquida para la deshidratación de isobutanol a isobuteno.

 Debido a  preocupaciones ambientales, la demanda de MTBE como un aditivo oxigenado para  mejorar octanaje se ha incrementado de manera dramática en los últimos anos. En la actualidad la mayor fuente de isobuteno es la fracción C4  del craqueo  con vapor o del craqueo catalítico fluido. Una fracción del suministro de  isobuteno se obtiene de la deshidratación  del alcohol ter butílico (TBA). A su vez el TBA es un sub -producto mayor en la manufactura del óxido  de propileno a partior del propileno y del hidro - peróxido  terciario.

 Debido  a la  capacidad limitada de estas fuentes es necesario buscar fuentes alternas de materias primas para la manufactura del MTBE.

 Algunas tecnologías  se están implementando en la actualidad para aumentar la capacidad de producción de isobuteno; una de ellas  consiste en procesos en dos etapas donde el n butano se isomeriza  a isobutano el cual es deshidrogenado a continuación para producir isobuteno. Esta tecnología establece un bench mark para el proceso en fase líquida. Si se establece que es económica la tecnología en fase líquida, esto  permitirá producir isobutano a partir del gas natural  o del carbón y de esta manera se podrá expandir las fuentes de este químico importante.

 La tecnología que se requiere evaluar  es aquella que emplea  un reactor en fase líquida para convertir iso butanol en isobuteno.

 Se le solicita preparar un diseno básico para un planta de demostración para la manufactura de isobuteno a partir de  una corriente de isobutanol y metanol, el cual a su vez ha sido producido a partir de gas de síntesis. La tecnología está aun en etapa de definición a nivel d elaboratorio, pero se requiere un estimado  preliminar de la viabilidad económica del proceso.

 Se requiere disenar una planta de A toneladas por ano, para lo cual Ud. deberá formar un equipo de diseno con otros ingenieros d eprocesos. Uds. deberán preparar un reporte completo con el diseno preliminar y los economicos asociados a la planta referida. Uds. Deberán entregar su Reporte dentro de 12 semanas, después de lo cual deberán hacer una presentación oral del mismo.

 Les alcanzaremos diversas informaciones técnico económicas mediante sucesivos memorandos.

Memorando


A: Grupo de Diseno                                                           Abril 13. 2002

De: Jefe Ingeniería de Procesos

 Ref.-   Copia del Informe  Técnico sobre desarrollo  de Procesos

 Se adjunta copia del informe técnico titulado Deshidratación de Isobutanol a Isobuteno en un Reactor de Slurry, preparado por la Cia Air Products and Chemicals como Contratista  del Departamento de Energía de los Estados Unidos en Febrero de 1994.

 El reporte adjunto y cualquier patente posterior que hubiera sido derivada de este tipo de studios en el proceso referido será la fuente primaría de información para el porceso solicitado. Además Uds. Deberán tener en cuenta que la alimentación al proceso es una mezcla de metanol con butanol, por lo que deberán preparar la alimentación al reactor, además los productos de reacción deberán también ser separados.

 El Informe en si consta de las siguientes partes:

Introducción

Objetivos

Sumario y conclusiones

Situación de patentes.

Seguridad

Regulaciones

Programas futuros

Reconocimientos

1.      Revisión de la Literatura

2.      Termodinámica de la deshidratación de Isobutanol a Isobuteno

3.      Desarrollo experimental

4.      Resultados y Discusion

Catalizadores

Temperatura

Presión

Velocidad espacial del gas

Concentración del alcohol

Comparación de catalizadores

Controlando los rendimientos de isobuteno

Impurezas del catalizador

Dosaje de catalizador

Efecto de la alimentación en los productos

Desarrollo de un modelo cinético

Limitaciones cinéticas y de transferencia de masa

Limitaciones

Efecto agua en deshidratación del isobutanol

Referencias

Apéndices

 

El trabajo de Air Products será la base para el desarrollo de sus disenos por lo que deberán revisarlo cuidadosamente.

Se adjunta el Sumario Ejecutivo.

 

SUMARIO EJECUTIVO DEL PROYECTO DE INVESTIGACION DESHIDRATACION DE ISOBUTANOL  A ISOBUTENO

En 1990 se inició el desarrollo de esta nueva tecnología por encargo del DOE. Esta tecnología esta basada en procesos en fase líquida para la conversión de gas de síntesis en hidrocarburos combustibles oxigenados, aditivos de combustibles y combustibles intermedios.

El objetivo del trabajo de investigación fue desarrollar un proceso basado en el empleo de un reactor de slurry  para la deshidratación de isobutanol  aisobuteno. El iso buteno puede servir como alimentación para la manufactura del aditivo de alto octanaje para combustibles que es el MTBE (Metil ter butil eter).

Se investigaron catalizadores de alúmina debido a que están ampliamente empleados como catalizadores de deshidratación. Se emplearon 4 catalizadores comerciales (Catapal A, Versal B, Versal GH, y A!-3996R) y  se evaluó su actividad y selectividad hacia la oleofina ramificada. Los 4 catalizadores mostraron conversiones mayores a al 80% a 290C, mientras que fue posible obtener conversiones cercanas al 100% a 330 C. La reacción se favorece a bajas presiones y moderadas a bajas velocidades espaciales.

Rendimientos de 0.90 mol de isobuteno por mol de isobutanol reaccionada se obtuvieron  a conversiones del  60-70% o mayores. Con converiones en el rango 75 a 98% los cuatro catalizadores dieron rendimientos de isobuteno en el rango de 0.92 hasta 0.94 con el máximo ocurriendo  con cerca de 90% de conversión. A bajas conversiones, la concentración de diiso butyil eter se vuelve importante mientras que la concentración de butenos lineales es una función lineal de la conversión de isobutanol.

El dosaje de catalizador con 0.8 % de potasio mostró una pequena mejora en la selectividad al isobuteno, pero sin embargo la actividad se empeoró. El empleo d ealcoholes mezclados  mostraron una pequena mejora en la selectividad cuando s ecomparó con la alimentación de isobutanol puro.

El Reporte completo puede bajarse del siguiente sitio internet

http://www.fischer-tropsch.org/ DOE/DOE_reports/de96003944/de96003944_toc.htm

 Se puede llegar  a el según:

 BUSQUEDA GOOGLE: Dehydration of Isobutanol to Isobutene in a Slurry Reactor

 

Dehydration of isobutanol to isobutene in a slurry reactor. - [ Traduzca esta página ]
TITLE: Dehydration of isobutanol to isobutene in a
slurry reactor. AUTHOR: BE Latshaw. ...
www.fischer-tropsch.org/DOE/DOE_abs/L/latshaw_be/latshaw_94_02_00.htm - 9k - En caché - Páginas similares

Dehydration of Isobutanol to Isobutene in a Slurry Reactor - 1994 - [ Traduzca esta página ]
Return to DOE Report Table of Contents. Dehydration of Isobutanol
to Isobutene in a Slurry Reactor - 1994. ...
www.fischer-tropsch.org/DOE/DOE_reports/de96003944/de96003944_toc.htm - 8k -
En caché - Páginas similares
[
Más resultados de www.fischer-tropsch.org ]

 

http://www.fischer-tropsch.org/ DOE/DOE_reports/de96003944/de96003944_toc.htm

 

Return to DOE Report Table of Contents

Dehydration of Isobutanol to Isobutene in a Slurry Reactor - 1994

Latshaw, Bruce E.

Air Products and Chemicals, Inc.

Table of Contents

Report

List of Tables

ii

List of Figures

iii

Introduction

1

Objectives

2

Summary and Conclusions

2

Patent Situation

3

Safety

3

Regulatory Matters

3

Future Programs

3

Acknowledgments

4

1.

Literature Review

4

2.

Thermodynamics of Isobutanol Dehydration to Isobutene

5

3.

Experimental

6

4.

Results and Discussion

6

 

4.1

Catalyst Screening

6

 

 

4.1.1

Temperature

7

 

 

4.1.2

Pressure

8

 

 

4.1.3

Gas Hourly Space Velocity

9

 

 

4.1.4

Alcohol Concentration

10

 

 

4.1.5

Comparison of the Alumina Dehydration Catalysts

11

 

4.2

Controlling Isobutene Yields

12

 

 

4.2.1

Catalyst Impurities

12

 

 

4.2.2

Catalyst Doping for Enhanced Isobutene Selectivity

12

 

 

4.2.3

Effect of Feed Composition on the Product Spectrum

14

 

4.3

Development of Kinetics for the Dehydration of Isobutanol

15

 

 

4.3.1

Mass Transfer or Kinetic Limitations

15

 

 

4.3.2

Effect of Water on the Dehydration of Isobutanol

16

 

 

4.3.3

Development of a Power Law Rate Expression

16

References

17

Figures

Tables

Appendices:

 

 

 

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