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.
http://www.fischer-tropsch.org/ DOE/DOE_reports/de96003944/de96003944_toc.htm
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
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of Isobutanol to Isobutene in a Slurry Reactor - 1994 - [ Traduzca esta página ]
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to
Isobutene in a Slurry Reactor - 1994. ...
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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: |
