27
Marcelo Salvador
1
, Andrés Miño
2
Recibido: 04/04/2023 y Aceptado: 18/08/2023
ENERLAC. Volumen VII. Número 2. Diciembre, 2023
ISSN: 2602-8042 (impreso) / 2631-2522(digital)
Revisión bibliográca para la
producción de metanol a pequeña
escala a partir de gas
Literature Review for Small-Scale Methanol Production
from Natural Gas
1.- Escuela Politécnica Nacional. Ecuador, Jefe del Laboratorio de Operaciones Unitarias,Profesor de la Facultad de Ingeniería Química y
Agroindustria, mfsalvadorq@uce.edu.ec
ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4613-3311
2.- Universidad Central del Ecuador. Ecuador, Docente, aminoron@gmail.com
ORCID: 0000-0001-8808-2861
28
29
El metanol es una molécula base de la industria petroquímica. Se emplea en la fabricación de productos
nales de uso diario. Presenta una importante y creciente aplicación en combustibles. La demanda de
metanol en 2022 se estimó en 105,8 millones de toneladas métricas y se prevé un crecimiento del 4,9
% anual en el mediano plazo. La materia prima mayoritariamente empleada para producir metanol es
el gas natural. La producción de metanol a partir de gas natural se divide en tres etapas: conversión
del gas natural a gas de síntesis, conversión de gas de síntesis a metanol y puricación del metanol. La
producción de metanol inferior a 3000 toneladas métricas por día es considerada como pequeña escala.
Estos procesos son consolidados y tecnológicamente maduros. Sus principales avances están con el
desarrollo de catalizadores que permiten trabajar en condiciones de operación menos severas con
mayor selectividad y rendimientos. La disponibilidad de gas natural representa una ventaja competitiva
a nivel regional y en producciones a pequeña escala. El Ecuador posee el recurso gas natural con
alto potencial de incrementar su producción y reservas. La promoción de la industria petroquímica del
metanol apunta a la industrialización del país a partir de sus recursos.
Methanol is a building block for the petrochemical industry. It is widely used for manufacturing daily
use products. Methanol also presents an important and growing application as a fuel. The demand for
methanol in 2022 was estimated at 105.8 million metric tons and a 4.9 % annual growth in the demand
is expected in the medium term. Natural gas is currently the most important raw material for producing
methanol. The production of methanol from natural gas requires three main processes: the conversion
of natural gas to synthesis gas, the conversion of synthesis gas to methanol, and the purication of
methanol. Methanol production of less than 3000 metric tons per day is considered small-scale. These
processes are consolidated and technologically mature. The main advances in methanol production are
focused on the development of catalysts for working at less severe operating conditions with greater
selectivity and yields. The availability of natural gas represents a true competitive advantage at a regional
level and in small-scale productions. Ecuador’s natural gas reserves represent a potential opportunity
for increasing future natural gas production. The momentum of the methanol-based petrochemical
industry points towards the industrialization of the country from its resources.
Palabras clave: metanol, gas natural, gas de síntesis, pequeña escala, catalizadores
Keywords: methanol, natural gas, syngas, small-scale, catalysts.
Resumen
Abstract
30
El metanol es considerado como una molécula
base, un petroquímico primario o en inglés como
un “building block” de la industria petroquímica
por la gran cantidad de productos nales que se
obtienen a partir de este compuesto.
Adicionalmente, su uso directo tiene una gran
aplicación en diferentes industrias como es el caso
de los combustibles. La demanda mundial de
metanol en el año 2022 se estimó en 105,8 millones
de toneladas métricas (tm) y esta demanda en los
últimos 5 años se ha incrementado en cerca del
19 %; es decir, aproximadamente un crecimiento
cercano al 4 % anual (Methanol Institute, 2023).
La perspectiva de crecimiento de la demanda
de metanol proyecta una tasa de crecimiento del
4,9 % anual entre los años 2022 a 2027 (Mordor
Intelligence, 2023).
El metanol puede ser obtenido a partir de varias
materias primas como gas natural, fracciones de
petróleo, carbón y también a partir de materias
primas renovables, sin embargo, la principal
materia prima para la producción de metanol es
el gas natural (Basile A. y Dalena F., 2018). El gas
natural presenta verdaderas ventajas competitivas
en relación con otras materias primas, entre las
que se puede mencionar el aspecto tecnológico,
el ambiental y sobre todo el aspecto económico
(TotalEnergies, 2020).
En el año 2021, la demanda mundial de gas
natural para la industria petroquímica se estimó en
334 billones de metros cúbicos (bm3) (Enerdata,
2022) y alrededor del 25 % de esta demanda se
empleó para producir metanol y la mayor parte
del restante para la producción de amoníaco
(International Agency of Energy, 2018).
Así, el gas natural es un recurso que se emplea
ampliamente como materia prima de industrias
petroquímicas estratégicas de fertilizantes y de
metanol, productos petroquímicos de alto valor
agregado con importantes demandas y múltiples
aplicaciones a nivel industrial (International Agency
of Energy, 2018).
1. INTRODUCCIÓN
En Ecuador, para el año 2022, las reservas
probadas de gas natural se estimaron en 3398
millones de metros cúbicos estándar (m3) y
la producción de gas natural se estableció en
0,640 millones de metros cúbicos por día (m3/d)
(Ministerio de Energía y Recursos Renovables,
2020; San Martín H. y Sáenz M., 2022). La
producción ecuatoriana de gas natural proviene
en 99,9 % de yacimientos de gas natural y en
0,1 % de gas natural asociado proveniente de la
explotación petrolera (EP Petroecuador, 2022).
El gas natural producido es empleado
exclusivamente como combustible, el 86 % de
la producción de gas natural es empleado para
generación eléctrica y el 14 % se emplea en
diversas industrias manufactureras en el país en
hornos, calderos o generadores (Ministerio de
Energía y Recursos no Renovables, 2019). Las
políticas gubernamentales apuestan por mejorar
la tasa de extracción del gas natural e incrementar
sus reservas, proyectando una importante
disponibilidad de este recurso en el mediano y largo
plazo (EP Petroecuador, 2022; Roca J., 2022).
En Ecuador, el metanol es considerablemente
demandado en industrias locales de elaboración
de solventes, resinas y tableros aglomerados, así,
en el año 2021, el volumen de importación de
metanol se estimó en 18000 m3 y para el 2022 el
volumen de importación se estimó en 23700 m3,
lo que representa un crecimiento importante de
alrededor del 32 % (SRI, 2020; SRI 2021; Servicio
Nacional de Aduana del Ecuador, 2022).
Cabe mencionar que el crecimiento estimado
corresponde a los años de la pandemia del
Covid-19, sin embargo, se espera que el
crecimiento de la demanda de metanol en Ecuador
sea acorde a la perspectiva de crecimiento de la
demanda mundial de metanol, alrededor del 4
%, según proyecciones hasta el 2030 (Roca J.,
2020).
La producción de metanol a partir del gas natural
se realiza en tres etapas, la conversión de gas
natural a gas de síntesis por reformado al vapor,
la conversión de gas de síntesis a metanol y la
31
2. METANOL
puricación del metanol (HIS Chemical, 2015,
Basile, A., y Dalena, F.; 2018). Actualmente,
estos procesos son considerados maduros y
consolidados tecnológicamente.
De igual manera, la industrialización del gas natural
hacia metanol requiere de montos de inversión
considerables, por lo que una investigación del
estado de arte del proceso de producción de
metanol a partir de gas natural, enmarcado en
pequeña escala sería un primer gran aporte en la
promoción de esta industria petroquímica básica.
Según la bibliografía aplicada, la producción de
metanol inferior a 3000 toneladas métricas por
día (tm/d) es considerada como pequeña escala
(Sandoval V. y Siles M., 2021). Adicionalmente, la
promoción de industrias petroquímicas básicas,
como la del metanol, encaminadas a dar mayor
valor agregado al recurso gas natural, estimulará
la producción y prospección de campos de gas
natural en el litoral ecuatoriano, así como también,
la recuperación del gas natural asociado de la
explotación petrolera y que es quemado en las
teas de los bloques de producción de petróleo
(RAISG, 2021).
El artículo desarrolla el estado de arte de
producción de metanol a partir de gas natural
enmarcado a pequeña escala. Se inicia con la
descripción y las principales aplicaciones del
metanol. Seguidamente, se aborda la síntesis de
metanol, detallando los principios tecnológicos de
los procesos químicos involucrados, así como los
principales desarrollos de nuevas tecnologías a
pequeña escala. Luego, se aborda la puricación
del metanol en relación con las especicaciones
comerciales que se desea obtener. Se presentan
los principales hallazgos de los aspectos
económicos en la producción de metanol a
pequeña escala y nalmente las conclusiones.
El metanol, también denominado alcohol metílico,
de fórmula química CH3OH, es un compuesto
orgánico líquido incoloro, volátil y tóxico en
concentraciones mayores a 100 miligramos
por kilogramo (mg/kg) (Copaja, 2018). Entre las
principales propiedades físicas del metanol se
pueden mencionar temperatura de ebullición de
65 °C, densidad de 811,6 kilogramos por metro
cúbico (kg/m3) a condiciones normales; presión
de vapor de 12,3 kPa a 20 °C y en relación a las
propiedades químicas se puede señalar que el
metanol es una molécula polar, es completamente
soluble en agua, en combustión completa forma
dióxido de carbono (CO2) y agua, mientras que
en combustión incompleta a altas temperaturas
forma aldehído fórmico y agua (García et al., 2017;
ASPENTECH, 2019).
En la industria, entre los principales usos directos,
el metanol se emplea como anticongelante,
evita la formación de hidratos en las líneas de
transporte de gas, como disolvente, se emplea
en la fabricación de tintas y de ingredientes
farmacéuticos, como combustible, puro o en
combinación con otros combustibles como
gasolinas o fueloil (ChemicalSafetyFacts.org,
2022). La transformación química del metanol
conduce a productos de gran importancia
industrial, entre estos se pueden mencionar al
formaldehído, intermediario para la obtención
de compuestos uretanos y plásticos de gran
aplicación en la industria de la construcción,
al ácido acético, empleado en la elaboración
del ácido tereftálico para la producción de
bras poliéster y del tereftalato de polietileno,
compuestos ampliamente utilizados en la industria
textil y en los envases plásticos utilizados por
diversas industrias (YPF, 2018; Methanol Institute,
2022). En la Figura 1 se presenta la demanda
global de metanol según su uso en el año 2015.
En relación a la aplicación en combustibles, el
metanol posee un alto índice de octano, por lo
que se emplea directamente en mezcla con
gasolinas para incrementar el índice de octano del
combustible nal, consiguiendo una combustión
más eciente en los motores de combustión
interna (Garrow T., 2015).
32
A partir del metanol también se obtiene el dimetil
éter (DME) y el metil terbutil éter (MTBE). El DME es
empleado en mezcla con gas licuado de petróleo
en aplicaciones de calentamiento y cocción, en
mezcla con combustibles empleados para el
transporte de vehículos cuyos motores hayan
sido modicados y en la generación de energía. El
MTBE es utilizado en la mezcla de gasolinas para
incrementar el índice de octano del combustible.
Cabe mencionar que actualmente se ha
desarrollado un proceso de obtención de
gasolinas vía metanol denominado “methanol to
gasoline” (HIS Chemical, 2015). La obtención de
biodiésel a partir de la transestericación entre
ácidos grasos y metanol es en la actualidad una
de las principales aplicaciones del metanol en el
sector de combustibles. Los ésteres obtenidos
por esta vía con metanol se les denomina “fatty
acid methyl ester” (FAME) (Huang P., et al., 2015;
HIS Chemical, 2015).
En la Figura 2 se presenta la demanda de metanol
a nivel mundial en el sector combustibles estimada
en el año 2015 (Alvarado M., 2015).
El principal proceso de producción de metanol es
el reformado al vapor del gas natural. Sin embargo,
el metanol también se puede obtener a partir de
la gasicación del carbón o de la oxidación parcial
de fracciones de petróleo como nafta, gas licuado
de petróleo o fueloil (Basile, A. y Dalena, F., 2018;
Dai, J., et al., 2015; Zhao, Z. et al., 2015). A
partir de materias primas renovables también es
posible obtener metanol empleando residuos de
agricultura, residuos sólidos municipales, aguas
residuales, electricidad renovable y dióxido de
carbono capturado (Huang P., et al., 2015;
Ecoticias.com, 2022).
El rendimiento del proceso, es decir, la cantidad
de producto que se puede obtener por unidad de
materia prima consumida, es uno de los factores
2.1. Síntesis de metanol
determinantes para la selección de la ruta de
producción, ya que afecta directamente tanto a
la materia prima como al consumo de energía
del proceso. En el caso del metanol, el mejor
rendimiento se obtiene a partir del gas natural,
alrededor de 0,4 toneladas métricas de metanol
por tonelada métrica de gas natural (International
Agency of Energy, 2018; Huang, P., et al., 2015).
La conversión del gas natural a gas de síntesis,
en inglés denominado “syngas”, y a partir de este
hacia metanol, es la tecnología que se emplea
ampliamente en la actualidad a nivel industrial
(Blug M., et al., 2014). Por esta vía, la producción
de metanol a partir de gas natural se divide en
tres grandes etapas. La primera, la conversión
del gas natural a gas de síntesis, la segunda,
PRODUCTOS QUÍMICOS 59%
59%
36%
5%
COMBUSTIBLES 36%
SOLVENTES 5%
BIODIÉSEL 11%
DME 28%
MTG 2%
MTBE/TAME 29%
MEZCLA GASOLINA 30%
11%
28%
29%
30%
2%
Figura 1. Demanda global del metanol según su uso en 2015
(Alvarado M., 2015).
Figura 2. Demanda global de metanol en el sector combustibles
(Huang P., et al., 2015). DME: dimetil éter; MTG: proceso de
transformación de metanol a gasolina; MTBE: metil terbutil éter;
TAME: metil teramil éter.
33
2.1.1. Producción de gas de síntesis a partir de gas natural
la conversión de gas de síntesis a metanol, y la
tercera, la puri cación del metanol (Basile, A. y
Dalena, F., 2018).
Los procesos de conversión empleados en las dos
primeras etapas son catalíticos, es decir, requieren
la presencia de catalizadores para favorecer las
transformaciones químicas deseadas, mientras
que en la tercera etapa se emplean procesos de
destilación para eliminar impurezas y alcanzar
la concentración deseada de metanol. También
existe un método directo de obtención de metanol
a partir de gas natural, evitando la obtención
del gas de síntesis como etapa intermedia, sin
embargo, es un método menos empleado por
presentar menores rendimientos en la obtención
del metanol (Ghasemzadeh K. et al., 2018).
El término gas de síntesis se emplea para de nir
mezclas de hidrógeno y monóxido de carbono
en diferentes proporciones, dependiendo de la
aplicación nal a la que se busca llegar. A partir
del gas de síntesis se puede obtener amoníaco,
combustibles sintéticos, metanol, aldehídos o
también hidrógeno puro para aplicaciones de
hidrotratamiento en re nerías o monóxido de
carbono puro para la producción de ácidos fórmico
o acético (García H., et al., 2017). Los principales
procesos de producción de gas de síntesis son el
reformado al vapor del gas natural, la oxidación
parcial de hidrocarburos pesados y la gasi cación
del carbón (Wilkinson S.K., et al., 2016; Basile
A., et al.; 2015). Actualmente, la mayor parte de
gas de síntesis se produce mediante reformado
al vapor del gas natural, principalmente por sus
condiciones económicas y tecnológicas más
favorables (Sehested, J., 2019).
Las principales reacciones, y sus respectivos
calores de formación, durante la conversión del
metano a gas de síntesis se presentan en las
Ecuaciones 1 y 2 (Moulijn, J., et al.; 2013). La
reacción del metano con vapor o reformado del
metano, Ecuación 1, es altamente endotérmica,
requiriendo altas temperaturas operación,
industrialmente las temperaturas oscilan entre
730 a 930 °C. La segunda principal reacción,
Ecuación 2, es la reacción de desplazamiento
del gas de agua, en inglés denominada “Water-
Gas Shift Reaction”, la cual es una reacción
moderadamente exotérmica (Ghasemzadeh K.,
et al.; 2018).
El reformado del metano, Ecuación 1, presenta
un incremento en el número de moles de
reactivos a productos, indicando que el equilibrio
de la reacción se favorece a bajas presiones.
Generalmente, las presiones de operación son
menores a 30 bar (Zhen X. y Wang Y., 2015). Sin
embargo, es común trabajar con altas presiones,
entre 50 a 100 bar, para disminuir los costos de
compresión del gas de síntesis y reducir el tamaño
del reformador. La reacción secundaria o reacción
no deseada más perjudicial es la formación de
coque en el catalizador, la cual conduce a la
desactivación del mismo (Moulijn, J., et al.;2013).
La composición del gas de síntesis es un
parámetro fundamental para la segunda etapa,
la conversión de gas de síntesis a metanol,
ya que afecta directamente el rendimiento de
metanol que se plantea obtener (Blumberg T.,
et al., 2017). El gas de síntesis utilizado en la
síntesis de metanol debe guardar un balance
entre la composición del monóxido de carbono,
dióxido de carbono e hidrógeno, dicho balance
es expresado por el número estequiométrico S o
por la relación estequiométrica R que se expresan
en las Ecuaciones 3 y 4 respectivamente,
donde n representa el número de moles de los
componentes en el gas de síntesis (Blumberg, T.,
et al., 2017).
34
Dependiendo de la tecnología de producción del
gas de síntesis y de las condiciones de operación,
presión y temperatura, el valor de S varía entre
valores de 0,8 a 3,0; y los rangos de valores de
R, que corresponde a la relación molar de vapor
carbono, están entre 2,5 a 5,0 (Blumberg T., et
al., 2017).
Reformado al vapor (SMR)
El proceso más utilizado para producciones
menores a 3000 tm/d es el reformado al vapor
(SMR). La tecnología SMR es la más utilizada
en el reformado de gas natural, principalmente
por ser una tecnología madura que reduce
considerablemente los costos de producción en
relación con otras tecnologías (Ameztoy M., 2021)
por su alta e ciencia térmica, superior al 80 %, la
cual recupera parte de la energía de los e uentes
del reformador evitando el uso de hornos de
precalentamiento previos a la entrada del
reformador (Moulijn, J., et al.;2013, p. 129) y por la
alta relación molar H2/CO, próxima a 3 (González
P., 2017). Varias investigaciones cientí cas revelan
que la producción de metanol por reformado con
vapor del gas natural es económicamente viable
para plantas de capacidades entre 2500 a 20000
tm/d (Zhang. C., et al., 2017). La producción de gas
de síntesis vía reformado tubular por vapor, SMR
de un solo paso, es la tecnología más económica
y ampliamente utilizada a nivel industrial referida
a pequeña escala, con capacidades menores a
2700 tm/d. El mayor licenciante de esta tecnología
es la compañía Haldor Topsoe (Blumberg, T., et
al., 2017).
El metano reacciona con el vapor sobre
catalizadores a base de níquel a temperaturas
entre 800 a 1000 °C y presiones entre 20 a 30
bar (Balsutraitis J. y Luiben W., 2015; Bozzano
G. y Manenti g., 2016). La relación molar vapor/
carbono está en un rango de 3,0 a 5,0 y el gas
de síntesis empleado para obtener metanol por
esta vía presenta un valor de módulo S igual a
3, debido a la reacción de cambio de agua a
gas que genera un indeseado incremento de
hidrógeno (Blumberg, T., et al., 2017), mientras
que el valor estequiométrico R varía entre 1,4 a
1,5 debido a la relación hidrógeno/carbono del
metano (Blumberg, T., et al., 2017). En la Figura 3
se presenta el esquema simpli cado del proceso
SMR.
Como se observa en la Figura 3, el gas natural,
luego de pasar por el desulfurador, se mezcla
con vapor y es precalentado a temperaturas
entre 480 a 530 °C previo a la entrada al reactor
de reformado. El calor requerido en la reacción
de reformado es provisto por la combustión del
combustible, generalmente gas natural.
En el horno del reformador, se realiza una
operación alotérmica donde la fuente energética
corresponde al gas resultante de la operación y el
calor se transmite por conducción y radiación por
las paredes del reactor, alcanzando temperaturas
en el reactor tubular de alrededor de 850 °C
(Aasberg-Petersen et al., 2011). A la salida del
reactor se obtiene la corriente de gas de síntesis
crudo.
COMBUTIBLE
AIRE
HOMO DE
REFORMADO
CON VAPOR
SECCIÓN DE
RADIACIÓN
VAPOR
SOBRECALENTADO
SECCIÓN DE CONVECIÓN
GASES DE COMBUSTIÓN
PARA TRATAMIENTO
GAS DE
SÍSTESIS
CRUDO
DESULFURADOR
VAPOR DE PROCESO
GAS NATURAL
CATALIZADOR
Figura 3.
Esquema simpli cado del proceso reformado al vapor del gas
natural (SMR) (Moulijn, J., et al.; 2013).
35
El gas de síntesis que sale del reformador podría
ser modi cado en pasos adicionales como el
reformado secundario con el n de reducir el
contenido de monóxido de carbono (Moulijn, J.,
et al.; 2013).
En el esquema también se observa que el
reformador presenta dos secciones, la sección
de convección, donde el calor recuperado de
los tubos de gases calientes es utilizado para
precalentar la corriente de alimentación, así como
para generar vapor sobrecalentado, mientras
que en la sección de radiación es en donde las
reacciones de reformado se desarrollan.
Una mejora de esta tecnología es el uso de un
pre reformador adiabático, donde el gas natural,
previa remoción de azufre, ingresa en conjunto
con hidrocarburos pesados, lo cual contribuye
a mejorar la relación carbono/hidrógeno; las
condiciones de pre reformado son temperaturas
entre 500 a 600 °C y relación molar vapor/carbono
entre 2,5 a 5,0; con esto se asegura que todos los
hidrocarburos mayores a C2 sean convertidos en
metano (Blumberg, T., et al., 2017).
Este pre reformado, además de asegurar la
conversión de los hidrocarburos a metano,
promueve la mejora de la e ciencia energética en el
proceso. Bajo el mismo criterio, se puede mejorar
la composición del gas de síntesis con la adición
de una corriente de dióxido de carbono previo a
la entrada al reactor tubular, esto se evidencia con
la corrección del valor estequiométrico S cercano
a 2,0 para maximizar la conversión dentro de la
síntesis de metanol (Blumberg, T., et al., 2017).
En la tecnología SMR, la composición del gas
de síntesis y la e ciencia de conversión del
gas natural, están principalmente ligadas a la
formación de coque y a la baja conversión del
metano. La formación de coque en los sitios
activos del catalizador provoca la desactivación
de este y el bloqueo en los reactores tubulares
dentro del reformador. Para evitar este fenómeno,
las condiciones de reformado deben ser revisadas
continuamente.
Una posible solución es la adición de exceso de
vapor, obteniendo de esta manera valores de
relaciones molares de agua/carbón entre 2,5 a 4,5
(Moulijn, J.; et al.; 2013). La baja conversión de
metano implica que la corriente de gas de síntesis
crudo contenga metano no convertido, el cual
es crucial en el aspecto económico del proceso,
por lo que un control preciso de condiciones de
presión y temperatura es mandatorio (Moulijn, J.,
et al.; 2013).
Los sitios activos de los catalizadores empleados
en el reformado del metano con vapor constituyen
elementos metálicos de transición de la familia
VIII B. Estos elementos metálicos presentan gran
actividad en el reformado de hidrocarburos con
vapor (Aasberg-Petersen et al., 2011). Elementos
metálicos como Rh o Ru presentan los mejores
desempeños en términos de actividad en el
reformado de hidrocarburos con vapor, pero no son
competitivos industrialmente por sus altos costos
(Aasberg-Petersen et al., 2011). Industrialmente,
la tecnología SMR emplea catalizadores a base de
níquel como fase activa, depositado en soportes
óxidos como Al2O3, ZrO2, MgO (Blumberg T., et
al., 2017).
En la Figura 4 se presenta una imagen de
microscopía electrónica de un catalizador
industrial de reformado de metano con vapor
a base de níquel soportado en MgAl2O4, en
donde se puede observar una gran cantidad de
nanopartículas de níquel dispersas en el soporte.
Figura 4. Imagen por microscopía electrónica de un
catalizador industrial de reformado de metano con vapor,
Ni/MgAl2O4 (Aasberg-Petersen K., et al., 2011).
Otras tecnologías
Otras tecnologías también son empleadas para
la obtención de gas de síntesis a partir del gas
natural, como el reformado auto térmico (ATR), el
36
reformado combinado (CMR) y el reformado en
seco por dióxido de carbono (DMR) (Blumberg
T., et al., 2019). La selección de una adecuada
tecnología o proceso es esencial para la e ciencia
termodinámica y rentabilidad del proceso; así, por
ejemplo, la elección y evolución de la unidad de
reformado determinan la demanda de combustible
que constituye el mayor aporte de los costos
variables (Blumberg T., et al., 2019).
La tecnología ATR es utilizada en producción a
gran escala con capacidades entre 6000 a 10000
tm/d. Según Aaesberg-Petersen K., et al., esta
tecnología podría ser utilizada en plantas cuya
producción de metanol son menores a 5000
tm/d, mientras que para un rango intermedio
una combinación de reformador tubular y
reformador secundario de oxígeno es la vía más
recomendada (Blumberg, T., et al., 2017). En esta
tecnología se combina la oxidación parcial y el
reformado de vapor en un reactor. Las reacciones
son efectuadas en condiciones de temperatura
entre 950 a 1400 °C y elevada presión entre 30
a 50 bar. El gas de síntesis resultante tiene el
valor de módulo S entre 1,0 a 2,0 (Blumberg T.,
et al., 2019). Las condiciones de operación en el
proceso ATR son temperaturas entre 950 a 1050
°C y presiones entre 23 a 28 bar con valores de
relación vapor/carbono entre 0,6 a 1,4 (Blumberg,
T., et al., 2017).
La tecnología CMR une dos tecnologías, SMR
en un primer reformado y ATR para el segundo
reformado, entre el 55 al 65 % de la conversión
es efectuada en el reformador secundario,
provocando que el SMR opere a condiciones
moderadas generadas por un bajo requerimiento
de energía. Esta tecnología es empleada cuando
la capacidad de producción sobrepasa 5000 tm/d
(Blumberg, T., et al., 2017). Otras alternativas
para incrementar la conversión de metanol se
basan en el reformado de dos pasos, SMR y
ATR, y con guración en paralelo de SMR y DMR
(Blumberg T., et al., 2019).
La tecnología DMR por CO2 es una tecnología
pre comercial que tiene muchos incentivos
ambientales y económicos. El dióxido de carbono
es alimentado al reactor en una relación molar
de CO2/C similar a 1,0, y según el análisis
termodinámico se obtienen grandes conversiones
con temperaturas mayores a 900 °C y presiones
entre 5 a 10 bar; el gas de síntesis resultante
tendría un valor de módulo S entre 0,8 a 1,6. Sin
embargo, no se ha podido aplicar esta tecnología
a escala industrial debido a la baja actividad del
catalizador y bajas tasas de conversión (Arora S.,
y Prasad R., 2016; Blumberg T., et al., 2019).
2.1.2. Producción de metanol a partir de gas de síntesis
Actualmente, la mayor parte del gas de síntesis
empleado para la producción de metanol es
producido mediante el reformado al vapor del
gas natural. La composición del gas de síntesis
y la selección del tipo de reactor son factores
decisivos para la producción de metanol. Según
la tecnología seleccionada, las condiciones de
operación, la composición del sistema reaccional,
el tipo de reactor de síntesis, entre las principales,
el proceso presentará diferencias signi cativas en
la demanda energética de la unidad de compresión
del gas de síntesis y en el diseño y operación de la
unidad de destilación (Blumberg T., et al., 2017).
A pesar de que el proceso comercial de síntesis
de metanol tiene aproximadamente 100 años, el
modelo cinético y el mecanismo de reacción aún
son discutidos (Bozzano, G., Manenti, F., 2016).
Sin embargo, muchos estudios corroboran que
el metanol es obtenido por la hidrogenación de
los óxidos de carbono, como se observa en las
Ecuaciones 5 y 6 (Outi M. y Kauko L., 2018).
Las dos reacciones de formación del metanol
se acoplan con la reacción de desplazamiento
37
del gas de agua, Ecuación 7, la cual permite
variar la composición del sistema reaccional,
incrementando la relación H2/CO, favoreciendo
la formación de metanol (Moulijn, J., et al.; 2013).
del gas de agua, Ecuación 7, la cual permite
variar la composición del sistema reaccional,
incrementando la relación H2/CO, favoreciendo
la formación de metanol (Moulijn, J., et al.; 2013).
Las reacciones de formación de metanol son
exotérmicas con decremento en el número de
moles de reactivos a productos. Así, para favorecer
el equilibrio termodinámico de la reacción se debe
operar a bajas temperaturas y altas presiones. La
conversión del dióxido de carbono incrementa
con la temperatura como resultado de la reacción
reversa de desplazamiento del gas de agua (Moulijn
J., et al., 2013). La temperatura de operación en
los procesos actuales de producción de metanol
oscila entre 200 a 300 °C y las presiones están
comprendidas entre 50 a 100 bar (Sehested,
J., 2019). La termodinámica muestra también
que durante la hidrogenación del monóxido de
carbono, alcoholes superiores e hidrocarburos
pueden formarse, como etanol, etileno, etano o
metano (Moulijn, J., et al.; 2013).
Estos productos secundarios son
termodinámicamente más estables que el
metanol, por lo que el catalizador que se emplea
en el proceso debe ser altamente selectivo. La
composición ideal del gas de síntesis para la
producción de metanol debe tener una relación
molar H2/CO alrededor de 2 mol/mol. Una
relación H2/CO menor a 2 mol/mol conduce a la
formación de productos secundarios, una relación
superior resulta en un proceso menos e ciente
debido al exceso de hidrógeno presente en el gas
de síntesis, el cual debe ser purgado (Moulijn, J.;
et al.; 2013).
En la actualidad, los procesos predominantes
a nivel industrial son los métodos indirectos de
baja presión denominados ICI y Lurgi (Basile, A.
y Dalena, F., 2018). El esquema simpli cado del
proceso de producción de metanol a partir de
gas de síntesis se presenta en la Figura 5, que
corresponde a un esquema de baja presión ICI.
La alimentación del gas de síntesis se mezcla
con el gas de síntesis proveniente del lazo de
reciclo, la corriente resultante es comprimida y
seguidamente precalentada con el e uente del
reactor. Una vez precalentada la corriente de gas
de síntesis, aproximadamente el 40 % de esta
corriente se la somete a un precalentamiento
adicional con una parte de la corriente del e uente
del reactor, previo al ingreso al reactor. El 60 %
restante de la corriente del gas de síntesis ingresa
en diferentes alturas del reactor de mediante
dispositivos tipo “quench” aprovechando también
al gas de síntesis como gas de enfriamiento
del reactor. El e uente del reactor es empleado
para precalentar la corriente del gas de síntesis
y para la generación de vapor de alta presión.
Seguidamente, este e uente es enfriado en
un intercambiador de calor de aire y enviado
a un separador para obtener una fase gaseosa
compuesta de gases no condensables y de gas de
síntesis, y una fase líquida compuesta de metanol,
agua y ciertas impurezas como acetona, etanol,
alcoholes superiores, entre otros. A esta corriente
líquida se la conoce como metanol crudo, la cual
es almacenada previo a la etapa de destilación. La
AIRE
METANOL
CRUDO
FUGA
GAS DE
SINTESIS
CALIENTE
GAS DE
SINTESIS
FRIO
GAS DE SINTESIS
GAS DE SINTESIS FASE LÍQUIDA,
GAS DE SÍNTESIS
Y NO CONDENSABLES
VAPOR DE
CALENTAMIENTO
REACTOR
SEPARADOR
Figura 5.
Esquema simpli cado del proceso ICI de producción de metanol a
partir del gas de síntesis
(Sandoval V. y Siles M., 2021; Moulijn, J., et al.; 2013)
38
fase gaseosa que sale del separador pasa al lazo
de reciclo. El exceso de hidrógeno, metano y otros
inertes de la fase gaseosa son removidos por una
purga. La fase gaseosa realiza un lazo de reciclo
con la nalidad de incrementar el rendimiento en
metanol (Sandoval V. y Siles M., 2021). Todos los
procesos comerciales de producción de metanol
emplean este lazo de reciclo, dado que esta
conguración permite superar las limitaciones
de la conversión de equilibrio en condiciones
normales de operación del catalizador (English A.,
et al., 2015). Este sistema de reciclo es posible,
puesto que el metanol y el agua pueden ser
removidos del lazo de reciclo por condensación
en el separador.
Catalizadores empleados en la síntesis del
metanol
En los inicios de la producción industrial de
metanol se empleaban procesos con altas
presiones y catalizadores a base de cromato
(Basile, A. y Dalena, F., 2018). Estos catalizadores
se activan a altas temperaturas, por lo tanto, la
presión de operación tenía que ser muy elevada,
entre 250 a 350 bar, para poder alcanzar
conversiones aceptables. Estos procesos fueron
reemplazados por procesos a bajas presiones y
con catalizadores a base de cobre. El desarrollo
de los catalizadores que emplean cobre en su
formulación ha permitido que estos se activen
a menores temperaturas, haciendo posible
operar a menores presiones, entre 50 a 100 bar,
manteniendo la misma conversión que un proceso
clásico. Sin embargo, estos catalizadores muy
activos son sensibles a la aglomeración de la fase
activa, la cual se incrementa progresivamente
con la temperatura (Fichtl, M.B., et al, 2015;
Lunkenbein, T., et al., 2016).
El uso de los catalizadores a base de cobre exige
que el gas de síntesis no presente impurezas,
principalmente azufre, níquel y hierro. Así, las plantas
de producción de metanol manejan el principio
de envenenamiento preventivo. Este principio se
alcanza mediante la puricación del metano antes
de la producción del gas de síntesis, así como una
etapa adicional de puricación del gas de síntesis
antes de su conversión a metanol. La puricación
del metano se puede alcanzar principalmente por
procesos de hidrodesulfurización o de sistemas
de absorción en lechos de alúmina o carbón
(Sehested, J., 2019).
La puricación del gas de síntesis previo al
ingreso a la etapa de producción de metanol se
la realiza con catalizadores de hidrogenación y
absorbentes, asegurando la remoción de venenos
del catalizador que pudiesen aún persistir (Arora
A., et al.,2018). El desarrollo de catalizadores con
mayor resistencia a venenos como el azufre son
de gran interés industrial, ya que incrementarían
la vida útil del catalizador y por consiguiente la
frecuencia de cambios de lotes de catalizador en
operación disminuiría.
Actualmente, los catalizadores industriales
empleados en la elaboración del metanol tienen
como metal activo el cobre, como soporte la
alúmina y como promotor el óxido de zinc (Rivarolo
M., et al., 2016; Laudenschleger D. et al., 2018;
Studt F., et al., 2015). Otros promotores también se
emplean en la formulación de estos catalizadores
como Cr, Mg, Ca, Si, o Zr, los cuales, de manera
general, otorgan mayor estabilidad al catalizador.
En la Figura 6 se presenta un esquema general de
estos catalizadores en estado activo en donde se
identican las nanopartículas de cobre y de óxido
de zinc soportadas en la matriz alúmina Al2O3.
En la supercie de las nanopartículas de cobre
se realiza la transformación química, en estos
sitios se produce la hidrogenación del CO y CO2
a metanol. La alúmina incrementa la dispersión
de las nanopartículas de cobre, elevando el área
disponible para la transformación química, pero
también actúa previniendo la aglomeración de las
nanopartículas de cobre durante el proceso.
El óxido de zinc maximiza la dispersión de
las nanopartículas de cobre incrementando la
supercie activa y por consiguiente elevando
considerablemente la actividad del catalizador.
Así, estudios han llegado a determinar que el uso
del óxido de zinc como promotor incrementa la
actividad entre 3 a 7 veces en comparación al
catalizador de cobre sin óxido de zinc (van den
Berg, R., et al., 2016).
Nakamura at al., determinaron que la actividad del
catalizador aumentó entre 6 a 13 veces cuando
39
se añadió zinc al catalizador de cobre (Sehested,
J., 2019). El óxido de zinc es hasta el momento
el promotor más relevante en la formulación de
los catalizadores industriales de producción de
metanol, esto se debe al aumento de los sitos
activos de zinc/cobre para la síntesis de metanol
bajo condiciones de reacción a nivel industrial
(Sehested, J., 2019; Kuld S., et al., 2016; van den
Berg, R., et al, 2016; Nakamura, J., et al., 2017;
Kattel, S., et al., 2017).
Estos catalizadores tienen una vida útil de 2 a 4
años y se caracterizan por una disminución en
su actividad con el tiempo (Sehested, J., 2019).
Para contrarrestar esta disminución de actividad,
se realizan modi caciones en las condiciones de
operación del proceso, principalmente, ajuste de
presión, de temperatura, y/o de ujo de reciclo,
sin embargo, las variaciones de estas condiciones
de operación generan un incremento importante
en los costos energéticos al tratar de mantener
la tasa de producción de metanol (Bozzano, G. y
Manenti, F., 2016; Fichtl, M.B., et al, 2015).
Actualmente, la investigación cientí ca se
encuentra en constante desarrollo de catalizadores
que podrían mejorar la e ciencia de producción
de metanol desde el punto de vista operativo,
ambiental y de costos. Estas investigaciones se
han enfocado principalmente en catalizadores a
base de óxidos de lantánidos y tierras raras que
han demostrado mejorar la estabilidad térmica
del catalizador (Catalyst Carriers Market, 2018;
Schittkowski, J., et al., 2018; Branco J.B., et al.,
2016; Zohour B., et al., 2016; Lam E., et al., 2018;
Li C.S., et al., 2015; Jiang X., et al., 2018; Martin
O., et al., 2016; Wang J., et al., 2017).
Los reactores tipo “quench” pueden constar de
más de 5 lechos catalíticos. En estos reactores
una porción de la alimentación ingresa al reactor,
la cual atraviesa el primer lecho catalítico,
elevando la temperatura de la mezcla metanol
producido y gas de síntesis no convertido. A la
salida del lecho catalítico, la mezcla es enfriada
por la inyección de alimentación fría. Este proceso
se repite hasta que toda la alimentación pase
por todos los lechos catalíticos (Blumberg T.,
et al., 2019). Su diseño es simple y pueden ser
usados con capacidades de producción mayores
a 3000 tm/d. El principal cuidado en este tipo de
Figura 6. Esquema del catalizador industrial empleado en la
síntesis de metanol Cu/ZnO/Al2O3 (Kuld, S., 2017).
Figura 7. Diferentes tipos de reactores empleados en la
obtención de metanol a) tipo “quench” b) adiabático c)
enfriado por tubo d) levantamiento de vapor
(English A., et al., 2015).
Así, en la literatura cientí ca se encuentran
catalizadores de Ni/Ga, MnOx/CoOx, InOx/ZrO2
y ZnO/ZrO2 evaluados para la transformación de
CO2/H2 a metanol (Xu J., et al., 2016).
Reactores usados en la producción de metanol
La característica que marca la diferencia entre
los procesos industriales de obtención de
metanol es el tipo de reactor. Los reactores
industriales empleados en la actualidad son
templados, de enfriamiento mediante dispositivos
tipo “quench”, adiabáticos, enfriados por tubo,
en inglés denominados “tube cooled” y de
levantamiento por vapor, en inglés denominados
“steam raising” (English A., et al., 2015). Los
tipos de reactores di eren entre sí por capacidad,
enfriamiento, consumo de energía, estabilidad y
abilidad (Blumberg T., et al., 2019). En la Figura
7 se presenta los diferentes tipos de reactores
empleados en la obtención de metanol.
(A)( B) (C)( D)
40
reactores es la carga del catalizador en el lecho,
de manera a evitar pasajes preferenciales de la
mezcla reaccionante, las cuales generan zonas
frías y calientes en el lecho catalítico provocando
un incremento en la velocidad de desactivación
del catalizador (Blumberg T., et al., 2017).
Los rendimientos de metanol para este tipo de
reactores oscilan entre 6 a 7 % por paso, implicando
grandes relaciones de reciclo en rangos de 4:1 a
5:1 con el n de mejorar el rendimiento (Blumberg
T., et al., 2017). Los reactores adiabáticos usan el
enfriamiento indirecto por transferencia de calor
para la generación de vapor de alta presión. Los
lechos catalíticos pueden ser dispuestos dentro
del reactor o en serie con enfriadores externos
(Blumberg T., et al., 2017). La concentración de
metanol en la corriente de salida para los reactores
adiabáticos radiales está entre 3,5 a 5,0 % (García
H., et al., 2017).
El reactor tubo enfriado funciona como un
intercambiador de calor donde el catalizador
está dispuesto en el lado de la coraza. El gas de
síntesis junto a la corriente de reciclo ingresan
por el fondo del reactor a través de los tubos de
En la actualidad existe una intensa investigación
cientíca para desarrollar otras rutas de obtención
de metanol a pequeña escala, por ejemplo,
vía reducción electroquímica del dióxido de
carbono y oxidación catalítica y no catalítica del
metano, sin embargo, todavía son difíciles en
implementar a escala industrial debido a la gran
barrera energética que se debe vencer para
activar el enlace carbono hidrógeno del metano
y la alta actividad que tienen los enlaces carbono
hidrógeno presentes en la molécula de metanol
(Latimer, AA., et al., 2018; Cave, E.R., et al.,
2017). El desarrollo de estas tecnologías tiene el
potencial de transformar la industria y hacer de
las plantas de pequeña escala más atractivas, sin
embargo, deben ser todavía investigadas a mayor
profundidad para ser escaladas a nivel industrial
(Sehested, J., 2019).
Los bajos rendimientos obtenidos hasta el día de
hoy en la obtención de metanol por el método de
intercambio de calor, donde la mezcla gaseosa
es calentada por la reacción que tiene lugar en el
lecho catalítico. El gas gira en la parte superior de
los tubos y baja a través del lecho catalítico. La
desventaja de este tipo de reactor es el reducido
volumen de catalizador que puede contener. La
ruta de reacción por medio de estos reactores
promueve una mayor conversión de metanol
cercano al 8 % (English A., et al., 2015; Blumberg
t., et al., 2017).
En el reactor por levantamiento de vapor, el ujo
de gas puede ser radial o axial con la disposición
del catalizador en el lado de la coraza o en los
tubos. Su operación es casi isotérmica, logrando
posicionarse como el reactor con mayor eciencia
termodinámica y bajos volúmenes de catalizador
(English A., et al., 2015; Blumberg T., et al.,
2017). Así, este tipo de reactores disminuyen
picos de temperatura del catalizador, reduciendo
la formación de subproductos y aumentando el
tiempo de vida útil de los catalizadores (English
A., et al., 2015; Blumberg T., et al., 2017). La
concentración de metanol en la corriente de salida
de este tipo de reactores puede alcanzar hasta un
14 % (García H., et al., 2017).
2.2. Desarrollo de nuevas tecnologías a pequeña escala para la síntesis de metanol
oxidación directa del metano, son los mayores
obstáculos para ser considerado económicamente
comercializable (Blumberg T., et al., 2017). Sin
embargo, esta tecnología está siendo investigada
con la nalidad de obtener conversión completa
de metanol en un reactor por simple paso, que
podría ser obtenida al romper las limitaciones
termodinámicas de la fase gaseosa en equilibrio
al emplear metanol condensado. Los óxidos de
carbono e hidrógeno son convertidos a metanol
condensado en este tipo de reactor, donde se
logra obtener más del 95 % de conversión por
un simple paso, convirtiendo esta tecnología con
enorme potencial a nivel industrial (Sehested, J.,
2019).
41
El metanol crudo, que corresponde a la corriente
líquida que sale del separador, está constituido
principalmente de metanol, agua, etanol y
acetona, y debe seguir procesos de separación
en columnas de destilación para alcanzar el grado
de pureza requerido (Blumberg, T., et al., 2017).
De manera general, después de una destilación
ash, el metanol crudo puede alcanzar una pureza
de hasta 96 % (García et al., 2017). Dependiendo
de las especicaciones requeridas del metanol,
así como de las consideraciones de consumo de
energía, la sección de puricación tiene relación
con el número de torres de destilación necesarias
a poner en marcha (Othmer K., 2014).
Generalmente, la primera columna de destilación,
denominada estabilizadora, es utilizada para
remover gases disueltos y productos ligeros como
dimetil éter y cetonas. Las siguientes columnas
son dispuestas para separar el metanol del agua
y de los alcoholes pesados.
En estas columnas los compuestos a separar
presentan temperaturas de ebullición cercanas a
las del metanol, por lo que se requieren columnas
con varios platos (Sehested, J., 2019). En la
última columna de destilación el metanol alcanza
concentraciones superiores al 99 % (García et al.,
2017).
El metanol grado AA es el más producido y se
obtiene con el uso de dos o tres columnas de
destilación. Las características del metanol AA
se presentan en la Tabla 1 (American Society for
Testing Materials, 2021). También existen otras
calidades y especicaciones de metanol, como es
el grado combustible utilizado como componente
en mezclas de gasolinas, cuyas especicaciones
se muestran en la Tabla 2.
A diferencia del metanol grado AA, el metanol
grado combustible solo especíca el contenido
máximo de agua (Company Browser, 2005).
Para la obtención de metanol grado AA mediante
dos columnas de destilación, la primera columna
trabaja como columna “topping”, que corresponde
a una destilación primaria atmosférica, la segunda
columna trabaja como renadora. Los productos
ligeros son removidos en la primera columna
y el metanol, agua y alcoholes superiores son
fraccionados en la columna de renación.
En las conguraciones de tres columnas de
destilación, una columna es empleada para el
proceso topping y las dos columnas restantes
son empleadas en el proceso de renación
(Blumberg T., et al., 2019). En esta conguración
se observa que una elevada presión es utilizada
en la primera columna para permitir el servicio de
condensación como servicio de calentamiento
para la segunda columna que opera a presión
normal. Esta disposición reduce el consumo de
energía para la puricación de metanol (Sehested,
J., 2019). Se puede elegir la conguración de
cuatro columnas de destilación en plantas cuya
capacidad supera 5000 tm/d, mientras que el uso
de dos a tres columnas destilación dependerán
de las especicaciones de metanol que se desea
alcanzar (Company Browser, 2005).
2.3. Puricación del metanol
Parámetro Valor
Pureza (%)
Acidez (ppm) máx.
Acetona (ppm) máx.
Etanol (ppm) máx.
Agua (ppm) máx.
No volátiles (mg/L)
Densidad a 20 °C (g/mL)
99,85
30
20
10
1000
100
0,7928
Parámetro Valor
Acidez (ppm) máx.
Acetona (ppm) máx.
Etanol (ppm) máx.
Agua (ppm) máx.
No volátiles (mg/L)
Densidad a 20 °C (g/mL)
no especificado
no especificado
no limitado
500
no limitado
0,7928
Tabla 1. Características del metanol grado AA
Tabla 2. Características del metanol grado combustible
42
2.4. Aspectos económicos en la producción de metanol relacionados a pequeña escala
La producción industrial de metanol a partir de
gas natural es un proceso maduro y consolidado.
Alrededor del mundo, el metanol se produce
en 90 plantas con capacidades de producción
entre 2500 a 10000 toneladas métricas por
día (tm/d) (Methanol Institute, 2022) como por
ejemplo la planta MO3000 localizada en Omán,
cuya producción de metanol es de 3000 tm/d
(Ferrostaal, 2015). En los últimos años y en el corto
plazo, se prevé que entren en operación nuevas
plantas de producción de metanol a partir de gas
natural, como por ejemplo el complejo de metanol
en Trinidad y Tobago que entró en operación en
2019, la planta de Metanol Pacíco Mexinol en
Topolobampo, México, la planta propuesta por
Mira Gulf Methanol Corporation que estará en el
puerto de Altamira, México, la planta Sherwood
Energy Maysky en Rusia (Bnamericas, 2016;
Bnamericas, 2023; MGMC, 2023, Roca J., 2020).
El metanol, al ser un “building block” de la industria
petroquímica, es vital para los productores
producir a bajo precio. En el año 2013, para
una planta de 5000 tm/d ubicada en la Costa
del Golfo de Estados Unidos y con un precio de
gas natural de 3 dólares americanos por millón
de BTU (USD/MMBTU), se estimó un costo de
producción de metanol en 208 USD/tm, siendo el
gas natural el principal componente del costo con
aproximadamente el 47 %, seguido de los costos
de capital con 22 % (Blug M., et al., 2014).
Evidentemente, el porcentaje del costo del
gas natural en el costo de producción está
relacionado con los precios del gas natural. Así,
para regiones en donde tienen disponibilidad
de gas natural a precios reducidos, como por
ejemplo en varios países de Medio Oriente o en
las zonas de producción de gas de esquisto de los
Estados Unidos, presentan importantes ventajas
competitivas a nivel regional en la producción
de metanol. Por el contrario, zonas en donde
el precio del gas natural es elevado, como por
ejemplo actualmente en Europa, en donde se ha
elevado el precio del gas natural principalmente
por el conicto Rusia-Ucrania, la industria de
producción de metanol se verá afectada en su
economía (GNL GLOBAL, 2022).
En lo que va del 2023, el precio de la tonelada de
metanol a nivel mundial se estima en un promedio
de 383,25 USD (Trading Economics, 2023)
mientras que para Estados Unidos de Norte
América el precio por tonelada de metanol es de
340,00 USD (Investing.com, 2023). En los últimos
5 años, el precio de la tonelada de metanol a
nivel mundial ha uctuado entre valores mínimos
de 208,00 USD a valores máximos cercanos a
350,00 USD (Investing.com, 2023). En los años
2019 y 2020 el precio de tonelada de metanol
registró los valores más bajos, cercano a 210,00
USD; esto debido a la pandemia del Covid-19,
mientras que, en los años 2018, 2022 y lo que va
del 2023, los precios de la tonelada oscilan entre
340,00 a 350,00 USD (Investing.com, 2023).
En las últimas décadas, las plantas de producción
de metanol han incrementado considerablemente
en capacidad, promoviendo la economía de
escala y bajos costos de capital. Para el año
2014, en Estados Unidos, se estimó un costo
promedio para plantas de metanol de 532
millones de USD/tm/año a gran escala (ADI
Analytics, 2014), mientras que, a pequeña
escala, el costo promedio fue aproximado en
484 millones USD/tm/año (Blug M., et al., 2014).
Las plantas que elaboran metanol a pequeña
escala tienen mayores costos de capital, mayor
CAPEX por tonelada de metanol producido. Una
de las principales ventajas competitivas para las
plantas a pequeña escala constituye el acceso a
la materia prima, gas natural, a precios reducidos,
mejorando considerablemente la economía de
este tipo de plantas (ADI Analytics, 2014).
La producción y la puricación del gas de síntesis
a partir de gas natural es crucial debido a su
efecto en el costo general, que representa entre
el 65 al 70 % del costo general de producción de
metanol por SMR (Bozzano G. y Manenti F., 2016;
Blumberg T., et al., 2019). Dentro de la tecnología
propuesta para la obtención de metanol a partir
de gas natural, SMR de baja presión, presenta
menores costos para producción de hasta 2500
tm/d (Blumberg T., et al., 2017). Sin embargo,
sobre esta capacidad, los reformadores de
43
vapor son de gran tamaño, por lo que son más
costosos y no presentarían ventaja económica en
economías en escala (Blumberg T., et al., 2019). La
posibilidad de combinar tecnologías de obtención
de gas de síntesis con la nalidad de disminuir
costos de operación en una planta a pequeña
escala podría ser una posibilidad. Balsutraitis et
al., investigaron el costo anual de producción de
metanol en una planta que combina procesos
SMR, ATR y DMR para la generación de gas de
síntesis, e identicaron que el menor costo es para
un sistema combinado de SMR y DMR (2015).
Modicar alguna tecnología conocida para la
producción de metanol a pequeña escala con
el n de disminuir el tiempo de recuperación de
inversión y otros parámetros económicos debería
ser analizado, como presentan Almeland et al., que
investigaron una planta de producción de metanol
El metanol es un producto de una gran relevancia
industrial. Se emplea tanto como intermediario
para la fabricación de una gran cantidad
de productos nales, así como también en
aplicaciones directas. Su demanda mundial en el
2022 se estimó en 105,8 millones de toneladas
métricas y el crecimiento de su demanda en los
próximos 5 años, se prevé en alrededor del 4,9 %.
El principal proceso de producción de metanol
emplea como materia prima el gas natural. Este
proceso consiste en tres etapas, la conversión de
gas natural a gas de síntesis, la conversión de gas
de síntesis a metanol y la puricación del metanol.
Actualmente, estos procesos son considerados
maduros y consolidados tecnológicamente.
En pequeña escala, producción de metanol menor
a 3000 toneladas métricas por día, la conversión
de gas natural a gas de síntesis es favorable
mediante el proceso de reformado al vapor del
gas natural; la conversión de gas de síntesis a
metanol es conveniente efectuarle en un reactor
por levantamiento de vapor; y, la puricación
del metanol es viable con dos columnas de
vía SMR e inyección de dióxido de carbono, y
determinaron que el tiempo de recuperación de
la inversión fue de 4,9 años y TIR 14,3 (Blumberg
T., et al., 2019). Al utilizar dióxido de carbono
en la alimentación del proceso se alcanza una
selectividad mayor al 99,8 % y una eciencia
energética próxima al 75 % (Ghasemzadeh K. et
al., 2016).
El aprovechamiento de la energía que sale del
proceso de producción de metanol también
es otra alternativa para mejorar la economía de
las plantas en pequeña escala. Pellegrini et al.,
analizaron la factibilidad económica de una planta
de elaboración de metanol vía SMR integrado con
un ciclo combinado (Blumberg T., et al., 2017). La
cogeneración de electricidad permitió incrementar
los ingresos y disminuir el tiempo de recuperación
de inversión (Blumberg T., et al., 2017).
3. CONCLUSIONES
destilación, la primera como destilación primaria
y la segunda como renadora.
El desarrollo de los catalizadores, tanto en la
conversión del gas natural al gas de síntesis
como en la conversión de gas de síntesis a
metanol, han permitido trabajar en condiciones de
operación menos severas, con mayor selectividad
y rendimiento en metanol, favoreciendo
sustancialmente la economía de estos procesos.
De la misma manera, el desarrollo de nuevas
tecnologías está íntimamente vinculado a la
formulación de catalizadores con mejores
desempeños.
En la producción de metanol, el costo del gas
natural es el principal componente del costo,
representando alrededor del 47 % del costo total.
De esta manera, la disponibilidad de gas natural
a precios reducidos representa una importante
ventaja competitiva a nivel regional y mejora
considerablemente la economía de las plantas en
pequeña escala.
Este trabajo busca aportar en la promoción de la
44
industria del metanol como un sector estratégico
para el desarrollo industrial del Ecuador,
empleando el recurso gas natural como materia
prima. En este sentido, busca también estimular
la producción y prospección de campos de gas
natural en el país, así como la recuperación del
gas asociado de la explotación petrolera.
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la factibilidad en implementar una planta de
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