Methanol synthesis via direct methane oxidation simulation and evaluation of energetic viability

Abstract

A conversão direta do metano em metanol (DMTM) tem atraído uma atenção significativa desde que foi considerada possível no início do século XX, devido ao seu grande potencial industrial para a utilização eficiente das abundantes reservas de gás natural. Para além de produzir metanol, que é um importante produto intermédio na indústria química, a oxidação direta do metano deverá facilitar o transporte, uma vez que o gás natural pode ser convertido num produto, que é um líquido à temperatura e pressão ambientes. Existe uma literatura considerável sobre a química do processo de conversão direta de metano em metanol, mas muito poucos trabalhos discutem a engenharia do processo. Nesta tese, propôs-se projetar, simular e avaliar a viabilidade energética da DMTM. É do conhecimento geral que, com uma conversão por passagem de 10% e uma seletividade de pelo menos 80%, mesmo com baixos rendimentos, a conversão direta de metano em metanol pode competir com os processos convencionais baseados em gás de síntese (syngas).Foram construídos dois fluxogramas no simulador COCO. O primeiro para a síntese de metanol com base na reforma autotérmica (ATR) e o segundo para a síntese direta de metanol através da oxidação do metano. Foram realizados estudos paramétricos e a otimização das variáveis (razão molar, razão H2\CO, conversão do metano, seletividade e rendimento global do metanol, necessidade de energia) foi feita utilizando um código Scilab. Para uma melhor comparação, foram definidos para os fluxogramas os factores de produção que proporcionaram o menor consumo de energia. Nesta simulação, 1642,9 mol/s de metano foram convertidos em 1360,21 mol/s de metanol através da via do gás de síntese e 1302,84 mol/s de metanol através da oxidação direta do metano. A eficiência carbónica do processo clássico é de 83%. A energia necessária para converter metano em metanol através da via clássica é de 229 kJ/mol, enquanto que para a via direta é de 185 kJ/mol nas mesmas condições. Os resultados indicam que o DMTM pode ser energeticamente viável. Neste estudo, a necessidade de energia foi minimizada com uma conversão de 13% de metano por passagem e uma seletividade de 87% de metanol por passagem.