UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA QUMICADEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA

UN INGENIERO QUMICO UNA EMPRESA UNA EMPRESA

Ctedra: Docente: Alumnos:

INDSTRIAS QUMICAS Dr.MSC. PALACIOS VELASQUEZ Abraham LAURA CANCHARI, Juan REYES MUOZ Alcides MEZA RAFAEL, Alejandro

Ciclo:

VII A

Huancayo Per 2012

INTRODUCCIN

El gas natural ofrece una serie de importantes ventajas medioambientales sobre otros combustibles fsiles. En gran parte debido a su simplicidad qumica, es la ms limpia combustin de todos los combustibles fsiles. El gas natural est compuesto principalmente de metano, con la mayora de las impurezas eliminadas por el proceso de gas en el campo y planta de gas. El gas de sntesis est compuesto principalmente de hidrgeno, monxido de carbono, y muy a menudo, algo de dixido de carbono. Posee menos de la mitad de densidad de energa que el gas natural. Se ha empleado y an se usa como combustible o como producto intermedio para la produccin de otros productos qumicos. El gas de sntesis tambin se utiliza como producto intermedio en la produccin de petrleo sinttico, para su uso como combustible o lubricante a travs de la sntesis de FischerTropsch, y previamente al proceso Mobil para convertir metanol en gasolina y la obtencin de amoniaco.

MARCO TERICOGAS DE SNTESISEl gas de sntesis o Sintegas es un combustible gaseoso obtenido a partir de sustancias ricas en carbono (hulla, carbn, coque, nafta, biomasa) sometidas a un proceso qumico a alta temperatura. Contiene cantidades variables de monxido de carbono (CO) e hidrgeno (H2). MTODOS DE PRODUCCIN Segn los diferentes mtodos de produccin1 puede recibir diferentes nombres.

Gas de alumbrado o gas de hulla: Se produce por pirlisis, destilacin o pirogenacin de la hulla en ausencia de aire y a alta temperatura (1200-1300 C), o bien, por pirolisis del lignito a baja temperatura. En estos casos se obtiene coque (hulla) o semicoque (lignito) como residuo, que se usa como combustible aunque no sirve para la industria del hierro. Este gas fue utilizado como combustible para el alumbrado pblico (luz de gas) a finales del siglo XIX y comienzos del siglo XX. Contiene un 45 % de hidrgeno, 35% de metano, 8 % de monxido de carbono y otros gases en menor proporcin. Gas de coque o gas de coquera: Se obtiene por calentamiento intenso y lento de la hulla (hulla grasa) con una combinacin de aire y vapor, a alta temperatura, en las coqueras. Aparte del coque slido fabricado, de gran inters para la industria siderrgica y la sntesis de acetileno, se forma un gas que contiene hidrgeno, monxido de carbono, nitrgeno y dixido de carbono).

Generador de gas a partir de fuel-oil

Gas de generador de gasgeno o gas de aire: Se obtiene haciendo pasar aire a travs de una capa gruesa de grnulos de carbn o de coque incandescente. A mayor temperatura, mayor proporcin de monxido de carbono y menor proporcin de dixido de carbono Tiene escaso poder calorfico, mucho menor que el gas de agua, debido principalmente a la dilucin con el nitrgeno atmosfrico.

Gas de agua: Se obtiene haciendo pasar vapor de agua sobre coque a alta temperatura. Su llama es de color azul por lo que tambin se llama gas azul. Este gas se puede transformar en metanol o alcanos, empleando catalizadores heterogneos apropiados. Esta reaccin es fuertemente endotrmica por lo que requiere temperaturas muy altas.

Gas pobre: Se obtiene haciendo pasar alternativamente vapor de agua y aire sobre carbn incandescente (alternancia de chorros de vapor y aire), y es una mezcla de los dos mtodos anteriores. Cuando el lecho de coque se ha enfriado a una temperatura a la que la reaccin endotrmica ya no puede continuar, el vapor de agua es reemplazado por un chorro de aire. La formacin inicial de dixido de carbono (exotrmica) aumenta la temperatura del lecho de coque y va seguida por la reaccin endotrmica en la que este (CO2) se convierte en monxido de carbono (CO). La reaccin global es exotrmica, originando "gas pobre". El oxgeno puro puede sustituir al aire para evitar el efecto de dilucin, y en este caso el poder calorfico es ms alto. Gas de agua carburado: Se obtiene mezclando gas de agua con petrleo gasificado en un carburador. Posee un poder calorfico ms alto que los anteriores. Gas ciudad: Se obtiene a partir de la oxidacin de petrleo o algn derivado (fuel-oil, nafta) mediante vapor de agua y aire. Se debe eliminar el azufre para evitar la corrosin, y tambin el monxido de carbono por su toxicidad. Ha sido reemplazado por el gas natural y los gases licuados del petrleo (GLP, como butano o propano) para todo tipo de fines, pues ste posee un poder calorfico doble. A veces se llama gas ciudad a cualquier gas de sntesis producido para abastecer el consumo domstico y distribuido mediante redes de tuberas, ya sea obtenido a partir de carbn o de petrleo. Gas natural sinttico o gas de sntesis: Combustible que se fabrica a partir del carbn, del petrleo o de sus derivados, por mtodos modernos, distintos de los procesos clsicos ya comentados: o Reformado de gas natural con vapor de agua. o Reformado de hidrocarburos lquidos para producir hidrgeno. 8 o Gasificacin del carbn, de la biomasa, y de algunos tipos de residuos en instalaciones de gasificacin. o Gasificacin integral en ciclo combinado

UTILIZACIN DEL GAS DE SNTESIS El nombre gas de sntesis proviene de su uso como intermediario en la creacin de gas natural sinttico (GNS) y para la produccin de amonaco o metanol. El gas de sntesis tambin se utiliza como producto intermedio en la produccin de petrleo sinttico, para su uso como combustible o lubricante a travs de la sntesis de Fischer-Tropsch, y previamente al proceso Mobil para convertir metanol en gasolina. El gas de sntesis est compuesto principalmente de hidrgeno, monxido de carbono, y muy a menudo, algo de dixido de carbono. Posee menos de la mitad de densidad de energa que el gas natural. Se ha empleado y an se usa como combustible o como producto intermedio para la produccin de otros productos qumicos.

Cuando este gas se utiliza como producto intermedio para la sntesis industrial de hidrgeno a gran escala (utilizado principalmente en la produccin de amoniaco), tambin se produce a partir de gas natural (a travs de la reaccin de reformado con vapor de agua) como sigue:

Con el fin de producir ms hidrgeno a partir de esta mezcla, se aade ms vapor y as se produce el desplazamiento de la reaccin del gas de agua:

El hidrgeno debe separarse del CO2 para poder usarlo. Esto se realiza principalmente por adsorcin por oscilacin de presin (PSA), limpieza de las aminas producidas y el empleo de reactores de membrana. El gas de sntesis producido en las grandes instalaciones para la gasificacin de residuos puede ser utilizado para generar electricidad. Los procesos de gasificacin de carbn se utilizaron durante muchos aos para la fabricacin de gas de alumbrado (gas de hulla) que alimentaba el alumbrado de gas de las ciudades y en cierta medida, la calefaccin, antes de que la iluminacin elctrica y la infraestructura para el gas natural estuvieran disponibles.

Aplicaciones del gas de sntesis

TRATAMIENTO POSTERIOR DEL GAS DE SNTESIS

El gas de sntesis puede ser utilizado en el proceso Fischer-Tropsch para producir disel, o convertirse en metano y en dimetilter en procesos catalticos. Si el gas de sntesis es tratado posteriormente mediante procesos criognicos para su licuacin, debe tenerse en cuenta que esta tecnologa tiene grandes dificultades en la recuperacin del monxido de carbono puro si estn presentes volmenes relativamente grandes de nitrgeno, debido a que el monxido de carbono y el nitrgeno poseen puntos de ebullicin muy similares que son -191,5 C y -195,79 C, respectivamente. Algunas tecnologas de procesado eliminan selectivamente el monxido de carbono por complejacin / descomplejacin del monxido de carbono con cloruro de aluminio cuproso (CuAlCl4), disuelto en un lquido orgnico como el tolueno. El monxido de carbono purificado puede tener una pureza superior al 99%, lo que lo convierte en una buena materia prima para la industria qumica. El gas residual del sistema puede contener dixido de carbono, nitrgeno, metano, etano e hidrgeno. Dicho gas residual puede ser procesado en un sistema de adsorcin por oscilacin de presin para eliminar el hidrgeno, y este hidrgeno puede ser recombinado en la proporcin adecuada junto con monxido de carbono para la produccin cataltica de metanol, disel por el proceso de Fischer-Tropsch, etc. La purificacin criognica (condensacin fraccionada), que requiere mucha energa, no es muy adecuada para la fabricacin de combustible, simplemente porque la ganancia de energa neta es muy reducida.

LA INDUSTRIA PETROQUMICAEl gas natural y el petrleo constituyen bsicamente las materias primas a partir de las cuales la industria petroqumica obtiene a gran escala un gran nmero de productos con un amplio campo de aplicaciones. En el caso del petrleo, el hecho de que en su composicin se encuentren presentes hidrocarburos de distinta naturaleza facilita una mayor diversidad en cuanto a posibilidades de aplicacin. Las materias primas ms demandadas en la industria petroqumica son: - El gas de sntesis (CO+H2), procedente del reformado del gas natural, -Las olefinas, procedentes principalmente del craqueo de las fracciones parafnicas gaseosas (C2 y C3), y - Los hidrocarburos aromticos, procedentes del reformado de naftas principalmente, en particular el benceno. Estas materias primas, a partir de una serie de operaciones qumicas, son transformadas en productos finales: plsticos, fibras sintticas, disolventes, insecticidas, detergentes, etc. En las siguientes figuras se recogen los esquemas de aprovechamiento del metano, etileno, propileno, y benceno, considerados como los productos intermedios ms importantes de la industria petroqumica.

1.-PRODUCCIN DE COMBUSTIBLES Y OTROS PRODUCTOS QUMICOS POR SNTESIS FISCHER-TROPSCH La sntesis Fisher-Tropsch es la produccin de hidrocarburos lquidos a partir de gas de sntesis (CO y H2), procedente de carbn de gas natural, por lo que es una alternativa a la produccin de estos hidrocarburos a partir del crudo de petrleo. Tambin se puede emplear la biomasa para producir el gas de sntesis en el proceso FisherTropsch. Las principales reacciones que tienen lugar son la formacin de metano y de hidrocarburos de mayor peso molecular (y se controla la distribucin de hidrocarburos a obtener a travs de reacciones de polimerizacin):

Pero, otras reacciones que tienen lugar tambin son:

Esta ltima supone la formacin de depsitos de coque. 2.- METANOL Y DERIVADOS El metanol se produce en unidades de gran capacidad de produccin (2.000 Tm/a y mayores) a partir de gas de sntesis por reaccin cataltica del hidrgeno con el CO y con el CO2: 2 H2 + CO CH3OH DH = - 22.000 kcal/kg 3 H2 + CO2 CH3OH + H2O DH = - 12.000 kcal/kg a presin del orden de 50 ata y con grados de conversin relativamente bajos, por lo que es preciso recircular al reactor el gas no convertido, una vez separado por condensacin el producto de la reaccin en forma de solucin acuosa de metanol. Los modernos catalizadores de xidos de cobre, mezclado con xidos de zinc y de aluminio (que evitan su sinterizacin y consiguiente prdida de actividad), proporcionan un metanol bruto mucho ms puro que el que se obtena hace aos con los catalizadores de xidos de cromo y zinc, que adems requera mayor presin parcial de CO en el gas reaccionante. Como impurezas pueden aparecer ter de dimetilo, acetona, formiato de metilo, adems del agua, que se separan por destilacin, pero generalmente, con los catalizadores ms modernos se consigue en una nica destilacin la calidad comercial sin necesidad de purificar el metanol bruto.

El proceso consta de cuatro unidades claramente diferenciadas: la de reformado con vapor de gas natural, la compresin del gas de sntesis, el denominado bucle de sntesis y la destilacin. No es necesaria la unidad de conversin de CO, pues la relacin ms conveniente entre el hidrgeno y los xidos de carbono se consigue operando convenientemente el horno de reformado. A la unidad de reformado con vapor se alimenta el gas natural, que puede contener CO2 y un reciclo de los ligeros que se separan en una primera destilacin flash del metanol bruto. El gas saliente se enfra y el agua que condensa se separa. El compresor aporta el gas de sntesis al bucle en el que se encuentra el reactor con varios lechos de catalizador y enfriamiento intermedio por inyeccin de gas fro a la corriente procedente del lecho anterior. En el bucle de sntesis, el gas comprimido se calienta en un intercambiador de calor con el gas saliente del reactor antes de entrar en ste. A su salida se enfra primero con el gas entrante y finalmente con agua de refrigeracin, separndose la solucin acuosa de metanol que se lamina en una vlvula reductora de presin. Los condensados de esta destilacin constituyen el metanol bruto a concentrar y, en su caso, a depurar. Los vapores de la destilacin flashceden su energa en un expansor y se incorporan a la alimentacin del horno de reformado. La fraccin de gas no condensado a la salida del reactor se recircula mediante un compresor (que se denomina bomba de recirculacin) para compensar las prdidas de presin en este bucle. A la salida de este segundo compresor se incorpora el gas procedente de la unidad de reformado.

Para minimizar el consumo de energa se genera vapor a alta presin que, despus de recalentado en la seccin convectiva del reformador, se expansiona en las turbinas de contrapresin que mueven los compresores. El vapor de escape debe estar a presin mayor que la del gas en el horno para poderlo incorporar como reactivo. La purga del circuito de sntesis, necesaria para evitar el aumento progresivo de la concentracin de inertes (metano fundamentalmente) se expande en una turbina y, si est exenta de nitrgeno, se recicla a la alimentacin. Propiedades y derivados del metanol El metanol (alcohol metlico, alcohol de madera o de quemar) es el alcohol ms voltil de todos los alcoholes (BP 65 C), es muy inflamable (punto de ignicin 16 C) y txico, por lo que se usa muy poco como disolvente, a pesar de sus poder como tal. El principal derivado del metanol es el formaldehdo (H2CO) que se comercializa en disolucin acuosa o como trioxano (un trmero del mismo) o como paraformaldehdo (un oligmero) con destino a la preparacin de resinas acetlicas (polioximetileno. POM) y como reactivo de las reacciones de aldoholizacin para preparar los alcoholes multifuncionales (pentaeritritol, neopentilglicol, etc.). El formaldehdo est clasificado como lquido peligroso de baja toxicidad. El metanol se utiliza tambin como reactivo en la fabricacin de teres mejoradores del nmero de octano, como el metil-terbutil-ter MTBE y para la sntesis del cido actico, via Carbonilacin. Tambin se consume en la preparacin de numerosos steres de distintos cidos (acrlico, tereftlico, etc.) y de las metilaminas. Est en regresin su consumo en compuestos clorados.

3.- AMONACO El amoniaco libre fue preparado por primera vez en 1774 por J. Priestly y C. Berthollet usando carbonato de amonio. Para 1840, amoniaco fue recuperado de plantas de produccin de coque y productoras de gas como un producto secundario de la pirlisis de carbn. A principios de 1900, la empresa American Cyanamid fue formada. Produciendo cianamida de calcio a partir de carburo de calcio y nitrgeno a 1000C. Alrededor de 1900 Fritz Haber comenz las investigaciones en el equilibrio de la reaccin de amoniaco y la evaluacin de los efectos de temperatura. (Produccin de amoniaco a partir de sus elementos N2 e H2). En 1908 BASF y Haber realizaron un acuerdo para trabajar en una planta de produccin a escala industrial.

Trabajando con el grupo de Karl Bosch dentro de BASF en un perodo de 5 aos el proceso fue totalmente desarrollado. En 1913 la primera planta comercial inicio sus operaciones en Ludwigshafen (30 ton por da)

Qumica de la Reaccin y Termodinmica La sntesis de amoniaco envuelve una reaccin simple exotrmica de H2 y N2 elemental sobre un catalizador de Fe promovido:

La formacin de NH3 es favorecida por baja T y alta P. Debido a su carcter exotrmico, el proceso es operado en etapas, con enfriamiento intermedio y remocin del NH3 producido para mover el equilibrio hacia la derecha. El mecanismo de reaccin envuelve adsorcin disociativa de tanto N2 como H2 sobre la superficie de catalizador. La disociacin de N2 a N atmico es una reaccin de descomposicin en la superficie. La adsorcin de H2 es rpida y en virtual equilibrio.

Productos qumicos derivados del amoniaco

La capacidad mundial instalada alcanza los 180 millones de ton/ao. El 50% de la capacidad mundial est en Asia (China, India, etc.). En Amrica Latina: Venezuela, Mxico, Brasil y Argentina. Uso principal: Fertilizantes (Urea, otros nitrogenados). La rea para fertilizantes, resinas ureicas (plsticos). Principal componente de nitrgeno a los suelos, a veces como una (rea nitrato de amonio).

BIBLIOGRAFA

Diapositivas del Departamento de Ingeniera Qumica y Qumica Inorgnica Universidad de Cantabria (SPAIN). Pdf Hidrgeno, gas de sntesis y derivados Instituto Petroqumico Argentino http/www.wikipedia.com/gasdesintesis Qumica Industrial. Prof. Ronald Mrquez http/www.wikipedia.com/usodelgas