Diseño de una planta de Metanol a partir de Gas Natural
Conocimientos previos requeridos • Dominio a nivel intermedio-avanzado de modelado en Aspen Plus en estado estable.
Bases Se modela una planta de metanol. Se dispone de Gas Natural, Dióxido de Carbono (el cual se toma de una planta de amoniaco cercana) y Agua. Se quiere producir 62000 kg/hr de metanol a una pureza de 99.95%. Este diagrama de proceso es muy extenso y podría tomar una tarde completa en su elaboración a un ingeniero con experiencia.
Antes de proceder.. • No se detenga en las especificaciones complejas, haga lo más simple y luego agregue las especificaciones indicadas. • Use el análisis de propiedades, revise si existen líquidos en equilibrio. • Es probable que en algún momento obtenga cálculos con errores o que no se efectúen, use el sentido común de la ingeniería para encontrar la fuente del problema. • En algunos casos, necesitará incrementar el número de iteraciones.
Etapa 1: De la alimentación al reformado Construya el siguiente diagrama de proceso.
Modelo: Peng Robinson
Datos de la Etapa 1 Corriente del CO2 T = 43ºC P = 1.4 Bar Flujo = 24823 kg/hr
Corriente de Gas Natural -NATGAS T = 26ºC P = 21.7 Bar Flujo = 29952 kg/hr
Corriente MKUPST Vapor de agua saturado P = 26 Bar Flujo = 40000 kg/hr Corriente de vapor de agua pura
Circulación de agua – H2OCIRC T = 195ºC P = 26 Bar Flujo = 410000 kg/hr Corriente de vapor de agua pura
La relación agua/metano debe ser de 2.8 en base molar a al entrada del reformador. Ajústese la corriente de vapor de agua de este proceso (MKUPST)
Datos de la Etapa 1 (Cont..) Compresor de Dióxido de Carbono – CO2COMP Presión de descarga = 27.5 bar Compresor de dos etapas con corriente de purga de agua a la salida del primer compresor. Temperatura de salida los enfriadores, 50ºC. Compresor de Gas Natural – CH4COMP Presión de descarga = 27.5 bar Compresión de isentrópico de una sola etapa. Columna de saturación – SATURATE Empacado de anillos de metal pall de 1.5 in Etapas ideales: 10 separadas 1.5 in entre si HETP: 10 * 1.5 in = 381 mm Altura del empaque = 15 metros No hay condensador ni calderín.
Datos de la Etapa 1 (Cont..) Precalentador – FEEDHTR Temperatura de salida = 560ºC No hay caída de presión Reformador - REFORMER Temperatura = 860ºC Presión = 18 bar Tipo: Use el modelo RGIBBS
Datos de la Etapa 1 (Cont..) A la salida del reformador, las condiciones pueden ser aproximadamente las que se muestran
Etapa 2. Recuperación de calor
Del reformador
Datos de la Etapa 2 BOILER Temperatura de salida = 166ºC Presión de salida = 18 bar COOL1 Temperatura de salida = 136ºC Presión de salida = 18 bar COOL2 Temperatura de salida = 104ºC Presión de salida = 17.9 bar COOL3 Temperatura de salida = 85ºC Caída de presión = 0.1 bar COOL4 Temperatura de salida = 40ºC Caída de presión = 17.6 bar
FL1 Caída de presión = 0 bar Q=0 FL2 Presión de salida = 17.7 bar Q=0 FL3 Presión de salida = 17.4 bar Q=0 SYNCOM Compresor politrópico de dos etapas Presión de descarga = 82.5 bar Temperatura de los enfriadores = 40ºC Considerar corriente de eliminación de agua Compare: la corriente que ingresa al ciclo de generación de metanol debe ser de 7302 kmol/hr y 0.997 aproximadamente.
Etapa 3. Ciclo de síntesis de metanol. .. De la etapa 2
A la etapa 4
Etapa 3. Ciclo de síntesis de metanol. Reactor de metanol - MEOHRXR Modelar con REquil Temperatura = 240ºC Sin caída de presión en el reactor Reacciones: CO + H2O CO2 + H2 (Equilibrio) CO2 + 3H2 CH3OH + H2O (+15ºC temp approach) 2CH3OH DIMETIL-ETER + H2O (Molar extent 0.2kmol/hr) 4CO + 8H2 N-BUTANOL + 3H2O (Molar extent 0.8kmol/hr) 3CO + 5H2 ACETONA + 2H2O(Molar extent 0.3kmol/hr) E121 Temperatura de salida = 150ºC Presión de salida = 81 bar E122 Temperatura de salida = 120ºC (Correspondiente al lado frío)
E223 Temperatura de salida = 60ºC Presión de salida = 77.3 bar E124 Temperatura de salida = 45ºC Presión de salida = 75.6 bar
Etapa 3. Ciclo de síntesis de metanol. (Cont..) FL4 Presión de salida = 75.6 bar Q=0 CIRC Compresor politrópico de 1 etapa Presión de descarga = 83 bar Temperatura de descarga = 55ºC SPLIT1 0.8 de la corriente a E121 SPLIT2 0.026 de la corriente va a PURGE
Etapa 4. Refinado De la etapa 3
A quema…
Etapa 4. Refinado FL5 Corriente de agua – MKWATER Presión = 5 bar Corriente de agua pura Q=0 Flujo = 10000 kg/hr La corriente MKWATER debe ajustarse para que la corriente Presión = 5 bar del crudo que ingresa a las columnas tenga 23% en base Temperatura = 40ºC masa de agua
Columna de eliminación de CO2 (TOPPING) Número de etapas = 51 (incluyendo condensador y calderín) Tipo de condensador = Parcial Vapor / Líquido Plato de alimentación = 14 El destilado sale en dos corrientes: líquido y vapor, correspondiente a la cond. Parcial Flujo del destilado = fijarse en 1400 kg/hr Perfil de presión: etapa 1 = 1.5 bar, etapa 51 = 1.8 bar Fracción de vapor del destilado = 0.99 Transferencia de calor en la segunda etapa Q = -7 Mmkcal/hr El calderín es alimentado de calor usando las corrientes que pasan por COOL2 La relación de reflujo del calderín (Boil-Up) es de 0.52
Etapa 4. Refinado Columna de refinado REFINING Número de etapas = 95 (incluyendo condensador y calderín) Tipo de condensador = Total Plato de alimentación = 60 Flujo del destilado = fijarse en 2 kg/hr Se toma producto en la etapa 4 de 62000 kg/hr (PRODUCT) Se toma producto en la etapa 83 de 550 kg/hr (FUSELOIL) Velocidad de reflujo = 188800 kg/hr Perfil de presión: etapa 1 = 1.5 bar, etapa 95 = 2 bar La relación de reflujo del calderín (Boil-Up) es de 4.8 en base molar
