DME Production Evaluation

IQ66C - Taller de proyecto

INFORME 1:

Producción de dimetil éter. Negocio propuesto, estudio de mercado, y características del  proceso. Por Andrés Bozzo, Diego Díaz, Felipe Pizarro, y Cristián Soto.

Profesores 

Ricardo Badilla, Francisco Gracia, María Elena Lienqueo  Ayudante 

Fernando Vera Lunes 25 de Marzo de 2011 Rev. 01

Resumen

Resumen El Dimetil Éter (DME), reconocido como un nuevo combustible limpio debido a su combustión muy baja en emisiones, puede ser sintetizado utilizando como materia prima carbón, biomasa, o gas natural. En el caso en estudio, se produce a partir de carbón, lo que permite el proceso productivo más factible de implementar en el mercado Chileno. Sin embargo, su producción implica riesgos que deben analizarse cuidadosamente para poder hacer una implementación efectiva del proyecto, ya que el DME es un producto nuevo que no se comercializa actualmente en el país. Dentro de estos riesgos se destacan la reacción de los consumidores y la inversión inicial, la que es difícil de estimar debido a que no existe un proyecto de características similares en el conti nente. La empresa pretende producir 500 Ton/dia de DME a partir de carbón e iniciar su comercialización en el país como sustituto al gas licuado de petróleo en una mezcla que contenga 20% en volumen de DME o menos. Los clientes serán las empresas distribuidoras de GLP, y ellas mismas retirarán el producto de la planta y lo mezclarán para comercializarlo a los clientes finales. La misión consiste en desarrollar combustibles alternativos a gran escala y entregar productos de alta calidad que sean sustitutos efectivos de los combustibles tradicionales a precios competitivos, de manera de disminuir el impacto ambiental sin aumentar los gastos de las l as personas. Se calculó el precio de venta del DME en US $790 por tonelada. Debido a que el proceso productivo consiste en una síntesis directa a partir de carbón, en la cual éste es el principal insumo, su precio es el principal responsable de la mayor parte de los gastos variables de la empresa, por lo que pueden estimarse las utilidades del proyecto conociendo su precio. Actualmente el carbón se transa a US $121 por tonelada. Asumiendo que los gastos operacionales son aproximadamente un 30% de la ganancia bruta (precio de venta menos costo de materia prima) y asumiendo que la eficiencia global del proceso es de un 65,5%, se obtiene una ganancia de US $200 mil por día de operación.

Informe 1: DME

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Índice

Índice

Resumen .......................................................................................................................................................... 2 Índice ............................................................................................................................................................... 3 1

2

Introducción .............................................................................................................................................. 4

1.1

Antecedentes generales .......................................................................................................................................................... 6

1.2

Negocio propuesto ................................................................................................................................................................. 6

1.3

Misión ....................................................................................................................................................................................... 7

1.4

Características del producto .................................................................................................................................................. 7

1.5

Ventajas competitivas ............................................................................................................................................................ 9

1.6

Lugar geográfico ................................................................................................................................................................... 11

1.7

Mercado objetivo .................................................................................................................................................................. 11

Estudio de mercado ..............................................................................................................................................................12

2.1

Demanda ................................................................................................................................................................................ 12

2.2

Estrategias de comercialización ......................................................................................................................................... 13

2.3

Posible valor de venta del producto .................................................................................................................................. 14

2.4

Ganancia estimada ................................................................................................................................................................ 16

3

Discusiones .............................................................................................................................................................................17

4

Conclusiones ...........................................................................................................................................................................19

5

Referencias Bibliográficas ..................................................................................................................................................20

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1 Introducción

1 Introducción 1.1  Antecedentes generales Se pronostica que la demanda mundial futura por energía, especialmente en las regiones Pacífica y Asiática, será muy grande durante los próximos años. En efecto, según las proyecciones efectuadas, durante el período 2000-2030 la demanda mundial de energía aumentará a un ritmo aproximado del 1,8% anual. La demanda energética de los países en vías de desarrollo crecerá rápidamente. Se espera que en 2030 más de la mitad de la demanda mundial de energía se origine en países en vías de desarrollo. El sistema energético mundial seguirá estando dominado por los combustibles fósiles, los cuales representarán casi el 90% del suministro total de energía en 2030. El petróleo se mantendrá como principal fuente de energía (34%), seguido del carbón (28%). El sistema energético mundial seguirá estando dominado por los combustibles fósiles, los cuales representarán casi el 90% del suministro total de energía en 2030. El petróleo se mantendrá como principal fuente de energía (34%), seguido del carbón (28%). Las reservas de petróleo a escala mundial bastarán para satisfacer la demanda proyectada para las tres próximas décadas. Sin embargo, es posible que la disminución de reservas convencionales de petróleo constituya un motivo de preocupación a partir de 2030. Los precios del petróleo y el gas experimentarán una fuerte tendencia a la alza en relación con los niveles actuales. Con arreglo a las proyecciones, en 2030 el precio del petróleo alcanzará los 35 euros por barril, mientras que los precios del gas serán de 28, 25 y 33 euros por barril en los mercados euroafricanos, americano y asiático, respectivamente [1]. De esa manera, las reservas limitadas de energía así como también los problemas medioambientales producidos por el excesivo consumo de combustibles fósiles (emisiones que producen el calentamiento global y añaden contaminación al medio ambiente) se transformarán en el primer obstáculo para que se pueda producir un crecimiento económico constante en estas regiones. El Dimetil Éter (DME), recientemente reconocido como un nuevo combustible limpio, puede ser sintetizado a partir de distintos tipos de procesos, utilizando como materia prima principalmente biomasa, carbón o gas natural. El DME tiene tres campos de mercado potencial: como generación de electricidad (turbinas de gas, maquinas diesel, sistemas diesel de co-generación, celdas combustibles), como sustituto del diesel y en mezclas con GLP. El DME puede ser distribuido y almacenado utilizando la misma tecnología con la que se dispone para el GLP, lo que significa que no sería necesaria la Informe 1: DME

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adquisición de algún equipamiento especial para su utilización. Si se considera la utilización de gas natural como materia prima, una vez que este ha sido convertido a DME, se dispondrá de una nueva ruta competitiva para transportar este combustible (ahora en estado líquido), comparada con las cadenas de Gas Natural actuales. Los costos de transporte del DME son menores, el proceso es más fácil y se utiliza la misma tecnología que la implementada para el GLP. Esto representa, en estos momentos, el principal mercado objetivo para el DME, es decir, como sustituto del GLP [2]. La llama del DME es visible, de color azul como la del gas natural. Una cocina que utiliza gas natural puede también usar DME sin mayores modificaciones en su estructura. El DME permitirá simultáneamente entregar el abastecimiento seguro de energía a la gran mayoría de la población y permitirá la conservación del medio ambiente debido a sus particulares características. Surge así una alternativa viable a los combustibles fósiles actuales. El DME puede competir en el mercado por su precio, además de que en China y muchos países asiáticos se está invirtiendo en la construcción de plantas de mayor tamaño para la producción de este químico (en la actualidad existen plantas para su producción, pero no en grandes escalas), porque sus costos de producción son más bajos y además de que trae beneficios ecológicos por sus bajos niveles de emisiones [3]. En la actualidad, el DME es utilizado casi exclusivamente como propelente para sprays (pinturas, químicos de la agricultura, cosméticos, etc.) donde ha reemplazado a los compuestos CFC, tan dañinos para la capa de ozono. Aproximadamente 10.000 toneladas/año son producidas en Japón y alrededor de 150.000 toneladas/año se producen mundialmente. En los últimos años se perfila como una de las mejores alternativas a los combustibles fósiles [3]. El DME corresponde al éter más simple, con la fórmula química CH 3OCH3. La tabla Nº1.1.1 muestra las propiedades físicas y químicas del DME así como también las características de su combustión, relativas a las de otros combustibles fósiles utilizados en el presente. EL DME puede ser sintetizado a partir de cualquier material Carbonoso, ya sea Gas Natural, Carbón, Petróleo Crudo y recursos renovables como la Biomasa.

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Especie

Fórmula Química

Punto de Ebullición [K]

Densidad del Líquido [g/cm3]

Gravedad Específica (vs. aire)

Calor de  Vaporización [kJ/kg]

DME

CH3OCH3

247.9

0.67

1.59

467

Propano

C3H8

231

0.49

1.52

426

Metano

CH4

111.5

-

0.55

510

Metanol

CH3OH

337.6

0.79

-

1097

Diesel

-

180 - 370

0.84

-

-

Presión de  Temperatura  Vapor (a) de Ignición [atm] [K]

Límite de Explosión

Número de Cetano (b)

 Valor Calorífico Neto [106  J/kg]

6.1

623

3.4 - 17

55 - 60

28.9

9.3

777

2.1 - 9.4

5

46.46

-

905

may-15

0

50.23

-

743

5.5 - 36

5

21.1

-

-

0.6 - 6.5

40 - 55

41.86

Tabla Nº 1.1.1: Propiedades Físicas y Químicas del DME y otras sustancias utilizadas comúnmente como combustibles. [4]

1.2 Negocio propuesto El proyecto desarrollado propone la generación y utilización de dimetil éter (DME), como un combustible alternativo a los combustibles fósiles convencionales, en particular como un sustituto de cierta parte del mercado del gas licuado de petróleo (GLP), con el cual puede mezclarse hasta cierto punto sin que sea necesario realizar ningún cambio en equipos. Informe 1: DME

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1 Introducción

Estudios muestran que el DME y el GLP son completamente miscibles mientras la mezcla se mantenga con un porcentaje volumétrico de DME menor o igual al 20%, por lo que la infraestructura existente actualmente para el GLP puede ser utilizada sin ningún tipo de modificación en la mezcla a comercializar (tanto almacenamiento como trasporte) [3]. De aquí la idea de que precisamente sea este el porcentaje objetivo al que se pretenda apuntar, para no tener que incurrir en gastos de cambio de infraestructura que podrían volver inviable el negocio. El DME a producir, pretende producirse a partir de carbón ya que no tiene mayor sentido producirlo a partir de petróleo (se pretende reemplazar en parte un combustible producido a partir de él), el gas natural posee en general limitaciones similares a las de los combustibles derivados del petróleo (disponibilidad, mantención a largo plazo, precio, etc) y además la cantidad de biomasa que se puede obtener, al menos en Chile, está sujeta a disponibilidad e incluso a su reutilización por parte de las empresas que la producen.

1.3 Misión La misión de la empresa desarrollada consiste en producir dimetil éter a partir de carbón mediante un proceso innovador recientemente desarrollado e iniciar su comercialización en el país como sustituto al gas licuado de petróleo en una mezcla que contenga alrededor del 20% de DME. De esta manera, el mercado objetivo al que se apunta está constituido por las empresas actuales productoras de GLP, las cuáles dispondrán de DME de alta calidad, que podrá ser mezclado, almacenado en cilindros y distribuido por ellas mismas de manera segura. De esa manera, se busca ser una empresa innovadora que desarrolla combustibles alternativos a gran escala y que es capaz de entregar productos de alta calidad que sean un sustituto efectivo de los combustibles fósiles actuales a precios competitivos y sin necesidad de inversiones adicionales, de manera de disminuir el impacto ambiental generado por las excesivas emisiones de contaminantes y material particulado.

1.4 Características del Producto El proceso global llevado a cabo en la planta de producción diseñada permite obtener DME de muy alta pureza. Esta pureza dependerá básicamente de las conversiones alcanzadas en los Informe 1: DME

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1 Introducción

reactores, las cuáles a su vez dependerán de las condiciones en las que se lleve a cabo la reacción (Temperatura y Presión) y el tipo de catalizador elegido [2]. Para el caso del proceso diseñado, que utiliza síntesis directa de DME y carbón como materia prima [2], se obtendrá un producto final con la composición mostrada en la tabla 1.4.1. Los valores de los flujos másicos anteriores se basan en un flujo másico de alimentación de carbón al proceso global de 9,15 [kg/s]. La concentración de DME obtenido es de aproximadamente 99,9%, con un contenido de metanol menor al 0,01% y concentraciones de agua menores al 0,05% (trazas) [2]. Todas las demás impurezas han sido separadas y eliminadas de la corriente de producto final. La composición obtenida es adecuada con los estándares recomendados por la International Energy Agency (IEA) para la utilización del DME como combustible [6]. Debido a la alta pureza obtenida, su índice de cetano es bastante alto, con valores entre 55 y 60, y su poder calorífico es de aproximadamente 28.9 [MJ/kg] [2]. Especie

Flujo [kg/s]

Másico Fracción Másica [-]

Oxígeno

0

0

Nitrógeno

0

0

Hidrógeno

0

0

Carbono

0

0

CO

0

0

CO2

0

0

Sulfito

0

0

 Agua

 

DME

5.7867

0,9999

Metanol

5.7E-4