OBTENCIÓN DE DIMETIL ETER COMO SUSTITUTO DEL DIESEL A PARTIR DE SYNGAS UTILIZANDO COMO MATERIA PRIMA GAS NATURAL. David Alemán Sánchez

Transcripción

1 OBTENCIÓN DE DIMETIL ETER COMO SUSTITUTO DEL DIESEL A PARTIR DE SYNGAS UTILIZANDO COMO MATERIA PRIMA GAS NATURAL David Alemán Sánchez

2 BOLIVIA PRODUCE SUFICIENTE DIESEL? Petróleo Boliviano es muy ligero (50.5 API) El estado importa diesel con un costo de 400 millones de doláres por año

3 PRODUCCIÓN, CONSUMO Y DEMANDA DE DIESEL EN BOLIVIA (BBL/AÑO)

4 DME COMO SUSTITUTO DE DIESEL

5 DIAGRAMA SIMPLE DEL PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE DME

6 SIMULACIÓN EN ASPEN PLUS DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE DME

7 MODELO MATEMATICO (GHR) REACCIONES Esquema de proceso de reformado con vapor CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 (1.1) CO + H 2 O CO 2 + H 2 (1.2) CH 4 + 2H 2 O CO 2 + 4H 2 (1.3)

8 MODELO MATEMATICO (GHR) Dónde: r 1 = r 2 = r 3 = k1 2.5 P CH4 P H2O P H2 P H 2 k2 P H 2 k3 P H 2 3 PCO K1 DEN 2 (3.24) P CO P H 2O P H2 P CO2 K2 3.5 P CH4 P H2O DEN 2 (3.25) 2 P 4 PCO H2 2 K3 DEN 2 (3.26) DEN = 1 + K CO P CO + K H2 P H2 + K CH4 P CH4 + K H2OP H 2O P H 2 (3.27) r CH4 = r 1 + r 3 (3.28) r CO2 = r 2 + r 3 (3.29)

9 MODELO MATEMATICO (GHR) (continuación) Balance de materia dx CH 4 dz = Ωρ B n CH4 r CH4 /F CH4,o (1.4) dx CO 2 dz = Ωρ B n CO2 r CO2 /F CH4,o (1.5) Balance de Energía dt = 1 dz C p ρ g μ s ρ B H 1 r CH4 n CH4 + ρ B H 2 r CO2 n CO2 4U T T i d ti (1.6) Balance de Cantidad de Movimiento dp 2 dz = f ρ g u s g D p (1.7) Condiciones de Borde x CH4 = x CO2 = 0; T = T 0 ; P = P 0

10 X/(1+E) T(K) VALIDACIÓN DEL MODELO Resultados propios Resultados propios Xu y Froment [55] Xu y Froment [55] Aspen Plus Aspen Plus CH Resultados propios Xu y Froment [55] Aspen Plus CO Z (m) Z(m) Perfiles de conversión de CH 4 y CO 2, donde E representa la relación molar de CO 2 / CH 4 en la alimentación. Perfil de temperatura del gas a lo largo del reactor.

11 P(kPa) VALIDACIÓN DEL MODELO Resultados propios Xu y Froment [55] Aspen Plus Z(m) Evolución de la presión a lo largo del reactor

12 ETAPAS BÁSICAS PARA EL DESARROLLO DE UN MODELO DE USUARIO EN FORTRAN PARA ASPEN PLUS

13 MODELO MATEMÁTICO REACTOR LECHO FLUIDIZADO (DME) Corte transversal de fase burbuja y densa. Reacción de síntesis del metanol CO H 2 CH 3 OH + H 2 O H= kj/mol (1.8) Reacción de deshidratación del metanol 2CH 3 OH CH 3 OCH 3 + H 2 O H= kj/mol (1.9) Reacción de desplazamiento de agua-gas CO + H 2 O H 2 + CO 2 H= kj/mol (1.10)

14 MODELO MATEMÁTICO REACTOR LECHO FLUIDIZADO (DME) P CO 2 r 1 = K P H2 1 P W P M /K P,1 P CO 2 P 3 H2 1 1+K CO 2 P CO2 +K COP CO + K H 2 P 3 (1.11) H2 P 2 M P D P r 2 = K W K P,2 2 1+K M P M +K H2O P 2 (1.12) H2O r 3 = K 3 P W P CO 2 P H2 /K P,3 P CO 1+K CO 2 P CO2 +K COP CO + K H 2 P H2 (1.13) Fase burbuja (flujo pistón): dn ib dz = K bd ib N id Q d N ib Q b Aδ (1.14) Fase densa (Mezcla perfecta): N N id = N id in + Q i in b N id 1 e αih + AH 1 ε u in A Q mf 1 δ ρ p σ3 j=1 α ij r j d (1.15)

15 3.5 MODELO MATEMÁTICO REACTOR LECHO FLUIDIZADO (DME) (continuación) Conversión N i sal = N id + N ib X CO = N CO en N CO sal N CO en (1.16) (3.60) CONDICIONES DE BORDE N ib = N i in Q b / Q b + Q d N id = N i in Q d / Q b + Q d (1.17) (1.18)

16 XCO XCO MODELO MATEMÁTICO REACTOR LECHO FLUIDIZADO (DME) (continuación) VALIDACIÓN DEL MODELO Lu et al.[30] Resultados propios Aspen Plus Lu et al. [30] Resultados propios Aspen Plus P(bar) T( C) Efecto de la presión sobre la conversión del CO. H 2 /CO=1, SV=3000ml/gcat/h. Efecto de la temperatura sobre la conversión del CO. H 2 /CO=1, SV=3000ml/gcat/h.

17 H2/CO O2(kmol/h) PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS (GHR+ATR) H2/CO O CO2/C Efecto de CO 2 /C en H 2 /CO y flujo de oxigeno inyectado en el segundo reactor.

18 Balance de Materia del proceso para obtener DME. Alimentación Compuesto NG AGUA O 2 Flujo molar (kmol/h) ,7 Flujo másico (kg/h) Producto Relación molar H 2 /CO en la corriente 18(syngas) 1.44 Flujo molar de DME(kmol/h) 1.784,21 Flujo másico de DME (kg/h) * Relaciones de alimentación: S/C=3,45, O 2 /C=0,54 en el segundo reactor. Para un año de producción (351 días laborales), la planta obtendría ,58 Ton/año y en volumen ,6 bbl. Sin embargo, por la diferencia de densidad energética entre estos dos combustibles, su equivalente a diesel será de bbl/año. Esta cifra cubre aproximadamente el 85% de la importación de diesel en el año 2017.

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