Producción de Metanol a Partir Del Gas Natural

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “DR. FEDERICO RIVERO PALACIOS” DISTRITO CAPITAL PROCESOS QUÍMICOS

PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR DE GAS NATURAL (ESTUDIO DE DIAGNÓSTICO Y VIABILIDAD)

Tutor académico:

Autores: Calderón, Carlos

Ana Vidovic

Luis, José Rojas, Yesica

Caracas, febrero de 2016

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “DR. FEDERICO RIVERO PALACIOS” DISTRITO CAPITAL PROCESOS QUÍMICOS

PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR DE GAS NATURAL (ESTUDIO DE DIAGNÓSTICO Y VIABILIDAD) Autores: Calderón, Carlos Luis, José Rojas, Yesica Tutor académico: Ana Vidovic Fecha: Febrero 2016 RESUMEN

La presente investigación documental se lleva a cabo para evaluar la posibilid ad de implementar una planta de producción de metanol en Venezuela, a través de un estudio de diagnóstico y viabilidad. Se mostraran las alternativas tecnológicas existentes para su producción, así mismo como sus respectivos balances de materia y energía para definir cuál sería la alternativa más óptima a utilizar de acuerdo a las necesidades del país, identificando los contaminantes ambientales, verificando los costos de materia prima y producto para concluir si es viable o no el proyecto. El proceso más viable para la producción del metanol es el ICI (Imperial Chemical Industries) por su nivel de producción y su alta conversión del monóxido de carbono. Esta tecnología puede producir 55 toneladas anuales de metanol con un 99,99% de pureza si se le suministran aproximadamente 50 toneladas de gas natural y 110 toneladas de vapor de agua al año. Palabras claves: diagnóstico y viabilidad, metanol, gas natural.

ÍNDICE GENERAL

pp. ÍNDICE GENERAL

i

ÍNDICE DE TABLAS

iii

ÍNDICE DE GRÁFICAS

iv

ÍNDICE DE FIGURAS

v

INTRODUCCIÓN

1

CAPÍTULO I: DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROBLEMA

3

1.1 Descripción del problema socio-tecnológico

3

1.2 Caracterización histórico-cultural

6

1.3 Caracterización ético-política

8

1.4 Caracterización socio-económica

11

CAPITULO II: FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y METODOLÓGICOS 2.1 Fundamentos teóricos

18 18

2.1.1 Antecedentes de la investigación

18

2.1.2 Conceptos básicos

20

2.2 Fundamentos metodológicos

25

2.2.1 Tipo de investigación

25

2.2.2 Diseño de la investigación

26

2.2.3 Procedimientos de la investigación

27

CAPITULO III: CARACTERIZACIÓN TÉCNICA DE LAS ALTERNATIVAS SOCIO-TECNOLÓGICAS

29

3.1 Descripción de los procesos y diagramas de flujo 3.1.1 Tecnología Imperial Chemical Industries (ICI) 3.2 Balances globales de materia y energía

29 29 36

3.2.1 Balance de materia

36

3.2.2 Balance de energía

37

CAPITULO IV: CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL DE LAS ALTERNATIVAS SOCIO-TECNOLÓGICAS

42

i

4.1 Identificación de las sustancias y desechos contaminantes

42

4.2 Identificación de los tipos de contaminación asociadas a los procesos 44 4.3 Identificación de los tratamientos ambientales posibles

46

CAPÍTULO V: ESTUDIO BÁSICO DE COSTOS DE SUSTANCIAS Y MATERIA PRIMA

48

5.1 Costos de sustancias y materia prima

48

5.2 Costos de productos finales

48

CAPÍTULO

VI:

VIABILIDAD

DE

LAS

ALTERNATIVAS

SOCIO-

TECNOLÓGICAS

49

CONCLUSIONES

51

RECOMENDACIONES

52

REFERENCIAS

53

ANEXOS

55

ii

ÍNDICE DE TABLAS

pp. Tabla Nº1: Importación de metanol desde 1998 hasta 2014

12

Tabla Nº2: Exportación de metanol desde 1998 hasta 2014

13

Tabla Nº3: Importación de gas natural 1998-2014

14

Tabla Nº4: Exportación de gas natural 1998-2014

14

Tabla Nº5: Composición de gas natural extraído al Oriente del país

21

Tabla Nº6: Sustancias toxicas del proceso

43

Tabla N°7: Balance en F-101

58

Tabla N°8: Balance en R-101

59

iii

ÍNDICE DE GRÁFICAS

pp. Grafica Nº1: Importación de Metanol desde el año 1998-2014

17

Grafica Nº2: Importación de Metanol 1998-2014 omitiendo las importaciones extraordinarias

18

iv

ÍNDICE DE FIGURAS

pp. Figura Nº1: Demanda mundial de productos derivados del Metanol

4

Figura Nº2: Estructura química del Metanol

23

Figura Nº3: Reactor de Síntesis R-101 con corrientes involucradas

40

Figura Nº4: Horno Reformador F-101 con corrientes involucradas

41

v

INTRODUCCIÓN

En Venezuela se cuenta con grandes cantidades de gas natural que asociado a la producción de petróleo crudo, es un recurso natural de bajo costo de extracción y que ofrece un gran potencial para el desarrollo industrial derivado del procesamiento de sus principales componentes: metano, etano, propano que son utilizados como materia prima fundamentales para la industria petroquímica, en especial para la producción de metanol. El Complejo José Antonio de Anzoátegui es uno de los 3 complejos petroquímicos que existen en Venezuela en donde se encuentran las dos únicas plantas productoras de metanol: Metor y Supermetanol. Debido al incremento que se ha presentado en los últimos años en la demanda de metanol, producto del gas natural, las empresas nacionales han buscado mantener estable sus procesos e incrementar su producción e intentar

cubrir así los

requerimientos que les exige el mercado. Aún con esto, ambas empresas no han podido cubrir la totalidad de demanda del producto que tiene el mercado venezolano. Prueba de esto, son las importacio nes realizadas de metanol en los últimos años. Esto se considera una problemática, ya que las importaciones no apoyan el desarrollo endógeno del país. En este sentido, las posibles soluciones directas son desarrollar los equipos de las empresas ya existentes para capacitarlas a una producción mayor, o diseñar una nueva planta que cubra esa demanda. Como la primera solución necesita información de difícil acceso, la segunda opción es la más sensata. El siguiente trabajo investigativo tiene como finalidad hacer un estudio de diagnóstico y viabilidad que determine la posibilidad de una nueva planta de producción de metanol que abastezca estas importaciones. Para esto, se hace un análisis a las alternativas tecnológicas disponibles en el mercado. Dichas tecnologías comerciales deben de estar presididas en cuanto a distintos aspectos o fases que se encuentran anegados en los capítulos que conforman la siguiente investigación:

1



Capítulo I: Descripción general del problema.



Capitulo II: Fundamentos teóricos y metodológicos.



Capitulo III: Caracterización técnica de las alternativas socio-tecnológicas.



Capitulo IV: Caracterización ambiental de las alternativas socio-tecnológica s.



Capítulo V: Estudio básico de costos de sustancias y materia prima.



Capítulo VI: Viabilidad de las alternativas socio-tecnológicas.

En cada capítulo se desarrolló detalladamente los criterios necesarios para finalmente seleccionar y concluir cual alternativa es la más viable para el desarrollo del proyecto en sus fases posteriores.

2

CAPITULO I DESCRIPCION GENERAL DEL PROBLEMA

1.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA SOCIO-TECNOLOGICO El metanol, también llamado alcohol metílico, alcohol de madera, carbinol y alcohol de quemar, es el primero de los alcoholes. Su fórmula química es CH3OH. En condiciones normales es un líquido incoloro, de escasa viscosidad, de olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y, como la mayoría de los solventes orgánicos, muy tóxico e inflamable. Es un compuesto químico sumamente importante para la industria, El metanol, como todo alcohol, tiene varios usos. Es un disolvente industrial y se emplea como materia prima en la fabricación de formaldehído. El metanol también se emplea como anticongelante en vehículos, combustible de estufas de acampada, solvente de tintas, tintes, resinas, adhesivos, biocombustibles y aspartame. Estudios realizados por DeWitt & Company, Inc., exponen un increme nto progresivo en la demanda de los productos a partir del metanol, lo cual permite concluir que la demanda del metanol se ha incrementado a nivel mundial. El crecimiento observado en la Fig.1 en la demanda mundial de productos a base de metanol en años anteriores expone que el consumo de metanol se ha incrementado en un 20%. Como consecuencia, las empresas están evaluando opciones para incorporar a sus procesos cambios que aumenten la producción del metanol. (Ibarra, G. 2010)

3

Figura 1: Demanda mundial de productos derivados del metanol

En Venezuela existen empresas que producen metanol, debido a que el país posee una gran reservas de gas natural. Las empresas perfeccionadas en este ámbito son Metanol de Oriente, (Metor, S.A.) y Súpermetanol C.A, (Sumeca), ambas Empresas Mixtas de Pequiven. Estas empresas son las únicas plantas a nivel nacional productoras de metanol, comercializándolo en el mercado nacional e internacional. No obstante, Venezuela se ha visto en la necesidad de importar metanol con el fin de satisfacer la demanda nacional. Esta importación demuestra que la producción nacional de metanol no es suficiente para el consumo interno. Siendo la importación enemigo directo del desarrollo endógeno, esto se considera una problemática. Para resolver este problema se propondría realizar mejoras a las plantas actuales con el fin de aumentar la producción del metanol. Sin embargo, conseguir informac ió n detallada sobre las líneas de producción de metanol que actualmente utilizan estas industrias es casi imposible. Es información confidencial que los fabricantes protegen con mucha cautela. Por ello, este estudio está fuera del alcance de los investigadores. Por otro lado, se plantea otra propuesta: la realización de un estudio que determine la posibilidad de aumentar la producción nacional de metanol en otra planta, esto con la finalidad de cubrir las demandas de importación del producto. Para su realizac ió n,

4

se considerarán las alternativas tecnológicas más usadas actualmente en el mercado, las cuales son: 

Tecnología ICI (Imperial Chemical Industries): Es el primer proceso a baja presión que se utilizó en el mercado. Este integra el proceso de reformac ió n del gas natural a vapor y un reactor catalítico que lleva a cabo la síntesis de metanol. Es el proceso más utilizado a nivel mundial para la obtención de alcohol metílico a partir del gas natural debido a su eficiencia y tecnología innovadora.



Proceso Lurgi Syngas: Se basó en el principio del proceso ICI pero utilizando un reformador auto térmico. Este proceso es capaz de obtener el metanol a partir de hidrocarburos gaseosos, líquidos o carbón. No obstante, la falta de datos importantes para la realización de un balance de materia en este proceso (fracciones molares en corrientes, conversión, selectividad, entre otros) hace necesario descartar esta alternativa.



Proceso Lurgi Reformado Combinado

o Lurgi MegaMetanol: la

diferencia con los anteriores procesos es que combina un reformador auto térmico y un reformador a vapor para el proceso de gas de síntesis, debido a que el proceso para síntesis de metanol es el mismo al de ICI y Lurgi Syngas. Sin embargo, a pesar de ser el proceso más eficiente para la producción de metanol, el Lurgi Reformado Combinado es un proceso que aún se encuentra en investigación y, por lo tanto, la documentación del mismo es limitada. Debido a esto, se descarta la idea de utilizar este método como alternativa tecnológica para este proyecto. 

Destilación en seco de la madera: Durante el siglo XIX y a comienzos del XX, fue la forma principal para producir metanol. Este proceso consiste en destilar la madera en ausencia de aire, hasta formarse gases combustible s. Ahora bien, actualmente este proceso ya no está siendo utilizado, ya que los venideros

métodos eran automatizados

producción.

5

y disminuían

los costos de

Una vez planteado el problema el cual se desea solventar, se establece como objetivo general del proyecto de investigación el de realizar un estudio de diagnóstico y viabilidad del diseño de una planta de metanol a partir de gas natural. Como objetivos específicos se plantean los siguientes: 1.

Realizar caracterizaciones que sirvan de criterio para concluir con la viabilidad del proyecto.

2.

Establecer las posibles sustancias tóxicas presentes en la alternativa seleccionada.

3.

Plantear ecuaciones de balances de materia y energía de la alternativa seleccionada.

4.

Establecer precios de materias primas a través de un estudio básico de costos.

1.2 CARACTERIZACION HISTORICO-CULTURAL El metanol fue utilizado en el proceso de embalsamamiento, pero los antiguos egipcios utilizaron una mezcla de sustancias, incluyendo el metanol, que obtenían mediante la pirolisis de la madera. Sin embargo, en 1661 Robert Boyle, aisló el metanol puro, cuando lo produjo a través de la destilación de madera de boj. En 1834, los químicos

franceses Jean-Baptiste Dumas y Eugene Peligot

determinaron su composición elemental. Ellos también introdujeron la palabra metileno en la química orgánica. En 1923 los químicos alemanes Alwin Mittasch y Pier Mathias, trabajadores para la empresa BASF, desarrollaron un medio para convertir un gas de síntesis (una mezcla de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno) en metanol. La patente fue presentada el 12 de enero 1926. Este proceso utiliza un catalizador de óxido de cromo y manganeso, y requiere de presiones extremadamente elevadas que van desde 50 hasta 220 atm y temperaturas de hasta 450 °C. La producción moderna de metanol es más eficiente: se utilizan catalizadores (comúnmente zinc-cobre o zinc-aluminio) capaces de funcionar a presiones más bajas. El metanol moderno de baja presión fue desarrollado por ICI a finales de 1960 con la

6

tecnología actualmente propiedad de Johnson Matthey, que es un licenciante líder de tecnología de metanol. El uso de metanol como combustible de automoción recibió atención durante las crisis del petróleo de la década de 1970 debido a su disponibilidad, bajo costo, y los beneficios medioambientales. Su importancia se basa en su demanda. Debido a sus múltiples aplicaciones y usos, el metanol se ha hecho un lugar importante en las industrias químicas del mundo entero. Además de ser una alternativa de energía limp ia que se puede producir a partir del gas natural, el metanol desempeña un papel cada vez más significativo en la diversificación de las opciones para combustibles ambienta les y energía limpia en países de todo el mundo. Además, durante gran parte de la década de 1980 y principios de los 1990, en los combustibles de gasolina que se venden en Europa se mezclan pequeños porcentajes de metanol. Por su parte, Venezuela posee grandes yacimientos de gas natural (materia prima utilizada para la producción de metanol), y uno de los usos que se le da es su transformación química y generación de sus derivados, con el fin de agregar mayor valor agregado. En Venezuela existen cinco plantas de procesamiento de gas natural, pero es en el Complejo José Antonio de Anzoátegui donde se lleva a cabo la extracción del gas natural que es usado como materia prima para la producción de metanol. (PDVSA, C.A., 2005) Las plantas encargadas de la producción de metanol son Metor S.A. y Súper Metanol C.A. Se encuentran situada al oriente del país, en el “Complejo Petrolero, Petroquímico, e Industrial General José Antonio Anzoátegui”, siendo parte de una industria mixta de Pequiven. Estas llevan a cabo la producción, almacenaje y suministro del alcohol metílico a partir de gas natural (metano) y vapor agua. El Complejo José Antonio de Anzoátegui,

denominado oficialmente como

Complejo Petroquímico General de División José Antonio Anzoátegui, se inauguró el 14 de agosto de 1990 con el fin de impulsar el desarrollo de la petroquímica en el Oriente del país y actuar como bien industrial de las empresas mixtas que operan en el área, mediante el suministro de los servicios básicos necesarios para su operación. Está

7

ubicado en el estado Anzoátegui y tiene una superficie de 740 hectáreas donde se han instalado las plantas de las empresas mixtas en las cuales Pequiven tiene participació n accionaria. Las capacidades de producción nominal de metanol varían según la empresa: para el año 2010, Metor, S.A., tenía una capacidad de 1.600 MTM (miles de toneladas métricas) y Supermetanol, C.A., de 725 MTM. Por otro lado, la producción de estas empresas para el año 2010 eran: Metor produjo 1.078 MTM, mientras que Supermetanol 609 MTM (Libro PODE, 2010). Una parte del metanol producido es distribuido a las empresas venezolanas y otra parte es exportada. Esto se ha hecho sin interrupción desde 1998 hasta la actualidad. A pesar de ser un país productor y exportador de metanol, no sustenta la demanda requerida de este producto. Como consecuencia, en los últimos años se ha visto la necesidad de importar cantidades de metanol.

1.3 CARACTERIZACION ÉTICO-POLITICA La producción del metanol se lleva a cabo por diferentes normas y leyes que van desde la extracción de la materia prima para su producción hasta la elaboración y almacenamiento del mismo (bien sea para el comercio exterior o para ser transportado a otras plantas para ser materia prima de otro producto). A continuación se muestran las diferentes normativas y leyes que permiten que favorecen este proyecto.

Ley Orgánica De Hidrocarburos Gaseosos La Ley Orgánica De Hidrocarburos Gaseosos (Gaceta Oficial N° 36.793. 1999) es una serie de normas referente al negocio gasífero del país. Explica cómo, cuáles y por qué los yacimientos de hidrocarburos gaseosos en Venezuela son de vital importanc ia para el desarrollo de la economía del país. Se muestra entonces como una base legal del proyecto, debido a que el metanol se produce a partir de gas natural (una mezcla de hidrocarburos gaseosos). “Artículo 3. Las actividades relativas a los hidrocarburos gaseosos estarán dirigidas primordialmente al desarrollo nacional, mediante el

8

aprovechamiento intensivo y eficiente de tales sustancias, como combustibles para uso doméstico o industrial, como materia prima a los fines de su industrialización y para su eventual exportación en cualquiera de sus fases. Dichas actividades se realizarán atendiendo a la defensa y uso racional del recurso y a la conservación, protección y preservación del ambiente.” Este articulo vela que cualquier actividad elaborada con el hidrocarburo gaseoso estará primordialmente asociado al desarrollo nacional, por lo tanto el articulo apoya el proyecto debido a que el aprovechamiento del gas natural promovería la producción de metanol, contribuyendo al desarrollo de la nación.

Plan de la Patria (Segundo plan socialista de desarrollo económico y social de la nación, 2013-2019) El Plan de la Patria vela una serie de obras con el fin de consolidar el ámbito social, comercial, económico y político de Venezuela. El proyecto se encuentra vinculado por unos objetivos estratégicos y generales los cuales estipulan que: Por otro lado, el objetivo estratégico 3.1.7.1 cita: “Diversificar el procesamiento de gas natural, naftas y corrientes de refinación, para la generación de productos de mayor valor agregado y la eliminación de importaciones de insumos para refinación” (p. 71). Este objetivo anima a utilizar el gas natural para la producción de compuestos químicos con la finalidad de erradicar importaciones de los mismos. Además, hay objetivos promueven directamente la producción de metanol a nivel nacional, siendo el caso del objetivo estratégico 3.1.7.5, que dice: “Expandir en 87% la capacidad instalada del sector productor de químicos, haciendo énfasis en la producción de aromáticos y el desarrollo de las cadenas aguas abajo del metanol y la urea” (p. 71). Por último, el objetivo estratégico 3.1.12.3 dice: “Fomentar el desarrollo de combustibles alternativos que reemplacen paulatinamente el consumo de derivados del petróleo” (p. 78). Siendo el metanol un combustible ecológico, este objetivo apoya directamente el proyecto de investigación.

9

PNF Procesos Químicos El proyecto se encuentra insertado en el PNF de Procesos Químicos ya que se relaciona con las siguientes áreas de investigación: Área de Investigación: PETROLEO, GAS Y ENERGÍA. Esta área de investigación contribuye al proyecto pues la producción del metanol favorecería a la industria química en la elaboración de químicos derivados. Área de Investigación: DESARROLLO ENDOGENO. El metanol es un derivado del gas natural, y además de este mismo se derivan un conjunto de productos químicos.

Por ello la producción de alcohol metílico

contribuiría a ser una materia prima nacional para la producción de otros compuestos, además de desarrollar las tecnologías empleadas para la elaboración de estos subproductos.

10

1.4 CARACTERIZACIÓN SOCIO-ECONÓMICA Actualmente, el combustible que diariamente millones de venezolanos adquieren para sus automóviles es sumamente dañino para su salud y el ambiente. El metanol, siendo un derivado del gas y coexistiendo para las llamadas gasolinas verdes, provee la posibilidad de ser el reemplazo de estos combustibles tóxicos. Incluso es un compuesto innovador en la industria farmacéutica. Es decir, que la desvalorizac ió n social de la producción del metanol afectaría indirectamente a la economía venezola na, debido a que la importación del alcohol metílico genera un gasto innecesario. Registros de importaciones en el INE (Instituto Nacional de Estadística) muestran que el metanol se importa y también se exporta. La principal planta productora de metanol en Venezuela está ubicada en el oriente del país, llamada Metor S.A. Esta planta no está cubriendo con la demanda nacional, ya que existe un déficit de producción que causa la importación de metanol. Por lo tanto, en este proyecto se realizará un estudio de diagnóstico para establecer la viabilidad de diseñar una planta de producción de metanol que solvente ese déficit que existe en el país. Lo anterior es con la finalidad de poder abastecer a las industrias venezolanas que utilicen el metanol como materia prima. Como consecuencia, se busca satisfacer las necesidades de la población, aumentando la producción de productos (formaldehido, ácido acético, entre otros) que son creados a partir del metanol. En la Tabla 1 se observan las importaciones de metanol de los años 1998 a 2014. En el año 1999 y 2000, se importó la mayor cantidad de metanol que ha visto el país, siendo 11.776.871,00 y 20.458.978,00 kilogramos netos respectivamente. Se puede observar un ligero incremento entre el 2013 al 2014 en la importación de metanol, causando un impacto en la economía venezolana debido a la carencia de metanol en las diferentes industrias de manufactura.

11

Tabla N°1: Importación de metanol (alcohol metílico) desde 1998 hasta 2014 Kilogramos

Año

netos

FOB Bs.

FOB US$

1998

90.809,00

264.915.529,00

485.992,00

1999

11.776.871,00

1.076.954.047,00

1.804.561,00

2000

20.458.978,00

1.535.145.359,00

2.379.036,00

2001

2.584.316,00

606.794.114,00

844.256,00

2002

85.907,00

236.469.306,00

185.299,00

2003

273.559,00

509.723.248,00

318.552,00

2004

74.712,00

449.688.595,00

238.689,00

2005

104.009,00

1.288.458.685,00

591.696,00

2006

71.613,00

1.290.006.870,00

600.015,00

2007

46.071,99

621.026.858,65

288.858,32

2008

24.707,88

282.468,41

131.380,68

2009

29.607,52

337.977,20

157.199,40

2010

11.580,59

659.185,23

185.395,22

2011

64.978,60

4.426.530,85

1.029.425,79

2012

74.795,57

4.923.878,33

1.145.087,99

2013

30.182,93

1.516.775,79

268.971,18

2014

33.632,58

2.802.405,37

392.650,23

Fuente: Instituto Nacional de Estadística (INE) En la tabla 2 se presenta las exportaciones de metanol. Se puede observar que en los años donde más se exportó el metanol fueron en el año 2001, 2013 y 2014, las cantidades

de

1.300.770.510,00;

1.471.720.000,00

respectivamente.

12

y

1.456.873.892,00

kg

Tabla N° 2: Exportaciones de metanol (alcohol metílico) 1998 – 2014 Año

Kilogramos Netos

FOB Bs

FOB US$

1998

1.182.575.848,00

56.228.793.547,00

104.861.004,00

1999

1.057.433.004,00

42.050.381.380,00

69.272.546,00

2000

1.242.452.800,00

96.607.310.814,00

141.598.823,00

2001

1.300.770.510,00

141.695.463.859,00

198.106.321,00

2002

1.029.899.566,00

147.747.984.083,00

123.102.511,00

2003

952.347.824,00

294.663.321.593,00

183.983.749,00

2004

1.090.282.427,00

401.052.893.300,00

213.390.405,00

2005

991.844.465,00

471.278.610.162,00

222.099.058,00

2006

777.046.704,00

489.883.969.448,00

228.419.851,00

2007

845.092.480,00

589.390.117.552,00

274.455.352,00

2008

326.221.979,00

291.976.957,00

135.827.115,00

2009

160.246.340,00

51.959.053,00

24.191.602,00

2010

8.562.750,00

11.481.355,00

2.820.425,00

2011

70.545.150,00

99.373.790,00

23.111.593,00

2012

1.181.560.000,00

1.592.088.162,00

370.302.936,00

2013

1.471.720.000,00

3.347.213.362,00

547.421.237,00

2014

1.456.873.892,00

4.591.294.246,00

546.775.001,00

Fuente: Instituto Nacional de Estadística (INE) A primera instancia, no es lógico que se exporte tantas cantidades de metanol (relacionada a la producción nacional) y se importe en menor cantidad. Esta incoherencia hizo necesaria inquirir respecto a la pureza del metanol importado y exportado. Una investigación en la Asociación Venezolana de la Industria Química y Petroquímica (Asoquim) demostró que la pureza del metanol producida por Metror es del 95% (metanol para combustible). Por consiguiente, se asumirá que el metanol importado es de nivel analítico con una pureza del 99% (se asume este dato ya que no se consiguió alguna fuente de información que indique la pureza del metanol importado).

13

Adicionalmente, se investigó en cuanto a las importaciones y exportaciones de la materia prima, que en este caso es el gas natural. En la tabla 3, se pueden observar cifras relativamente altas de gas natural importado durante los años 1998 hasta el 2001; esto pudiera justificar la también alta importación metanol durante parte de ese periodo, específicamente en 1998 y 1999.

Tabla Nº 3: Importación del Gas Natural 1998-2014. Año

Kilogramos Netos

FOB Bs

FOB US$

1998

2.999,00

10.923.904,00

19.135,00

1999

450.057,00

262.011.002,00

428.887,00

2000

44.206,00

61.096.905,00

89.172,00

2001

9.690,00

21.003.826,00

30.660,00

2002

3,00

336.547,00

242,00

2003

0

0

0

2004

0

0

0

2005

47,00

4.828.384,00

2.246,00

2006

13,00

7.740.000,00

3.600,00

2007

0

0

0

2008

235,53

21.463,45

9.983,00

2009

0

0

0

2010

1,35

674,90

259,58

2011

0

0

0

2012

0

0

0

2013

0

0

0

2014

0,98

4.315,50

685,00

Fuente: Instituto Nacional de Estadística (INE) En la tabla 4, se puede observar que los únicos años en donde hubo exportación de gas natural en Venezuela fueron en el año 1998 y en el 2005.

14

Tabla Nº 4: Exportaciones del gas natural 1998-2014. Año

Kilogramos Netos

FOB Bs

FOB US$

1998

8.936,00

1.967.154,00

3.534,00

2005

62,00

521.138,00

243,00

Fuente: Instituto Nacional de Estadística (INE)

Relacionando las tablas de importación y exportación del metanol y el gas natural (la materia prima), es de notar que en el último año el país ha tenido la necesidad de aumentar la importación, y disminuir la exportación de metanol. Una de las razones es que, en ese mismo año, hubo la necesidad de importar gas natural, lo que llevo a un déficit en la producción de metanol. Las tablas de importación y exportación del metanol y gas natural muestran que entre los años 2013 y 2014 hubo una carencia en la producción de metanol en el país, evidenciado a partir de que la exportación disminuyo y la importación aumentó en el año 2014. En teoría, este déficit en la producción de metanol se debe a que en el 2014 hubo que importar gas natural, posiblemente para sustentar la producción de metanol. Para el estudio y viabilidad del diseño de una planta de Metanol a través de gas natural se debe establecer una base cálculo, con el fin de tener la cifra de producción que la planta de metanol llevara a cabo para satisfacer la demanda nacional. Lo ideal sería diseñar una planta de producción que cubra la importación más reciente (33.632,58kg en el 2014), ya que es la cifra que denota la necesidad actualizada del país por el compuesto. Ahora bien, las alternativas tecnológicas no son capaces de producir metanol a tan pequeña escala (la planta de metanol con menor capacidad de producción es de 50 toneladas por año, y la de mayor capacidad es de un milló n). Debido a esto, se ve necesario hacer un promedio de las importaciones en los últimos años para obtener una cifra más realista a la hora de diseñar la planta. En este sentido, se presenta la gráfica 1 que muestra la variación en cantidades (kg) de importaciones desde el año 1998 hasta 2014:

15

20.500.000,00 17.500.000,00 14.500.000,00

Kg

11.500.000,00 8.500.000,00 5.500.000,00 2.500.000,00 -500.000,00

Año

Grafica 1: Importaciones de metanol desde 1998 hasta 2014

Es evidente que un pico extremadamente alto no ayuda a tener una tendencia ideal. Este pico se debe a las altísimas importaciones del metanol desde 1999 hasta el 2001 (posiblemente debido al cambio de gobierno en 1999, que originó una crítica situación económica y social en el país, la cual, por su parte, ocasionó el paro petrolero de 2002). Estas importaciones se considerarán extraordinarias y, por lo tanto, serán omitidas en el cálculo del promedio. También se considerarán importaciones extraordinarias las cifras que tengan más de dos números en el grupo de los miles, siendo claramente las importaciones realizadas durante el 2003 y el 2005. Ahora, y omitiendo las importaciones extraordinarias, se observa en la gráfica 2 una curva de importaciones con una tendencia más razonable:

16

100.000,00 90.000,00

Kilogramos importados

80.000,00 70.000,00

60.000,00 50.000,00

40.000,00 30.000,00

20.000,00 10.000,00

0,00

Año

Grafica 2: Importaciones de metanol desde 1998 hasta 2014 omitiendo

las

importaciones extraordinarias.

El promedio, o media aritmética se define como el valor característico de una serie de datos cuantitativos y su ecuación es la siguiente: 𝑛

1 𝑎 + 𝑎2 + ⋯ + 𝑎𝑛 𝑥̅ = ∑ 𝑎𝑖 = 1 𝑛 𝑛 𝑖 =1

Sustituyendo los datos en la ecuación se obtiene un resultado de 53.216,56 kilogramos/año. No obstante se redondeara la cifra a 55.000 kilogramos/año para la facilidad de los cálculos de balance de masa y energía.

17

CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y METODOLÓGICOS

2.1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1.1 Antecedentes de la investigación 

David LeRoy Hagen (1976), ingeniero del Departamento de Investigación y Desarrollo de Energía de los Estados Unidos, publicó un libro llamado “Methanol: its synthesis, use as a fuel, economics, and hazards” (Metanol: su síntesis, su uso como combustible, la economía y los riesgos). En la publicación, Hagen destaca el desarrollo del metanol como combustible para líneas de producción llamándolo “el combustible de la nueva era”, y resalta la importancia de aumentar la producción del alcohol no solo en el norte de América sino a nivel mundial.



En la Universidad de Prensa de América, la economista Christiana Perry (1990) escribió un ensayo titulado “Methanol: bridge to a renewable energy future” (Metanol: un puente hacia la energía renovable del futuro). En este Perry expone los pro y contra del metanol como combustible de energía y el impacto que tendría en la economía mundial si se prefiriese este en vez de la gasolina.



Judeylis Cerezo (2003), elaboró un estudio titulado “Evaluación técnica del proyecto de inyección de CO2 , determinando los cuellos de botella en la planta de metanol de Metor S.A.”, cuyo objetivo principal fue evaluar el impacto que tendría el proceso de producción de metanol al inyectar CO 2 directamente al reactor de síntesis de la planta de Metor. S.A., e identificar los problemas actuales que limitarían la ejecución del proyecto. La técnica de inyección de CO 2 es utilizada para incrementar la producción de metanol sin cambiar significativamente las instalaciones del proceso.



En el año 2006, se inició el proyecto de ampliación de la planta de metanol ubicada en el complejo industrial General José Antonio Anzoátegui, para aumentar la capacidad a 1584 MTM de metanol a cargo de la empresa Inelectra .

18

Así mismo, se contempla instalar dos nuevas plantas de metanol (Metanol II y III) con capacidades de 825 MTM c/u dentro del Plan Estratégico de Pequiven 2006-2012. 

Así mismo, en el 2009, Alex Díaz realizó un estudio en los sistemas de interlock de una planta de metanol llamado “Evaluación del sistema de protecciones para el horno reformador y compresores de procesos de una planta de producción de metanol”. En este estudio, se diseñaron sistemas de emergencia a equipos en donde esta función estaba deshabilitada del proceso utilizado por la empresa Metor S.A., particularmente en el horno reformador, la sección de compresión y las turbinas de vapor.



En 2010, Giannina Vásquez desarrolló un proyecto de investigación titulado “Simulación del proceso de obtención de metanol con el objetivo de industrializar el gas natural en el Perú”, donde se hace referencia a altas reservas de gas natural en Perú, las cuales no están siendo utilizadas para la transformación en productos químicos. El estudio de la investigación propone una serie de procesos que sustentan la creación de una planta de metanol a partir de gas de síntesis, estos procesos son: la destilación de madera, la Tecnología

Imperial Chemical Industries (ICI), Lurgi SynGas y Lurgi

Combinado, con el fin de la perspectiva comercial para el aumento de la economía peruana. 

En marzo de 2010, Charles Gutiérrez hizo un trabajo especial de grado en donde estudiaba tres procesos para la obtención de metanol a partir del gas natural, y como estos pudiesen ser adaptados a las necesidades de Venezuela.

Los trabajos anteriormente mencionados plantean la necesidad de aumentar la producción de metanol (tanto en Venezuela como a nivel mundial), sustentándose con procesos eficientes que mantienen una relación producción/rentabilidad atractiva, algunos de los cuales han sido factibles en Venezuela. No obstante, en la actualidad no se ha podido cubrir a su totalidad la demanda de este combustible (muestra de ellos son los altos números de importaciones de metanol que ha hecho el país en los últimos años). Es por ello que se desarrolla una posible solución a esta problemática, esto

19

mediante aplicación de cálculos, investigación bibliográfica, estudio de eficiencia y comparación con procesos similares.

2.1.2 Conceptos básicos Gas Natural Se denomina gas natural al conjunto de hidrocarburos gaseosos formados principalmente por el metano, en proporción superior al 70%, que se obtiene de la naturaleza en los campos petrolíferos acompañando al curso del petróleo (gas natural asociado) o acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otro hidrocarburos o gases (gas natural no asociado). No existe una teoría rigurosa sobre su formación, pero puede asegurarse que proviene del mismo proceso de formación del petróleo. Desde hace varios decenios, las prospecciones geológicas, que se han acelerado después de la segunda guerra mundial, han hecho aparecer (desigualmente repartidos sobre la superficie del globo y a profundidades que sobrepasan, a veces, los 5000 m) yacimientos de gas más o menos importantes y más o menos concentrados, acompañados o no de petróleo. Los componentes que pueden acompañar al metano son hidrocarburos saturados como etano, propano, butano, pentano y pequeñas proporciones de gases inertes, tales como dióxido de carbono, nitrógeno y, en algunos casos, ácido sulfhídrico, oxígeno e hidrógeno. La tabla N°5 muestra la composición del gas natural extraído al oriente del país:

20

Tabla 5: Composición del gas natural extraído al oriente de Venezuela Compuesto

Formula Química

%

Metano

CH4

76,9

Dióxido de carbono

CO2

12,5

Etano

C2 H6

5,8

Propano

C3 H8

2,5

Butano

C4 H10

1,1

Pentano

C5 H12

0,5

Heptano

C7 H16

0,4

Nitrógeno

N2

0,1

Fuente: Trabajo especial de grado realizado por Erik Pernía en el 2005 titulado “Estudio comparativo de la riqueza del gas natural venezolano, simulando con la válvula Joule-Thomson” en la Universidad Rafael Urdaneta.

Metanol El metanol (conocido también como alcohol metílico o alcohol de madera), es el compuesto orgánico más simple perteneciente a la familia de alcoholes. Su fórmula química es CH3 OH. Anteriormente este compuesto era obtenido por calentamiento de la madera en un recipiente cerrado (destilación seca). Actualmente se produce mediante la reacción de síntesis del monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO 2 ), con hidrógeno (H2 ) en presencia de un catalizador bajo la acción del calor.

21

Propiedades físicas, químicas y termodinámicas del metanol 

Liquido incoloro, ligero, inflamable y tóxico.



Formula semidesarrollada: CH3 -OH.



Formula química: CH4 O.



Masa molar: 32,04 g/mol.



Composición: C: 37,48%, H: 12,58% y O: 49,93%.



Densidad: 0,81 g/cm3 (0 °C); 0,7960 g/cm3 (15 °C); 0,7915 g/cm3 (20 °C); 0,7866 g/cm3 (25 °C).



Número CAS: 67-56-1.



Punto de fusión: -97,8 °C.



Punto de ebullición: 64,7 °C (760 mmHg); 34,8 °C (400 mmHg), 34.8 °C (200 mmHg); 21,2 °C (100 mmHg); 12,2 °C (60 mmHg); 5 °C (40 mmHg) ; -6 °C (20 mmHg); -16,2 °C (10 mmHg); -25,3 °C (5 mmHg), -44 °C (1 mmHg).



Solubilidad en agua: miscible.



Viscosidad: 0,59 mPa·s a 20 °C.



Índice de refracción a 20 °C: 1.3292.



Densidad de vapor (aire = 1): 1,11.



Punto de inflamación en copa cerrada (Flash point): 12,2 °C.



Punto de congelación: -97,68 °C.



Temperatura de ignición: 470 °C.



Límites de explosividad (% en volumen en el aire): 6-36.5%.



Temperatura crítica: 240 °C.



Presión crítica: 78.5 atm.



Volumen crítico: 118 cm3 /mol.



Calor de formación: -239,03 kJ/mol (líquido a 25 °C).



Energía libre de formación: -166.81 kJ/mol (líquido a 25 °C).



Calor de fusión: 103 J/g.



Calor de vaporización en el punto de ebullición: 1129 J/g.

22



Calor de combustión: 22662 J/g (a 25 °C).



Temperatura de autoignición: 380 °C.



Tensión superficial: 22.6 din/cm.

Estructura y propiedades químicas del metanol La estructura química del metanol es muy similar a la del agua, con la diferencia de que el ángulo del enlace C-O-H en el metanol (108.9°) es un poco mayor que en el agua (104.5°), porque el grupo metilo es mucho mayor que un átomo de hidrógeno. En la figura 2 se observa la estructura química de una molécula de metanol.

Fig.2: Estructura química del Metanol

De los puntos de ebullición y de fusión se deduce que el metanol es un líquido volátil a temperatura y presión atmosféricas. Esto es destacable ya que tiene un peso molecular similar al del etano (30 g/mol), y éste es un gas en condiciones normales. La causa de la diferencia entre los puntos de ebullición entre los alcoholes y los hidrocarburos de similares pesos moleculares es que las moléculas de los primeros se atraen entre sí con mayor fuerza. En el caso del metanol estas fuerzas son de puente de hidrógeno, por lo tanto esta diferencia es más remarcada. El metanol y el agua tienen propiedades parecidas debido a que ambos tienen grupos hidroxilo que pueden formar puente de hidrógeno. El metanol forma puente de hidrógeno con el agua y por lo tanto es miscible (soluble en todas las proporciones) en este solvente. Igualmente el metanol es excelente solvente de sustancias polares, en

23

donde se pueden disolver sustancias iónicas como el cloruro de sodio en cantidades apreciables. De igual manera que el protón del hidroxilo del agua, el protón del hidroxilo del metanol es débilmente ácido. Se puede afirmar que la acidez del metanol es equivalente a la del agua. El metanol es considerado como un producto o material inflamable de primera categoría ya que puede emitir vapores que, mezclados en proporciones adecuadas con el aire, originan mezclas combustibles. El metanol es un combustible con un gran poder calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación es de 12,2 ºC. El metanol es un compuesto orgánico muy importante ya que el grupo hidroxilo se convierte con facilidad en cualquier otro grupo funcional. Así el metanol se oxida para obtener formaldehído (formol) y ácido fórmico; mientras que por su reducción se obtiene metano. Igualmente importantes son las reacciones de éter y esterificación.

Procesos para la obtención de metanol Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera. Esta materia prima llevó al compuesto a poseer el nombre de alcohol de madera. Este proceso consiste en destilar la madera en ausencia de aire a unos 400 °C formándose gases combustibles (CO, C 2 H4 , H2 ), empleados en el calentamiento de las retortas. El proceso da como resultado un destilado acuoso (que se conoce como ácido piroleñoso y que contiene 7-9% de ácido acético, 2-3% de metanol, 0.5% de acetona y el resto en agua) y alquitrán de madera como producto de fondo. Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales grandes y complicados. En estos reactores se llevan a cabo las siguientes reacciones:

24

La reacción se produce a una temperatura de 300-400 °C y a una presión de 200300 atm. Los catalizadores usados son ZnO, Cr2 O3 o una aleación de ambos. El gas de síntesis (CO + H2 ) se puede obtener de distintas formas. Los distintos procesos productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho. Actualme nte el proceso más ampliamente usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua.

Sin embargo el gas de síntesis también se puede obtener a partir de la combustión parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón, en presencia de agua.

Los procesos industriales más ampliamente usados, usando cualquiera de las tres alimentaciones (gas natural, mezcla de hidrocarburos líquidos o carbón) son los desarrollados por las firmas Lurgi Corp. e Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI).

2.2 FUNDAMENTOS METODOLÓGICOS 2.2.1 Tipo de investigación Como se mencionó en el anterior capitulo, es evidente que Venezuela sufre un déficit en la producción de metanol, y en relación con los objetivos planteado, el tipo de investigación es “proyecto factible”. Según UPEL (2010), define el proyecto factible como: “El Proyecto Factible consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar

problemas,

requerimientos

25

o

necesidades

de

organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulac ió n de políticas,

programas, tecnologías,

métodos o procesos. El

Proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo documenta l, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades. ”

2.2.2 Diseño de la investigación Según Arias (2006), “El diseño de la investigación es la estrategia que adopta el investigador para responder al problema planteado. En atención al diseño, la investigación se clasifica en: investigación documental, investigación de campo e investigación experimental”. Observando el proyecto a través de este concepto, el cual busca analizar el aumento de producción de metanol en Venezuela, se aplicará un diseño de tipo documental. Santa Palella y Feliberto Martins (2010), indican que: “El diseño bibliográfico o documental, se fundamenta en la revisió n sistemática,

rigurosa y profunda del material documental de

cualquier clase. Se procura el análisis de los fenómenos o el establecimiento de la relación entre dos o más variables. Cuando opta por este tipo de estudio, el investigador utiliza documentos, los recolecta, selecciona, analiza y presenta resultados coherentes”. Para esta investigación se siguieron los siguientes pasos: 

Con la finalidad de profundizar los conocimientos del tema y poseer toda la información pertinente, se hizo la localización y comprobación de fuentes bibliográficas y documentales tales como:  Libros sobre los compuestos implicados.  Informes,

tesis o proyectos

detallados

sobre las diferente s

alternativas tecnológicas existentes.  Publicaciones referentes a los reactivos, productos y sub productos.  Normativas relacionadas con los compuestos (como el transporte, la manipulación, la seguridad, etc.)

26

 Información acerca de características fisicoquímicas, toxicidad, impacto ambiental, leyes entre otros. 

Se investigó y redactó la información utilizada en el Capítulo I (Sociotecnológico, Ético-político, Histórico-cultural, Socio-económico).

Luego de haber realizado esta búsqueda de documentación necesaria (alternativas tecnológicas,

compuestos implicados,

tipos de reacciones, equipos, sustancias

contaminantes), se procedió a analizar cuatro alternativas disponibles y descartar algunas, tomando en cuenta los siguientes criterios:  Generación excesiva de contaminantes.  Uso elevado de equipos.  Catalizadores difíciles de conseguir y mantener.  Energía consumida.  Caracterización técnica.  Escasa documentación debido a la continua investigación de la patente o la privacidad de información por parte de las licencias.  Antigüedad del proceso. Finalmente, se eligió una alternativa que armonizaba con las necesidades de Venezuela y resuelve la problemática planteada.

2.2.3 Procedimientos de la investigación Investigación documental En este aspecto, se llevaron a cabo el siguiente procedimiento: se hizo una investigación

a fondo de todas las fuentes bibliográficas al alcance de los

investigadores que documentaran detalladamente las alternativas tecnológicas de producción de metanol (materias primas,

reacciones involucradas,

sustancias

involucradas, catalizadores utilizados). Posteriormente, se hizo un análisis de las mismas y se redactó la información relevante para la investigación.

27

Caracterización de las alternativas tecnológicas Para esto se procedió dando una descripción general del problema, se caracteriza la problemática a nivel socio-tecnológico, histórico-cultural, ético-político y socioeconómico, con la finalidad de conocer los criterios que lleven a la selección de la alternativa más viable.

Caracterización técnica de las alternativas tecnológicas Es la esencia del proyecto de investigación, en donde se realiza la caracterizació n técnica de la alternativa planteada, así como la descripción de los procesos y diagramas flujo, los listados de equipos e identificación de las variables dentro del proceso, parámetros técnicos, balances de materia y energía. Para el cálculo de los balances de materia y energía se utilizó una base de cálculo de 55 toneladas/año (55.000 kilogramos/año), cifra resultante del promedio de importaciones del metanol en los últimos años.

Análisis comparativo Procedimiento en el que se conoce la alternativa tecnológica más eficiente para solventar la problemática, de acuerdo a la caracterización del técnica del proceso. Se exponen las conclusiones y recomendaciones, con el fin de mejorar la investigación y llevar a cabo el proyecto.

28

CAPITULO III CARACTERIZACIÓN TÉCNICA DE LAS ALTERNATIVAS SOCIO-TECNOLÓGICAS

3.1 DESCRIPCION DE LOS PROCESOS Y DIAGRAMAS DE FLUJO Tecnología Imperial Chemical Industries (ICI) El proceso de baja presión ICI, operado por primera vez en una planta piloto en 1966, desempeña un papel dominante. Hoy en día, aproximadamente 65% de la producción de metanol mundial se basa en el proceso de ICI, que se caracteriza por menores costes de inversión y proceso. El catalizador a base de ZnO/Cr2 O3 requiere un gas de síntesis particularmente libre de azufre y cloro. Se introdujo recienteme nte una nueva generación

de catalizadores

con una mayor vida útil de 50%,

aproximadamente de 3 a 5 años. La conversión es de 90% y el metanol se puede obtener con una pureza de hasta 99,99% en peso. Algunas de sus características más significativas son las siguientes: 

Utiliza una alimentación de gas natural que luego será reformado a gas de síntesis que contiene H2 , CO y CO2 . En esto se diferencia a los demás procesos ya que la reformación de este proceso es usando vapor de agua. 

Al tener una alimentación libre de azufre, el catalizador ZnO/Cr2 O3 alarga su vida útil de 36 a 60 meses entre cada regeneración. (Industric Organic Chemistry. 1997. pp 29)



Recicla el metano no reaccionado en la sección de reformación, para de esa manera no perder materia prima.



Posee una sección de compresión de tres etapas con posterior enfriamiento. Esto disminuye los costos de equipos al no tener que utilizar compresores de rodillo con mayor potencia. La energía consumida por el proceso es menor que al utilizar compresores más costosos.

29



El reactor es extremadamente simple: es una estructura cilíndrica que contiene sólo una carga de catalizador que puede ser intercambiada rápidamente.



El proceso opera en presiones bajas (50 – 100 atm) y temperaturas bajas (240 – 260 °C), lo cual disminuye dramáticamente la energía consumida.



Se introduce gas frío en varios puntos de la estructura del reactor para absorber el calor de reacción. Esta técnica es conocida como “Quench”.



La producción de impurezas en el reactor de síntesis es cerca del 0,1%. En un caso de producirse, serían dimetil éter, ésteres, cetonas, carbonilos de hierro, y alcoholes livianos, los cuales pueden ser retirados en una torre de destilación.



Las plantas modernas tienen una capacidad de producción anual de alrededor de un millón de toneladas.

A continuación, se presenta el diagrama de flujo y descripción del proceso:

30

K-101 Compresor

V-101 Tambor de succión

E-104 Intercambiador de calor

E-105A/B/C Intercambiadores en serie

E-108 Caldera

K-102 Compresor

F-101 Horno reformador

F-102 Caldera

K-104 Enfriador

E-101 Intercambiador de calor

E-102 Saturador

5

K-102

E-110 Intercambia dor de calor

TK-102 Tanque

TK-103 Tanque

V-105 Contenedor a presion

V-104 Tambor de Reflujo

E-112 Condensador

E-109 Intercambiador de calor

E-115 Intercambia dor de calor

C-102 Torre de Destilacion

C-101 Torre de Destilacion

E-107 Intercambiador de calor

E-106 Precalentador

K-103A/B/C Compresores en serie

V-103 Separador TK-101 Tanque

K-105 Compresor

E-104 Intercambiador de calor

V-102 Separador

R-101 Reactor de síntesis

E-113 Condensador

E-111 Calderin

E-114 Calderin

9

28 Quench

10 1

2

GAS NATURAL

E-101

3

11

12 K-101

36

K-105

24

19

V-101

20

21

R-101

27 31

23

22

35 41

29 E-108

25

TK-101

26 V-103

6

E-104 E-102

HIDROCARBUROS PESADOS

K-103A/B/C 16

E-105A/B/C

14

E-103

E-112

E-110

K-104

33

E-109

34

37

TK-102 42

C-101 F-101

15 VAPOR

43

7

F-102

17

IMPUREZAS

30

8 13

36

E-107

32

18

V-102

E-106

44

AIRE EN EX CESO

40 E-113

E-111

45

38 4

48

V-104

METANOL

TK-103

39 C-102

47

E-115

46

50 V-105

E-114

AGUA A TRATAMIENTO

51 49

N° de la corriente Gas natural Metano Dióxido de carbono Hidrocarburos pesados Agua Hidrógeno Monóxido de carbono Metanol Flujo (kgmol/año) Temperatura (°C) Presión (atm)

1 3.112,68 2.393,65 389,08 329,94 3.112,68 -

2 3 4 5 6 9 11 12 13 14 15 16 3.112,68 2.645,78 466,90 2.393,65 2.034,60 359,04 2.034,60 2.034,60 203,48 2.034,60 2.034,60 2.034,60 2.034,60 389,08 330,72 58,36 330,72 330,72 330,72 330,72 330,72 330,72 329,94 280,45 49,50 280,45 6.103,82 6.103,82 6.103,82 3.112,68 2.645,78 466,90 2.365,33 280,45 2.365,33 203,48 2.365,33 2.365,33 8.469,15 6.103,82 8.469,15 38 34 34 34 20 172 17 17 17 17 26 26 22,8 -

17 18 203,46 2.161,87 2.161,87 610,38 610,38 7.324,58 7.324,58 1.177,17 1.177,17 11.477,47 11.274,01 873 18,9 -

20 2.161,87 610,38 7.324,58 1.177,17 11.274,01 39 15

22 2.161,87 610,38 7.324,58 1.177,17 11.274,01 53 98,7

28 2.161,89 610,38 7.324,59 1.177,17 11.274,01 20 29

29 3.294,06 1.669,83 2.027,34 117,71 2.118,89 7.036,21 -

32 3.296,06 1.669,83 2.027,34 117,71 2.118,89 7.036,21 108 -

33 35 36 37 48 51 3.296,06 3.296,06 1.669,83 1.669,83 1.669,83 17,36 1.949,62 2.027,34 2.027,34 117,71 117,71 2.118,89 2.118,92 2.118,92 1.718,75 102,63 7.036,21 3.788,73 3.247,48 3.247,48 1.736,11 2.052,61 45 68 40 -

Fecha Dibujado

10/11/2015

Aprobado

15/11/2015

Nombre Carlos Calderón, José Luis, Yesica Rojas.

DFP PROCESO ICI

I.U.T Dr. Federico Rivero Palacio Dpto. Procesos Químicos Plano N° 1 de 1 Escala

Descripción del proceso El gas natural es alimentado al proceso a 17 atm de presión y 34°C de temperatura. Este posee una composición molar constituida principalmente por un 76,9% metano, 5,8% etano, 12,5% dióxido de carbono y el resto en hidrocarburos que serán retirados. El gas natural es pasado por un compresor K-101 en donde eleva la presión a 17 atm. La corriente 2 que sale de K-101 es dividida en dos partes: el 15% servirá como gas combustible para las calderas auxiliares, incinerador y para suplir la energía necesaria al horno reformador, mientras que el resto de la corriente (3) pasa a través del tambor de succión del compresor de gas V-101 para separar los gases indeseados. La corriente 5 que sale de V-101 pasa al compresor K-102 para aumentar la presión del gas hasta 26 atm, el valor requerido en la sección de reformación. Esta corriente (9) se mezcla con un recirculado (corriente 11) de metano de la sección de reformació n que no reaccionó en F-101. Por último, la corriente 10 entra al intercambiador de calor E-101 para aumentar su temperatura a 80°C.

Reformación La corriente 12 pasa a través de los tubos del saturador E-102, el cual es un intercambiador de calor que tiene como función calentar el gas alimentado. Este condensado es evaporado por el gas natural de proceso que pasa a través de los tubos del saturador. La corriente 13 de gas sale del saturador a 172°C y 22,8 atm. La corriente 15 le suministra vapor a la corriente 13, obteniéndose así una corriente 14 con relación vapor/metano de 3:1. El exceso de vapor es necesario para maximizar la conversión de metano en CO y evitar la deposición de carbono sobre el catalizador de reformació n. La corriente 14 de gas de proceso más vapor es calentada hasta 530°C cuando pasa a través del intercambiador E-103, para luego entrar a los tubos catalíticos del reformador F-101. El horno de reformación F-101 es una estructura cuadrada aislada térmicamente que contiene tubos llenos de catalizador de óxido de níquel (NiO) donde ocurren las siguientes reacciones de reformación a elevadas temperaturas con un 90% de conversión del CH4 a CO y 35% de conversión de CO a CO 2 :

32

La reacción global es endotérmica lo que es favorecida por altas temperaturas y el calor necesario para la reacción es suministrado por la combustión de una mezcla de gas natural y 100% aire en exceso en quemadores ubicados en la parte superior de la sección de radiación del reformador, obteniéndose como gas reformado una mezcla de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO 2 ), hidrógeno (H2 ), agua (H2 O) y un poco de metano (CH4 ) que no reaccionó. Esta corriente alimenta a V-102, que es un tanque a presión que separa el metano que no reaccionó y lo recircula a la corriente 10.

Compresión del gas reformado El gas reformado (corriente 20), luego de ser enfriado en E-104, tiene una temperatura de 39°C y 15atm de presión. Debido a la alta presión requerida en el reactor de síntesis, el gas reformado (corriente 20) es comprimido hasta una presión de 98,7atm en el compresor de gas de síntesis K-103A/B/C, el cual es un compresor centrífugo que consta de tres etapas, cada una de las cuales presenta enfriamiento, de donde se obtiene el gas de síntesis a la presión deseada y a una temperatura de 96°C, condiciones a las cuales entra el lazo de síntesis como gas de alimentación. Los gases de descarga (corriente 22) de este compresor son mezclados con los gases de descarga del compresor de recirculación K-105 (corriente 24), de donde el gas de reciclo sale a una presión de 98,7atm y a una temperatura de 53°C. Este compresor mantiene una recirculación de gas residual en el lazo de síntesis.

Síntesis de metanol La corriente de gas de alimentación y del gas de reciclo (corriente 23), es precalentada en el intercambiador E-106, y luego dividida en dos corrientes: una corriente (26) es la alimentación de gas fresco al reactor y la otra (27) se usa como gas de enfriamiento rápido (“Quench”) para controlar la temperatura de los lechos

33

catalíticos ya que la reacción es altamente exotérmica. La alimentación de gas fresco es nuevamente precalentada en el precalentador E-107, por intercambio de calor con el gas que sale del reactor. Luego entra al reactor convertidor de metanol R-101 en donde la conversión de la reacción es de 90%. El catalizador usado en esta reacción es ZnO/Cr2 O3 . La reacción principal y las secundarias para la síntesis del metanol son:

El gas de reacción (corriente 29) que sale del reactor R-103, es enfriado mediante su paso por el precalentador E-107, la caldera de vapor de baja presión E-108, y del precalentador del reactor E-106, de donde sale a 108°C. Finalmente el gas fluye al enfriador por aire de metanol K-103, saliendo a 70°C y al enfriador por agua de metanol E-109, de donde el metanol y el agua formados en el reactor de síntesis son condensados y enfriados hasta 45°C aproximadamente. Esta corriente 34 pasa por el separador V-103, en donde el gas que no reaccionó es recirculado a través del compresor de recirculación K-104 como gas de reciclo elevando ligeramente su presión y el metanol crudo junto a las impurezas es enviado al tanque TK-101 para luego ser purificados en la sección de destilación.

Destilación El metanol crudo proveniente de los tanques de almacenamiento TK-101 (corriente 35) contiene aproximadamente 80% de metanol, 18 % de agua y el resto de impurezas más volátiles, producidos simultáneamente en la síntesis de metanol. El metanol crudo es purificado en un sistema de dos columnas de destilación atmosférica. La columna de destilación C-101 es una columna en la cual se separan impurezas tales como: dimetil éter, formato de metilo, acetona, cetonas e hidrocarburos livia nos. El metanol crudo proveniente de los tanques TK-101 es precalentado en el precalentador E-110 de donde sale a 68°C y alimenta la columna de destilación. El vapor que sale por el tope de la columna que contiene las impurezas livianas mezclada s con metanol, pasa a través del condensador de tope, de donde el metanol y las

34

impurezas se enfrían y van al tanque TK-102. La función primordial de esta columna es la eliminación de compuestos livianos contenidos en el metanol crudo y eliminac ió n de azeotrópicos presentes en la mezcla de metanol crudo. El producto de fondo de la columna de destilación (corriente 39) se usa como alimentación a la columna de destilación C-102. La columna de destilación C-102 es una columna de 100 platos perforados, en la cual se obtiene un 99 % del metanol como destilado. Los vapores de metanol purificado que salen por el tope de la columna son condensados en E-112. El metanol líquido a 60°C es recibido en el tambor de reflujo V-104 donde una porción es bombeada al tope de la columna como reflujo y el resto es retirado como metanol producto, enfriado hasta 40°C en el enfriador E-113 para finalmente almacenarse en el tanque TK-103 como metanol producto. El producto de fondo es agua y es almacenada en V-105 para posterior tratamiento.

35

3.2 BALANCE GLOBAL DE MATERIA Y ENERGÍA 3.2.1 Balance de materia Se realizó un balance de masa al proceso ICI, con una meta de producción de 55 toneladas por año, para cubrir la totalidad de las importaciones del metanol. Luego a partir de estos datos se calculó la materia prima necesaria para el proceso, conociendo así cuanto de gas natural y vapor de agua se requieren para producir metanol. Un balance de masas se basa en la ley de la conservación de la materia, la cual dicta "En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivo es igual a la masa de los productos", cuya ecuación es la siguiente: ∑ 𝑚 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = ∑ 𝑚 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 Relacionándola con las reacciones que se llevan a cabo en el reactor de síntesis de metanol tenemos que:

Estas reacciones son las más importantes a considerar ya que sus productos son el metanol. No obstante, también se lleva otra reacción acabo, en donde el metanol producido se descompone para formar dimetil éter como impureza:

36

Pero debido a la alta conversión de CO que ofrece la alternativa, esta reacción puede ser despreciada y no afectará de manera significativa el balance de materia. Utilizando las reacciones que forman el producto deseado, aplicando la ley de conservación de la masa y haciendo un cálculo inverso a partir de 55 toneladas anuales de metanol que se quieren producir, se obtuvo que se requieren 49,93 toneladas de gas natural por año y 109,94 toneladas de vapor de agua por año. (Los cálculos de este balance se encuentran en el anexo 1)

3.2.2 Balance de energía Un balance de energía tiene como finalidad conocer la cantidad de energía necesaria para que un proceso funcione correctamente. En este sentido, se puede hacer un balance de energía en cada alternativa tecnológica propuesta utilizando la primera ley de la termodinámica, cuyo enunciado formal es el siguiente: “La cantidad total de energía del universo es constante aunque adopte diferentes presentaciones; cuando desaparece una forma de energía surge simultáneamente con otra apariencia.” La ecuación del enunciado es: ∆𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎) = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 Sustituyendo en la ecuación los tipos de energías generadas por el sistema (cinética, potencial e interna) y las transferidas al universo (trabajo y calor), la primera ley queda de la siguiente manera: ∆𝐸𝑐 + Δ𝐸𝑝 + Δ𝐸𝑈 = 𝑄 + 𝑊 Esta ley se conoce como la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados. No obstante, las alternativas tecnológicas son sistemas abiertos, por lo tanto habría que utilizar la primera ley de la termodinámica para sistemas abierto. En esta ecuación la energía interna se conoce como entalpía: ∑ ∆𝐸𝑐 + ∑ ∆𝐸𝑝 + ∑ ∆𝐻 = 𝑄 + 𝑊 Tomando en cuenta que la energía cinética, la energía potencial y el trabajo son igual a cero, o son números muy pequeños que se consideran despreciables, la ecuación para el balance queda de la siguiente manera:

37

∑ ∆𝐻 = 𝑄 Ahora bien, las reacciones generan y consumen energía, en cuyo caso habría que tomar en cuenta la energía que se genera en los productos y en los reactivos, por lo tanto la ecuación de balance seria: 𝑄 = ∑ ∆𝐻𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − ∑ ∆𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 En donde el calor de reacción, que se define como la cantidad de energía absorbida o desprendida en una reacción química, viene expresado como la diferencia entre la entalpía de los productos y los reactantes: ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 = ∑ 𝐻°𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − ∑ 𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 Por su parte, la entalpia es una magnitud cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno. Se calcula usando la siguiente ecuación: 𝑇2

𝐻 = ∫ 𝐶𝑝 𝑑𝑇 𝑇1

La capacidad calorífica, denotada C p , se puede calcular a través de la siguie nte ecuación: 𝐶𝑝 = 𝑎 + 𝑏𝑇 + 𝑐𝑇 2 + 𝑑𝑇 3 De donde T es la temperatura y a, b, c, y d son constantes tabuladas para cada compuesto. Integrando esta ecuación, se tiene que: 𝑇2

𝑇2

𝑇2

𝑇2

𝑇2

𝐻 = ∫ (𝑎 + 𝑏𝑇 + 𝑐𝑇 2 + 𝑑𝑇 3 )𝑑𝑇 = ∫ 𝑎𝑑𝑇 + ∫ 𝑏𝑇𝑑𝑇 + ∫ 𝑐𝑇 2 + ∫ 𝑑𝑇 3 = 𝑇1 𝑇2

𝑇1 𝑇2

𝑇2

𝑇1 𝑇2

= 𝑎 ∫ 𝑑𝑇 + 𝑏 ∫ 𝑇𝑑𝑇 + 𝑐 ∫ 𝑇 2 + 𝑑 ∫ 𝑇 3 = (𝑎𝑇 + 𝑏 𝑇1

𝑇1

𝑇1

𝑇1

𝑇1

𝑇1

𝑇 𝑇2 𝑇3 𝑇4 2 +𝑐 +𝑑 ) = 2 3 4 𝑇 1

𝑏 𝑐 𝑑 = 𝑎(𝑇2 − 𝑇1 ) + (𝑇2 2 − 𝑇1 2 ) + (𝑇2 3 − 𝑇1 3 ) + (𝑇2 4 − 𝑇1 4 ) 2 3 4 El calor se utilizará como variable para saber la energía necesaria por el sistema, en este caso el sistema serán las alternativas tecnológicas. Como calcular directamente el

38

calor de un proceso utilizando esta ecuación es casi imposible, debido a la cantidad de equipos las cuales emiten un calor particular, el calor total del proceso también se conocerá como la sumatoria de los calores del sistema: 𝑄 = ∑ 𝑄𝑖 = 𝑄1 + 𝑄2 + ⋯ + 𝑄𝑛 Con todas estas ecuaciones, ya es posible plantear un balance de energía en cualquier equipo de cualquiera de las alternativas tecnológicas. Hacer un balance de energía en cada equipo involucrado en la alternativa no está en la posibilidad de los investigadores debido a la falta de datos en los equipos para sustituir en las ecuaciones y a la poca experiencia de estos, en el área de diseño de procesos y equipos. Es por ello, que sólo se plantearan los balances de energía en los equipos principales sin resolución numérica de los mismos. A continuación se presentan los balances de energía en los equipos principales del proceso ICI:

39



Planteamiento del balance de energía en R-101

Figura 3: Reactor de síntesis R-101 con las corrientes involucradas.

La ecuación de balance de energía, utilizando la primera ley de la termodiná mica para sistemas abiertos, aplicada a R-101 queda de la siguiente forma: 𝑄 = ∑ ∆𝐻 𝑄 = ∑ 𝐻𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − ∑ 𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄 = (𝐻𝐶𝑂2 + 𝐻𝐶𝑂 + 𝐻𝐻2 + 𝐻𝐶𝐻3 𝑂𝐻 + 𝐻𝐻2 𝑂 ) − (𝐻𝐶𝑂2 + 𝐻𝐶𝑂 + 𝐻𝐻2 + 𝐻𝐻2 𝑂 ) + ∆𝐻 𝑄 = (ℎ𝐶𝑂2 ∗ 𝑛°𝐶 𝑂2 + ℎ𝐶𝑂 ∗ 𝑛°𝐶𝑂 + ℎ𝐻2 ∗ 𝑛°𝐻2 + ℎ𝐶𝐻3 𝑂𝐻 ∗ 𝑛°𝐶 𝐻3 𝑂𝐻 + ℎ𝐻2 𝑂 ∗ 𝑛° 𝐻2 𝑂 ) − (ℎ𝐶𝑂2 ∗ 𝑛°𝐶𝑂2 + ℎ𝐶𝑂 ∗ 𝑛°𝐶𝑂 + ℎ𝐻2 ∗ 𝑛°𝐻2 + ℎ𝐻2 𝑂 ∗ 𝑛°𝐻2 𝑂 ) + ∆𝐻

40



Planteamiento del balance de energía en F-101

Figura 4: Horno reformador F-101 con las corrientes involucradas.

La ecuación de balance de energía, utilizando la primera ley de la termodinámic a para sistemas abiertos, aplicada a R-101 queda de la siguiente forma: 𝑄 = ∑ ∆𝐻 𝑄 = ∑ 𝐻𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − ∑ 𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + ∆𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄 = (𝐻𝐶𝐻4 + 𝐻𝐻2 𝑂 + 𝐻𝐶𝑂2 + 𝐻𝐶𝑂 + 𝐻𝐻2 ) − (𝐻𝐶𝐻4 + 𝐻𝐻2 𝑂 + 𝐻𝐶𝑂2 ) + ∆𝐻 𝑄 = (ℎ𝐶𝐻4 ∗ 𝑛° 𝐶𝐻4 + ℎ𝐻2 𝑂 ∗ 𝑛°𝐻2 𝑂 + ℎ𝐶𝑂2 ∗ 𝑛° 𝐶𝑂2 + ℎ𝐶𝑂 ∗ 𝑛°𝐶𝑂 + ℎ𝐻2 ∗ 𝑛°𝐻2 ) − (ℎ𝐶𝐻4 ∗ 𝑛°𝐶𝐻4 + ℎ𝐻2 𝑂 ∗ 𝑛°𝐻2 𝑂 + ℎ𝐶𝑂2 ∗ 𝑛°𝐶𝑂2 ) + ∆𝐻

41

CAPITULO IV CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL DE LAS ALTERNATIVAS SOCIOTECNOLÓGICAS

Se expondrán a través de estudios y tablas los diferentes compuestos presentes en el proceso, cada uno con su toxicidad, daños al ambiente y/o ser humano o animales. Además también se hará un análisis de los diferentes tratamientos que se pueden llevar a cabo en un posible accidente en donde estén involucrados estos compuestos tóxicos.

4.1

IDENTIFICACIÓN

DE

LAS

SUSTANCIAS

Y

DESECHOS

CONTAMINANTES Las sustancias implicadas en el proceso son: 

Dióxido de Carbono.



Etano.



Heptano.



Hexano.



Hidrógeno.



Metano.



Metanol.



Monóxido de Carbono.



Oxígeno.



Pentano.



Propano.

Se pueden observar que algunos de los compuestos que se presentan no son contaminantes ni perjudican a los seres vivos (hidrógeno y oxígeno), pero cabe destacar que en el proceso hay compuestos que si presentan características tóxicas a los seres vivos y su entorno.

42

A continuación se presentan en la tabla 6 los compuestos tóxicos al ambiente, y de igual manera se presentan, en forma resumen de las fichas técnicas, los daños que pueden ocasionar al medio ambiente (las fichas técnicas de cada compuesto se pueden consultar en el anexo 2):

Tabla 6: Sustancias tóxicas en el proceso Compuesto

Toxicidad

Aspectos ambientales

La sustancia se puede absorber por Dióxido de Carbono CO2

inhalación. Al producirse pérdidas en zonas confinadas, este líquido se

No presenta contaminación

evapora muy rápidamente

directa al medio ambiente

originando una saturación total del aire con grave riesgo de asfixia. Altas concentraciones en el aire

Etano

producen una deficiencia de oxígeno

No presenta contaminación

C2 H6

con riesgo de pérdida de

directa al medio ambiente

conocimiento o muerte. VLA-ED: 1000 ppm. Las concentraciones altas de gas Gas Natural

desplazarán el oxígeno disponible del aire; la inconsciencia y muerte pueden producirse a consecuencia

No se clasifican como amenaza ambiental según los criterios de CEE.

de la falta de oxígeno. Heptano C7 H16

VLA-ED: 500 ppm (2.085 mg/m3 )

No presenta contaminación al medio ambiente

El hexano tiene una baja toxicidad aguda, con un LC50 (a una hora) de

Tóxico para los organismos

Hexano

77.000 ppm (276 g/m3 ) en ratas

acuáticos, puede provocar a

C6 H14

(Pryor etal., 1982). Aparentemente,

largo plazo efectos negativos en

los efectos críticos del hexano son la

el medio ambiente acuático.

toxicidad testicular y neurotoxicidad.

43

Tabla 6: Sustancias toxicas en el proceso (continuación) Compuesto

Toxicidad

Aspectos ambientales El metano no es químico que

El metano no está listado en el

reduzca el ozono. No se

Metano

IARC, NTP, o por OSHA como

anticipa ningún efecto en la

CH4

carcinogénico o potencial

vida de las plantas. El metano

carcinogénico

en la atmósfera es una de las causas del efecto invernadero.

RQ: 5000 Metanol

IDLH: 25000 ppm

No presenta contaminación al

CH3 OH

LDLo (oral en humanos):

medio ambiente.

4.28mg/Kg Monóxido de Carbono CO

Pentano C5 H12

Gas tóxico que se clasifica como un asfixiante químico. Concentración atmosférica peligrosa para la vida en corto tiempo 3500 ppm (0,35%). El pentano no parece tener una elevada toxicidad aguda. VLA-ED: 1000 ppm (3000 mg/m3 )

El monóxido de carbono es poco soluble en agua. Ingresa a la atmósfera y se oxida rápidamente formando dióxido de carbono. No presenta contaminación al medio ambiente.

Propano

LMPE-PPT (1000 ppm (1800

No presenta contaminación al

C3 H8

mg/m3 ) Altamente inflamable.

medio ambiente.

Fuente: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de España, Dorwil, y The Linde Group.

4.2 IDENTIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE CONTAMINACIÓN ASOCIADAS A LOS PROCESOS Unas vez conocido el rango tóxico de los diferentes compuestos basados en la tabla 6, se explicará el tipo de contaminación que producen en el proceso y, de no serlo, también se explicará el por qué.

44

El dióxido de carbono es un gas incoloro, inodoro y vital para la vida en la Tierra. El CO 2 existe en la atmósfera como gas traza a una concentración de alrededor de 0,04 % (400 ppm) en volumen. Dado que el CO 2 es soluble en agua, su degradación es bastante rápida. Al estar en contacto con el aire del ambiente el dióxido de carbono tiene una vida media de aproximadamente 10 horas. Su calor causa gran impacto en la atmósfera, sin embargo, como en el proceso el CO 2 es parte del gas de síntesis (alimentación del reactor), este no es contaminante. El etano es un hidrocarburo alifático alcano con dos átomos de carbono, de fórmula C2 H6 . En condiciones normales es gaseoso y un excelente combustible. Su punto de ebullición está en -88 °C. Si bien el etano no presenta contaminación al medio ambiente, este igual no es un desecho que en el proceso se libere a la atmósfera. El gas natural es la materia prima utilizada para la formación de metanol en los diferentes procesos. Este compuesto se encuentra constituida principalmente por un 81,7% metano, 5,8% etano y 12,5% dióxido de carbono. Por su parte, el gas natural no posee características contaminantes para el ambiente y/o seres vivos. Por ser la materia prima del proceso no tiene contacto con el ambiente (se ingresa al proceso), es decir que no es un contaminante. El heptano y hexano son de la misma familia (hidrocarburos alcanos). Estos son separados del gas natural justo después de entrar al proceso, pero no son liberados a la atmósfera como desecho. Ahora bien, si fueran liberados estos no ocasionarían daño significativo al medio ambiente, ya que su vida media es de 16 horas. El metano tampoco es contaminante, pero es altamente inflamable y por lo tanto su temperatura al ingresar al proceso es de 34°C. Se considera aceptable, ya que puede provocar asfixia en los ambientes donde el oxígeno se encuentre entre 21% y 15%. Es uno de los principales compuestos que producen el efecto invernadero, pero este en ningún momento deja la línea de producción. De hecho, el metano que no reacción es recirculado para no perderlo como desecho. Por su parte, el metano es el producto obtenido al final del proceso, este es tóxico y nocivo para la salud humana y animal. Además es altamente volátil y por lo tanto aumentaría las posibilidades de incendio. No obstante, es muy soluble al agua y su

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estructura hace puentes fácilmente con esta, es decir que cantidades de metanol en el agua no son tóxicos para el medio ambiente. Por supuesto, esto ni siquiera se pensaría en desechar debido a que es el producto deseado. El monóxido de carbono es altamente tóxico tanto para el medio ambiente como para los seres vivos. Es causante del calentamiento global y este se produce a través de reacciones de combustión. Cabe destacar que el CO se produce en los hornos reformadores de los procesos, sin embargo, el monóxido de carbono no es un compuesto que emana a la atmósfera, por lo tanto no existen daños tóxicos en el medio amiente. El CO actúa como un reactivo necesario para la optimización del proceso. Por el contrario, debido a la conversión del reactor de síntesis este queda como reactivo en exceso y se recircula para poder aprovecharlo y no dejarlo como sustancia contaminante. El pentano y el propano son compuestos retirados del gas natural. Aún cuando no se liberaran a la atmósfera, estos compuestos se encuentran en pequeña fracciones que no serían nocivas para el medio ambiente. No son agentes contaminantes.

4.3

IDENTIFICACIÓN

DE

LOS

TRATAMIENTOS

AMBIENTALES

POSIBLES Como se indicó en el anterior subtitulo, los compuestos naturalmente contamina ntes y tóxicos involucrados en el proceso son importantes para la obtención de metanol. Estos no dejan la línea de producción en ningún momento y por ende no son contaminantes del medio ambiente que se deban tratar. No obstante, se expondrán algunas medidas que se pueden utilizar en un accidente en donde alguno de estos compuestos salgan a la atmósfera a través de una fuga. Como se pudo ver el monóxido de carbono (CO) es uno de las sustancias que se forma a mediados del proceso a través del horno reformador, técnicamente no se puede eliminar dicha sustancia, ya que en el horno reformador se produce una reacción de combustión y por lo tanto, se produce una cantidad de CO. El CO cabe destacar es necesario para el proceso ya que se involucra más adelante en el reactor convertidor del metanol.

46

Es este un gas que se caracteriza por ser menos denso que el aire, incoloro, inodoro y sin sabor, que no tiene características irritantes, pues su mecanismo de acción es asfixiante. Se origina en la combustión incompleta de materiales que contienen carbono en su composición. Como también ya se expuso anteriormente, el monóxido de carbono es una sustancia que no emana a la atmósfera, es decir, es un reactivo que permanece únicamente dentro del proceso de síntesis de metanol. En una posible ocasión en que alguno de los equipos que contenga el CO ocurra alguna falla, y este emane a la atmósfera contaminando todo el entorno, se recomienda principalmente oxigenar el lugar para disminuir los niveles de monóxido de carbono en el ambiente. Si algún individuo haya inhalado CO tener precaución de no estar en contacto con otros gases, ya que estos podrían reaccionar y formar otros gases. El producto final que es el metanol es también una sustancia toxica la cual una vez que sale por el tope de la torre de destilación debe ser almacenado en un tanque que soporte las presiones y temperaturas de 40°C, ya que el metanol es contamina nte principalmente para el medio ambiente a temperatura ambiente.

47

CAPITULO V ESTUDIO BASICO DE COSTOS DE SUSTANCIAS Y MATERIA PRIMA

5.1 COSTOS DE SUSTANCIAS Y MATERIA PRIMA A continuación se presentaran los costos en moneda nacional (Bs.) de las sustancias y materia prima utilizadas en la alternativa tecnológica. En las reacciones de las alternativas tecnológicas la materia prima utilizada es el gas natural, el cual se extrae en grandes cantidades en el país. Según una consulta realizada en el INE en diciembre del 2015, el precio por kilogramo neto del gas natural en el mercado fue: Costo del gas natural (Bs./Kg) 12,07 Bs.

La cantidad de materia prima necesaria y los costos relacionados son de: Compuesto Gas natural

Kilogramos por año

Bolívares por año

Bolívares por hora

602.621,67

68,79

49.927,23

5.2 COSTOS DE PRODUCTOS FINALES El producto final deseado es el Metanol, del cual se desean producir 55.000 kg por año. Si se le introduce la cantidad de materia prima antes mencionada, el precio del Metanol según el Instituto Nacional de Estadística (INE) es de: Costo del Metanol (Bs./Kg) 83,32 Bs.

48

CAPITULO VI VIABILIDAD DE LAS ALTERNATIVAS SOCIO-TECNOLÓGICAS

A lo largo de la investigación, se hace evidente que existe una problemática con respecto a la producción de metanol en el país: no se está produciendo lo suficie nte para cubrir la demanda. Como medida, se está recurriendo a las importaciones del compuesto. El análisis de este problema se hizo considerando un diagnostico ético-político, histórico-cultural, socio-económico, técnico, económico y ambiental, tomando en cuenta todo lo relacionado de este compuesto en Venezuela e identificando las materias primas necesarias para que se lleve a cabo el proceso. Se obtuvo a partir de los balances de masa la cantidad necesaria de la materia prima para producir 55 toneladas al año, cifra promedio de las importaciones del metanol en los últimos 15 años (sin considerar algunas importaciones extraordinarias). En la presente investigación se disponían de cuatro alternativas tecnológicas propuestas para la producción del producto final de interés. De estas se seleccionó como tecnología principal de estudio la tecnología licenciada por Imperial Chemical Industries (ICI). Hoy en día, aproximadamente 65% de la producción de metanol mundial se basa en el proceso de ICI. Este se caracteriza por menores costos de inversión y proceso. El proceso opera a presiones y temperaturas bajas, factor que disminuye drásticamente la energía consumida. Tiene un reactor sencillo con una sola carga de catalizador. Este equipo también utiliza la técnica de “Quench”, que consta de introducir gas frío en varios puntos de la estructura para absorber el calor de reacción. Respecto al catalizador, es a base de ZnO/Cr2 O3 y posee una vida útil de aproximadamente de 3 a 5 años. (Industric Organic Chemistry. 1997. pp 29) Por otro lado, la conversión del CO a metanol es de 90% y se puede obtener un metanol con pureza de hasta 99,99% en peso. En este sentido, la producción de impurezas en el reactor de síntesis es cerca del 0,1%, y en un caso de producirse, el

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proceso integra dos torres de destilación en donde estas impurezas, las cuales son más volátiles que el metanol, se separan en la primera torre para solo purificar el metanol en la segunda torre. El proceso no produce contaminantes que afecten al ambiente (los únicos compuestos que se consideran contaminantes son necesarios para el proceso y no salen de la línea de producción). En un supuesto caso de que alguno de los equipos presentara alguna falla y cree una fuga de algunos de los reactivos o productos a la atmosfera, estos se pueden neutralizar rápidamente. Finalmente, este es el proceso con más información al alcance público, es decir que hay fuentes de información suficientes para hacer un análisis completo del proceso.

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CONCLUSIONES



El proceso más viable para la producción de metanol es la tecnología Imperial Chemical Industries (proceso ICI).



Este proceso no posee contaminantes que causen un drástico impacto en el ambiente (solo cuando se considera el proceso como sistema y no se incluye la extracción de la materia prima).



Para cubrir las importaciones totales del compuesto (55 toneladas) será necesario alimentar este proceso con 49,93 toneladas de gas natural.

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RECOMENDACIONES

El estudio de este proyecto alcanzo una primera fase de investigación, sin embargo se recomienda seguir en su análisis. Continuar el proyecto de investigación para desarrollarlo con cálculos técnicos más avanzados. Investigar los datos faltantes para la realización de los balances de energía planteados.

52

REFERENCIAS

Textos Científicos (2005). Obtención de metanol Ministerio del Poder Popular para la energía y el petróleo (2010). Petróleo y datos estadísticos (PODE). Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1999). Región Capital. Caracas DR. WURZEL THOMAS. Lurgi Megamethanol Technology (Documento PDF en línea) Disponible: http://www.dgmk.de/petrochemistry/abstracts_content14/Wurzel.pdf (Consulta: 2015, septiembre 22) AIR LIQUIDE. Process Lurgi. (Documento PDF en línea) Disponible: http://www.zeogas.com/files/83939793.pdf (Consulta: 2015, septiembre 22) KUNG HAROLD. Methanol: Production and use. (Libro en línea) Disponible: http://bit.ly/1SwSbii. (Consulta: 2015, marzo 14) BRUCART BORRAS. Gas Natural. (Libro en línea) Disponible: http://bit.ly/249n5S3. (Consulta: 2015, abril 5) PENIA ERIK. Estudio comparativo de la riqueza del gas natural venezolano, simulando con la válvula Joule-Thomson. (Documento en PDF en línea) Disponible: http://200.35.84.131/portal/bases/marc/texto/2101-05-00602.pdf. (Consulta: 2015, abril 5) Hoja de seguridad XI del metanol. (Documento en PDF en línea) Disponible: http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/9metanol.pdf. (Consulta: 2016, enero 16) YUFERA EDUARDO. Química orgánica básica y aplicada. (Documento en PDF en línea)Disponible: http://bit.ly/20YnQy6. (Consulta: 2015, septiembre 22) MENDEZ ANGELES. (2010) Metanol. Disponible en línea: http://quimica.laguia2000.com/quimica-organica/metanol. (Consulta: 2015, septiembre 24).

53

MANUAL UPEL (2010). Región Capital. Caracas. NIRULA SATISH. Methanol from natural gas by ICI’s Process. (Documento en PDF en línea) Disponible: http://www.diquima.upm.es/old_diquima/docencia/tqindustrial/docs/metanol.p df. (Consulta: 2016, enero 12) Wikipedia. (2011) Metanol. Disponible en línea: https://es.wikipedia.org/wiki/Metanol. (Consulta: 2015, marzo 19). Matthey Johnson. (2016). Making our Mark in Methanol. Disponible en linea: http://www.matthey.com/innovation/history/making_mark_methanol. (Consulta: 2016, enero 3) Fichas Internacionales de Seguridad Química. (2008). Disponible en línea: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FIS Q/Ficheros/0a100/nspn0021.pdf. (Consulta: 2016, febrero 9) Linde Ecuador. (2010). Hoja de seguridad del metano. (Documento en PDF en línea) Disponible: http://bit.ly/1SRBHSn. (Consulta: 2016, febrero 9) Comité Internacional de Expertos del IPCS. (2005). Ficha Internacional de Seguridad Química. (Documento en PDF en línea) Disponible: http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FIS Q/Ficheros/201a300/nspn0291.pdf. (Consulta: 2016, febrero 9) Linde Ecuador. (2010). Hoja de seguridad del Monóxido de Carbono. (Documento en PDF en línea) Disponible: http://bit.ly/1QoBaBr (Consulta: 2016, febrero 9) Comité Internacional de Expertos del IPCS. (2005). Ficha de seguridad del Metanol. (Documento en PDF en línea) Disponible: https://www.formosa.gob.ar/modulos/produccion/templates/files/polocientifico /dioxitek/anexos/metanol.pdf. (Consulta: 2016, febrero 9)

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ANEXOS

55

Anexo 1: Balance de materia del proceso ICI A continuación se presenta el balance de materia del proceso ICI. Cabe destacar que para el método científico se hizo un cálculo inverso (desde los productos hasta la materia prima); sin embargo, se presentaran esos cálculos desde el comienzo del proceso hasta la obtención del producto para una mejor compresión de las ecuaciones planteadas.

Balance en la separación de la corriente 2 y 3 F1 entra a K-101, donde solo hay un aumento de presión y no se produce algún cambio de flujo másico o molar, por lo tanto: F1 = F2 F2 = F3 + F4 F2 = 3.112,67 kgmol/año (dato obtenido en el cálculo inverso del balance) mGas Natural = 3.112,67 kgmol/año * 16,04 kg/kgmol = 49.927,23 kg/año F4 = 0,15 * 3.112,67 kgmol/año = 466,9 kgmol/año F3 = (3.112,67 – 466,9) kgmol/año = 2.645,78 kgmol/año

Balance en V-101 F3 = F5 + F6 Tomando en cuenta la composición del gas natural, presentada en la tabla 5, se tiene que: F5 = F3 (xCH4 + xCO 2 ) = =2.645,78 kgmol/año (0,769 + 0,125) = 2.365,33 kgmol/año nCH4 = 0,769 * 2.365,33 kgmol/año = 2.393,66 kgmol/año nCO 2 = 0,125 * 2.365,33 kgmol/año = 389,09 kgmol/año F6 = (2.645,78 – 2.365,33) kgmol/año = 280,45 kgmol/año

Alimentación del vapor de agua (corriente 15) al proceso F13 + F15 = F14 F13 = F5 = 2.365,33 kgmol/año

56

Para conocer F15, se toma en cuenta que la alimentación de vapor de agua viene dada por la relación vapor/metano de 3:1 (ver descripción del proceso, sección “Reformación”): F15 = 3 * 2.393,66 kgmol/año = 6.107,82 kgmol/año mH2 O = 6.107,82 kgmol/año * 18 kg/kgmol = 109.940,76 kg/año F14 = (2.365,33 + 6.107,82) kgmol/año

Balance en F-101 En la tabla 7 se presentan los datos de las corrientes de entrada y de salida que se obtuvieron realizando el balance en el reformador F-101. Las reacciones que se tuvieron en cuenta para este balance son las siguientes:

Además se utilizó una conversión del CH4 de 90% y una conversión de CO del 35%.

57

58

16

18

44

28

2

Irrelevante

H2O

CO2

CO

H2

Σ

(kg/kgmol)

MM

CH4

COMPUESTO

8.469.15

0

0

330.72

6.103.82

2.034,6

Mol (kgmol/año)

156.974.36

0

0

14.551.81

109.868.82

32.553.72

Masa (kg/año)

ENTRADA

Irrelevante

7.324.59

1.177.16

1.831.14

5.493.44

1.831.14

Mol (kgmol/año)

2.161.87

1.177.17

7.324.59

“

“

“

11.477.48

610.38

“

“

203.46

Mol (kgmol/año)

156.974.36

14.649.17

32.960.65

95.122.28

10.986.88

3.255.37

Masa (kg/año)

SALIDA

Irrelevante

Masa (kg/año)

REACCIÓN

Tabla 7: Balance en F-101

Balance en V-102 F17 = F11 + F18 F17 = 11.477,47 kgmol/año F11 = 0,0177 * 11.477,47 kgmol/año = 203,46 kgmol/año F18 = (11.477,47 – 203,46) kgmol/año = 11.274 kgmol/año

Balance en R-101 En la tabla 8 se presentan los datos de las corrientes de entrada y de salida que se obtuvieron realizando el balance en el reactor catalítico R-101. Las reacciones que se tuvieron en cuenta para este balance son las siguientes:

Además se utilizó una conversión de CO del 90%. En este reactor también se lleva a cabo la siguiente reacción de descomposición del metanol a dimetil éter:

No obstante, esta impureza se produce en muy pequeñas cantidades, así que se omitirá ya que no aportará un cambio significante al balance de materia.

59

60

44

28

2

32

18

Irrelevante

CO

H2

CH3 OH

H2O

Σ

(kg/kgmol)

MM

CO2

COMPUESTO

11.274

610,38

0

7.324,59

1.117,17

2.161,87

Mol (kgmol/año)

153.718,96

10.986,88

0

14.649,18

32.960,65

95.122,28

Masa (kg/año)

ENTRADA

Irrelevante

1.059,45

2.118,90

5.297,25

1.059,45

1.059,45

Mol (kgmol/año)

2.027,34

2.118,90

1.669,83

“

“

“

7.036,21

117,72

“

“

1.102,42

Mol (kgmol/año)

153.718,96

30.056,97

67.804,76

4.054,68

3.296,06

48.506,51

Masa (kg/año)

SALIDA

Irrelevante

Masa (kg/año)

REACCIÓN

Tabla 8: Balance en R-101

Balance en V-103 F34 = F36 + F35 F34 = 7.036,21 kgmol/año F36 = (1.102,42 + 117,72 + 2.027,34) kgmol/año = 3.247,48 kgmol/año F35 = (2.118,90 + 1.669,83) kgmol/año = 3.788,73 kgmol/año

Balance en C-101 F36 = F38 + F42 F36 = F35 Despreciando las impurezas, se tiene que la entrada es igual a la salida, por lo tanto: F36 = F38

Balance en C-102 F38 = F47 + F50 (Ec. 1) F38 = F35 = 3.788,73 kgmol/año Balance parcial en metanol 2.118,90 kgmol/año = 0.99F47 + 0.05F50 (Ec. 2) Resolviendo el sistema de ecuaciones de dos incógnitas (Ecs. 1 y 2) por la regla de Cramer, se tiene que: F50 = 2.052,62 kgmol/año F47 = 1.736,11 kgmol/año nCH3 OH = 0.99 * 1.736,11 kgmol/año = 1.718,75 kgmol/año mCH3 OH = 1.718,75 kgmol/año * 32 kg/kgmol = 55.000 kg/año

61

Anexo 2 Fichas técnicas de los compuestos implicados

62

Fichas Internacionales de Seguridad Química DIÓXIDO DE CARBONO

ICSC: 0021 Octubre 2006

Gas ácido carbónico CAS: RTECS: NU: CE / EINECS:

124-38-9 FF6400000 1013 204-696-9

Anhídrido carbónico CO2 Masa molecular: 44,0

TIPO DE PELIGRO / PELIGROS AGUDOS / PREVENCIÓN EXPOSICIÓN SÍNTOMAS

PRIMEROS AUXILIOS / LUCHA CONTRA INCENDIOS

INCENDIO

No combustible.

En caso de incendio en el entorno: están permitidos todos los agentes extintores.

EXPLOSIÓN

¡Los envases pueden arder en un incendio!

En caso de incendio: mantener fría la botella rociando con agua. Combatir el incendio desde un lugar protegido.

EXPOSICIÓN Inhalación

Vértigo. Dolor de cabeza. Presión sanguínea elevada. Ritmo cardíaco acelerado. Asfixia. Pérdida del conocimiento.

Ventilación.

Aire limpio, reposo. Respiración artificial si estuviera indicada. Proporcionar asistencia médica.

Piel

EN CONTACTO CON LÍQUIDO: CONGELACIÓN.

Guantes aislantes del frío. Traje de protección.

EN CASO DE CONGELACION: aclarar con agua abundante, NO quitar la ropa. Proporcionar asistencia médica.

Ojos

En contacto con líquido: congelación.

Gafas ajustadas de seguridad o pantalla facial.

Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después proporcionar asistencia médica.

Ingestión

DERRAMES Y FUGAS

ENVASADO Y ETIQUETADO

Protección personal: equipo autónomo de respiración. Ventilar. NO verter NUNCA chorros de agua sobre el líquido.

Clasificación NU Clasificación de Peligros NU: 2.2 Clasificación GHS Atención Puede ser nocivo si se inhala. Contiene un gas refrigerado; puede provocar quemaduras o lesiones criogénicas.

RESPUESTA DE EMERGENCIA

ALMACENAMIENTO

Ficha de Emergencia de Transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-20S1013 o 20G2A

A prueba de incendio, si está en local cerrado. Mantener en lugar fresco. Ventilación a ras del suelo.

IPCS

International Programme on Chemical Safety Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión Europea © IPCS, CE 2007 VÉASE INFORMACIÓN IMPORTANTE AL DORSO

Fichas Internacionales de Seguridad Química DIÓXIDO DE CARBONO

ICSC: 0021 DATOS IMPORTANTES

ESTADO FÍSICO; ASPECTO: Gas licuado comprimido, incoloro e inodoro.

VÍAS DE EXPOSICIÓN: La sustancia se puede absorber por inhalación.

PELIGROS FÍSICOS: El gas es más denso que el aire y puede acumularse en las zonas más bajas produciendo una deficiencia de oxígeno. A velocidades elevadas pueden generarse cargas electrostáticas y puede inflamarse cualquier mezcla explosiva presente. Las pérdidas de líquido condensan formando hielo seco extremadamente frío.

RIESGO DE INHALACIÓN: Al producirse pérdidas en zonas confinadas, este líquido se evapora muy rápidamente originando una saturación total del aire con grave riesgo de asfixia.

PELIGROS QUÍMICOS: La sustancia se descompone al calentarla intensamente, por encima 2000°C produciendo monóxido de carbono tóxico. LÍMITES DE EXPOSICIÓN: TLV: 5000 ppm como TWA, 30000 ppm como STEL; (ACGIH 2006). MAK: 5000 ppm, 9100 mg/m³; Categoría de limitación de pico: II(2); (DFG 2006).

EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN: La evaporación rápida del líquido puede producir congelación. La inhalación a niveles elevados puede originar pérdida de conciencia. Asfixia. EFECTOS DE EXPOSICIÓN PROLONGADA O REPETIDA: La sustancia puede afectar al metabolismo.

PROPIEDADES FÍSICAS Punto de sublimación: -79°C Solubilidad en agua, ml/100 ml a 20°C: 88 Presión de vapor, kPa a 20°C: 5720 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1,5

Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 0,83

DATOS AMBIENTALES

NOTAS El dióxido de carbono se libera en muchos procesos de fermentación (vino, cerveza, etc.) y es un componente mayoritario en los gases de combustión. Altas concentraciones en el aire producen una deficiencia de oxígeno con riesgo de pérdida de conocimiento o muerte. Comprobar el contenido de oxígeno antes de entrar en la zona. A concentraciones tóxicas no hay alerta por el olor. Con el fin de evitar la fuga de gas en estado líquido, girar la botella que tenga un escape manteniendo arriba el punto de escape. Otros números de clasificación NU para el transporte son: NU 1845 dióxido de carbono, sólido (Hielo seco); NU 2187 dióxido de carbono líquido refrigerado.

INFORMACIÓN ADICIONAL Límites de exposición profesional (INSHT 2011): VLA-ED: 5000 ppm; 9150 mg/m

3

Notas: Agente químico que tiene establecido un valor límite indicativo por la UE.

Nota legal

Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. Su posible uso no es responsabilidad de la CE, el IPCS, sus representantes o el INSHT, autor de la versión española. © IPCS, CE 2007

Fichas Internacionales de Seguridad Química ETANO

ICSC: 0266 Abril 2006

CAS: RTECS: NU: CE Índice Anexo I: CE / EINECS:

74-84-0 KH3800000 1035 601-002-00-X 200-814-8

C2H6 / CH3CH3 Masa molecular: 30,1

TIPO DE PELIGRO / PELIGROS AGUDOS / EXPOSICIÓN SÍNTOMAS

PREVENCIÓN

PRIMEROS AUXILIOS / LUCHA CONTRA INCENDIOS

INCENDIO

Extremadamente inflamable.

Evitar las llamas, NO producir chispas y NO fumar.

Cortar el suministro; si no es posible y no existe riesgo para el entorno próximo, dejar que el incendio se extinga por sí mismo; en otros casos apagar con agua pulverizada, polvo.

EXPLOSIÓN

Las mezclas gas/aire son explosivas.

Sistema cerrado, ventilación, equipo eléctrico y de alumbrado a prueba de explosión. Evitar la generación de cargas electrostáticas (p. ej. mediante conexión a tierra) si aparece en estado líquido. Utilícense herramientas manuales no generadoras de chispas.

En caso de incendio: mantener fría la botella rociando con agua. Combatir el incendio desde un lugar protegido.

Inhalación

Asfixia. Ver Notas.

Ventilación, extracción localizada o protección respiratoria.

Aire limpio, reposo. Respiración artificial si estuviera indicada. Proporcionar asistencia médica.

Piel

EN CONTACTO CON LÍQUIDO: CONGELACIÓN.

Guantes aislantes del frío. Traje de protección.

EN CASO DE CONGELACIÓN: aclarar con agua abundante, NO quitar la ropa. Proporcionar asistencia médica.

Ojos

EN CONTACTO CON LÍQUIDO: CONGELACIÓN.

Pantalla facial.

Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después proporcionar asistencia médica.

EXPOSICIÓN

Ingestión

DERRAMES Y FUGAS

ENVASADO Y ETIQUETADO

Protección personal: equipo autónomo de respiración. ¡Evacuar la zona de peligro! Consultar a un experto. Eliminar toda fuente de ignición. Ventilar. NO verter NUNCA chorros de agua sobre el líquido.

Clasificación UE Símbolo: F+ R: 12; S: (2-)9-16-33 Clasificación NU Clasificación de Peligros NU: 2.1 Clasificación GHS Peligro. Gas extremadamente inflamable. Contiene gas a presión; puede explotar si se calienta.

RESPUESTA DE EMERGENCIA

ALMACENAMIENTO

Ficha de Emergencia de Transporte (Transport Emergency Card): TEC (R)-20S1035. Código NFPA: H1; F4; R0;

A prueba de incendio. Mantener en lugar fresco. Separado de oxidantes fuertes y halógenos.

IPCS

International Programme on Chemical Safety Preparada en el Contexto de Cooperación entre el IPCS y la Comisión Europea © CE, IPCS, 2006 VÉASE INFORMACIÓN IMPORTANTE AL DORSO

Fichas Internacionales de Seguridad Química ETANO

ICSC: 0266 DATOS IMPORTANTES

ESTADO FÍSICO; ASPECTO: Gas licuado comprimido incoloro, inodoro si es puro.

VÍAS DE EXPOSICIÓN: La sustancia se puede absorber por inhalación.

PELIGROS FÍSICOS: El gas se mezcla bien con el aire, formándose fácilmente mezclas explosivas. Como resultado del flujo, agitación, etc., se pueden generar cargas electrostáticas.

RIESGO DE INHALACIÓN: Al producirse pérdidas en zonas confinadas, este líquido se evapora muy rápidamente originando una saturación total del aire con grave riesgo de asfixia.

PELIGROS QUÍMICOS: Reacciona violentamente con halógenos y oxidantes fuertes, originando peligro de incendio y explosión.

EFECTOS DE EXPOSICIÓN DE CORTA DURACIÓN: La evaporación rápida del líquido puede producir congelación.

LÍMITES DE EXPOSICIÓN: TLV (como Hidrocarburos Alifáticos Alcanos (C1-C4), gases): 1000 ppm; (ACGIH 2006). MAK no establecido.

PROPIEDADES FÍSICAS Punto de ebullición: -89°C Punto de fusión: -183°C Solubilidad en agua, ml/100 ml a 20°C: (muy pobre) Presión de vapor, kPa a 20°C: 3850 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 1,05

Punto de inflamación: gas inflamable Temperatura de autoignición: 472°C Límites de explosividad, % en volumen en el aire: 3,0-12,5 Coeficiente de reparto octanol/agua como log Pow: 1,81

DATOS AMBIENTALES

NOTAS Altas concentraciones en el aire producen una deficiencia de oxígeno con riesgo de pérdida de conocimiento o muerte. Comprobar el contenido de oxígeno antes de entrar en la zona. Con el fin de evitar la fuga de gas en estado líquido, girar la botella que tenga un escape manteniendo arriba el punto de escape. Otro numero NU: 1961 (líquido refrigerado), Clasificación de peligro: 2.1. Esta ficha ha sido parcialmente actualizada en Julio 2007: ver Límites de exposición y clasificación GHS.

INFORMACIÓN ADICIONAL Límites de exposición profesional (INSHT 2011): VLA-ED: (como Hidrocarburos alifáticos alcanos (C1-C4) y sus mezclas, gases) 1000 ppm

Nota legal

Esta ficha contiene la opinión colectiva del Comité Internacional de Expertos del IPCS y es independiente de requisitos legales. Su posible uso no es responsabilidad de la CE, el IPCS, sus representantes o el INSHT, autor de la versión española. © IPCS, CE 2006

Gas natural CAS 68410-63-9 Versión 1.1.6 Fecha de Vigencia 01.04.2011 Reglamentación 1907/2006/EC

Hoja de Datos de Seguridad 1. IDENTIFICACIÓN DE LA SUSTANCIA O PREPARADO Y DE LA SOCIEDAD O EMPRESA 1.1 Identificador del producto Nombre del Material

:

Gas natural CAS 68410-63-9

1.2 Usos identificados relevantes de la sustancia o mezcla y usos no sugeridos Uso del producto

:

Combustible gaseoso para uso doméstico y no doméstico.

Usos no sugeridos

:

Este producto no ha de usarse en aplicaciones distintas a las recomendadas en el apartado 1 sin seguir primero las recomendaciones del proveedor.

1.3 Detalles del proveedor de la sustancia o la mezcla Fabricante/Proveedor

Teléfono Fax Contacto de correo electrónico para la Ficha de Seguridad de Sustancia Química (MSDS)

:

Shell España, S.A. C/ Río Bullaque, 2 28034 Madrid Spain

: : :

+34 902 34 33 32 +34 91 537 03 73 [email protected]

:

902 51 53 51

:

Este producto está exento de la obligación de ser registrado según la norma REACH, de acuerdo con el Artículo 2(7)(b).

1.4 Teléfono de Emergencia

1.5 Información adicional

2. IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROS 2.1 Clasificación: Reglamento (CE) N.° 1272/2008 (CLP) Clases de peligros/Categorías de peligros Gas inflamable, Categoría 1 Gases a presión, Gas comprimido

Declaraciones de peligro H220 H280

67/548/EEC o 1999/45/EC Características de los peligros

Frases R del apartado 3 1/13

Fecha 01.04.2011

Gas natural CAS 68410-63-9 Versión 1.1.6 Fecha de Vigencia 01.04.2011 Reglamentación 1907/2006/EC

Hoja de Datos de Seguridad Extremadamente inflamable.

R12

2.2 Elementos de las etiquetas Etiquetado de acuerdo con la Reglamentación (CE) N.° 1272/2008. Símbolo(s)

:

Palabras de advertencia

:

Peligro

Declaraciones de peligros de CEE

:

PELIGROS FISICOS: H220: Gas extremadamente inflamable. H280: Contiene gas a presión; peligro de explosión en caso de calentamiento. PELIGROS PARA LA SALUD: No está clasificado como un peligro para la salud según los criterios del Sistema Armonizado Mundial (CLP). PELIGROS MEDIOAMBIENTALES: No se clasifican como amenaza ambiental según los criterios de CEE.

Declaraciones preventivas de CEE Prevención : P102: Manténgase fuera del alcance de los niños. P210: Manténgase alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. – No fumar. P243: Tomar medidas de precaución contra descargas electrostáticas. P377: Fuga de gas en llamas: No apagar, salvo si la fuga puede detenerse sin peligro. P381: Eliminar todas las fuentes de ignición si no hay peligro en hacerlo. Almacenamiento

:

P410+P403: Protéjase de la luz del sol. Almacenar en un lugar bien ventilado.

Etiquetado de acuerdo con la Directiva 1999/45/CE. UE Símbolo

:

F+ Extremadamente inflamable.

2/13 Fecha 01.04.2011

Gas natural CAS 68410-63-9 Versión 1.1.6 Fecha de Vigencia 01.04.2011 Reglamentación 1907/2006/EC

Hoja de Datos de Seguridad

Clasificación CE UE - Frases de Riesgo UE - Frases de Seguridad

: : :

Extremadamente inflamable. R12 Extremadamente inflamable. S2 Manténgase fuera del alcance de los niños. S9 Consérvese el recipiente en lugar bien ventilado. S16 Conservar alejado de toda llama o fuente de chispas. No fumar. S33 Evítese la acumulación de cargas electrostáticas.

Riesgos para la Salud

:

Las concentraciones altas de gas desplazarán el oxígeno disponible del aire; la inconsciencia y muerte pueden producirse repentinamente a consecuencia de la falta de oxígeno. La exposición a altas concentraciones de gases/vapores puede generar efectos narcóticos o anestésicos que, a su vez, puede alterar el juicio o generar depresión del sistema nervioso central.

Riesgos para la seguridad

:

Al usarlo pueden formarse mezclas aire-vapor explosivas/inflamables.

2.3 Otros peligros

3. COMPOSICIÓN/INFORMACIÓN SOBRE LOS COMPONENTES 3.1 Sustancia Nº CAS

:

68410-63-9

:

Combinación compleja de hidrocarburos alifáticos saturados con niveles de carbono en el rango de C1 al C4, principalmente metano y etano. El producto no es una combinación de acuerdo con la norma 1907/2006/EC.

3.2 Mezclas Descripción de la preparación

Componentes Peligrosos Clasificación de componentes según Reglamentación (CE) N.° 1272/2008 Nombre químico Gas natural, desecado

Nº CAS

EINECS

68410-63-9

270-085-9

3/13 Fecha 01.04.2011

N.° de registro REACH Exento

Conc.