INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE METANOL …

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

TESIS

“PROYECTO DE PREFACTIBILIDAD DE

INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE

PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR DEL GAS

NATURAL”

PARA OPTAR EL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

PRESENTADO POR:

Bachiller: CIEZA GUEVARA TEYLOR CHRISTIAN Bachiller: UGAZ OLANO KETTY LIZETH

ASESOR

ING. JULIO HUMBERTO TIRADO VASQUEZ.

Lambayeque – Perú

2018

UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS

ALIMENTARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

TESIS

“PROYECTO DE PREFACTIBILIDAD DE INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE METANOL A PARTIR

DEL GAS NATURAL”

PARA OPTAR EL TÍTULO DE: INGENIERO QUÍMICO

PRESENTADO POR:

Bachiller: CIEZA GUEVARA TEYLOR CHRISTIANS. Bachiller: UGAZ OLANO KETTY LIZETH.

Ing. MSc. Rubén Darío Sachún García

PRESIDENTE

Ing. Dr. José Luis Venegas Kemper SECRETARIO

Ing. MSc. José Enrique Hernández Ore VOCAL

Ing. Julio Humberto Tirado Vásquez ASESOR

LAMBAYEQUE – PERÚ

2018

DEDICATORIA

A Dios quien por medio de su gracia bendita ha permitido realizar con éxito este trabajo,

a mis padres Teylor Cieza y Gloria Guevara y mis hermanos, Jim y Job quien con su

apoyo moral fueron el motor principal de mi desarrollo profesional a mis queridos tíos

Melaño Valenzuela y Rosa Laboriano y primos quienes me apoyaron con mucho cariño,

estima y consideración en los malos y mejores momentos, a mis amigos y amistades que

de manera directa e indirecta mostraron su apoyo especial he incondicional.

(Bachiller: Teylor Christians Cieza Guevara)

Esta tesis se la dedico a Dios quien supo guiarme por el buen camino, darme fuerzas para

seguir adelante y no desmayar en los problemas que se presentaban, enseñándome a

encarar las adversidades sin desfallecer en el intento.

Para mis padres, Camilo Ugaz y Elvia Olano, que son las personas que más quiero en este

mundo, por su apoyo, consejos, comprensión, amor, ayuda en los momentos difíciles y

por ayudarme con los recursos necesarios para estudiar. Me han dado todo lo que soy

como persona, mis valores, mis principios, mi carácter, mi empeño, mi perseverancia y

mi coraje para hacerme una gran profesional de éxito.

(Bachiller: Ketty Lizeth Ugaz Olano)

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a Dios y a nuestros padres por darnos apoyo espiritual y moral, así como la

sabiduría y la paciencia necesarios para lograr nuestras metas.

A nuestro asesor Ing. Julio Tirado por su apoyo y asesoramiento durante el desarrollo del

presente trabajo.

Agradecemos también al apoyo incondicional del Ingeniero Juan Carlos Días Visitación,

Decano de la Facultad de Ingeniería Química-UNPRG, por su gran capacidad, y aporte

para culminar con éxito este proyecto.

Nuestro agradecimiento a la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo por brindarnos sus

amplias inmediaciones, así como a los diferentes docentes, a quienes les debemos gran

parte de nuestros conocimientos, gracias por prepararnos para un futuro competitivo no

solo como los mejores profesionales sino también como mejores personas.

EPÌGRAFE

La función de la industria petroquímica es transformar el gas natural y algunos derivados

del petróleo en materias primas, las cuales representarán la base de diversas cadenas

productivas como la del metano y etano.

La producción de metanol es una plataforma fundamental para el desarrollo de

importantes industrias como: automotriz y transporte, electrónica, construcción, plásticos,

fertilizantes entre otras; teniendo en cuenta la importancia que tiene la industria química

como primer eslabón de importantes cadenas productivas y las reservas de gas natural que

posee el Perú, es imprescindible que se desarrolle, y así poder abastecer oportunamente a

la industria nacional con los insumos requeridos que son derivados de la petroquímica del

metano y/o etano.

El Metanol tiene una gran variedad de aplicaciones industriales. Su uso más frecuente es

como materia prima para la producción de metil t-butil éter (MTBE), que es un aditivo

para gasolina.

Ante estos escenarios, en el presente trabajo con el objeto de dar valor agregado al gas

natural se analiza la cadena productiva del metano, centrándose en la producción del

metanol, para esto se estudiará la viabilidad técnica, económica y ambiental para su

producción a partir del gas natural en el Perú.

De los resultados obtenidos, se tendrá una perspectiva general a nivel de ingeniería

conceptual de esta potencial industria que se requiere desarrollar.

1

INDICE

INDICE ............................................................................................................................. 1

I.RESUMEN ..................................................................................................................... 5

ABSTRACT ...................................................................................................................... 6

II.INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7

III. ESTUDIO DE MERCADO ...................................................................................... 9

3.1 DEFINICIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO: METANOL......... 9

3.1.1 PROPIEDADES Físico-Química ................................................... 9

3.1.2 Aplicaciones y Usos del Metanol .................................................. 12

3.2 MATERIA PRIMA: el gas natural ............................................................. 14

3.2.1 Características generales del gas natural .................................... 16

3.2.2 Aplicaciones del gas natural ......................................................... 17

3.2.3 El gas natural de Camisea ............................................................ 17

3.3 ANALISIS DEL MERCADO ...................................................................... 19

3.3.1 Demanda histórica del metanol .................................................... 19

3.3.2 Demanda proyectada de metanol ................................................. 20

3.3.3 Oferta histórica y proyectada de metanol en el Perú ................. 22

3.3.4 Demanda insatisfecha proyectada ................................................ 22

3.3.5 Mercado Objetivo .......................................................................... 22

3.3.6 Comercialización ........................................................................... 23

3.3.7 Análisis y Evaluación de precios .................................................. 23

3.4 TAMAÑO DE LA PLANTA ....................................................................... 24

3.5 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE MERCADO ............................... 26

3.6 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA .......................................................... 26

2

3.6.1 Macro-Localización ....................................................................... 26

3.6.2 Micro-Localización ........................................................................ 27

IV.INGENIERÍA DE PROYECTO ............................................................................. 30

4.1 ASPECTOS GENERALES DE LA PRODUCCIÓN DE METANOL ... 30

4.1.1 Preparación del gas de síntesis ..................................................... 30

4.1.2 Aspectos termodinámicos de la síntesis de metanol ................... 31

4.1.3 Aspectos cinéticos de la síntesis de metanol ................................ 31

4.1.4 Catalizadores .................................................................................. 33

4.2 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE PROD. DE METANOL ....... 33

4.2.1 Tecnologías para producir metanol ............................................ 33

4.2.1.1 Tecnología Johnson Matthey-Davy ........................................... 33

4.2.1.2 Tecnología LURGI ..................................................................... 34

4.2.2 Selección de la tecnología adecuada para producción de metanol

.................................................................................................................. 37

4.3 DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROCESO .................................... 38

4.3.1 Producción de gas de síntesis ........................................................ 38

4.3.2 Síntesis de metanol ........................................................................ 39

4.4 BALANCE DE MASA Y ENERGÍA.......................................................... 40

4.5 DISEÑO DE EQUIPO PRINCIPAL Y AUXILIAR ................................. 44

4.5.1 Tanques de Almacenamiento de Gas Natural ............................. 44

4.5.2 Caldera para producción de vapor .............................................. 45

4.5.3 Reactor de Reformación Catalítica .............................................. 45

4.5.4 Reactor de síntesis de metanol ...................................................... 46

4.5.5 Intercambiador de calor - (3) ....................................................... 46

3

4.5.6 Intercambiador de calor - (5) ....................................................... 47

4.5.7 Intercambiador de calor - (10) ..................................................... 47

4.5.8 Intercambiador de calor - (11) ..................................................... 48

4.5.9 Intercambiador de calor – (15) ..................................................... 48

4.5.10 Separador Flash ........................................................................... 49

4.5.11 Columna de destilación ............................................................... 49

4.5.12 Tanque de almacenamiento de metanol .................................... 50

4.6 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA .................................................................. 51

4.6.1 Principios básicos de la distribución en planta…………………………51

4.6.2 Tipos de distribución en planta……………………………….…….......52

4.6.2.1 Distribución por posición fija………………………………………...52

4.6.2.2 Distribución por proceso……………………...………………………53

4.6.2.3 Distribución por producto……………….............................................53

4.7 CONSIDERACIONES AMBIENTALES .................................................. 58

4.7.1 Consideraciones generales ............................................................ 58

4.7.2 Impacto ambiental en la ubicación de la planta ......................... 61

V.ESTUDIO ECONÓMICO FINANCIERO .............................................................. 62

5.1 ESTIMACIÓN DE INVERSIÓN TOTAL ................................................ 62

5.1.1 CAPITAL FIJO TOTAL .............................................................. 62

5.1.1.1 Costo directo o físico ....................................................... 62

5.1.1.2 Costos indirectos ............................................................. 65

5.1.1.3 Inversión de capital fijo .................................................. 66

5.1.2 CAPITAL DE PUESTA EN MARCHA ..................................... 66

4

5.1.3 ESTIMACIÓN DEL COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN..... 69

5.1.3.1 Costo directos de manufactura ...................................... 69

5.1.3.2 Gastos generales (VAI) ................................................... 72

5.1.4 COSTO UNITARIO ...................................................................... 73

5.1.5 BALANCE ECONÓMICO Y RENTABILIDAD ....................... 75

5.1.5.1 Análisis de estado de pérdidas y ganancias .................. 75

5.2 ANÁLISIS ECONÓMICO ......................................................................... 76

5.2.1 RETORNO SOBRE LA INVERSIÓN ........................................ 76

5.2.2 TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN ............ 76

5.2.3 PUNTO DE EQUILIBRIO ........................................................... 77

VI. CONCLUSIONES ................................................................................................... 78

VII.RECOMENDACIONES ......................................................................................... 79

VIII.BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 80

IX.APÉNDICE ............................................................................................................... 83

5

RESUMEN

Con la finalidad de abastecer metanol al mercado nacional, se realizó un estudio de pre

factibilidad para la instalación de una planta de producción de este producto utilizando

gas natural.

En el Capítulo III se realizó el estudio de mercado en la cual se hizo un análisis del

mercado del metanol para consumo en la industria química y la de biodiesel. Se determinó

que el mercado nacional para las industrias químicas y la biodiesel para el 2026

necesitaran 100 000 toneladas de metanol. De ese total se tomó la decisión de instalar una

planta de 60 000 000 kg/año de capacidad.

En el Capítulo IV se realizó el estudio de Ingeniería del Proyecto. Se seleccionó el proceso

de reformación con vapor, por su simplicidad. Se optimizó en parte el consumo de energía

para lograr una mayor rentabilidad. Se presenta el balance de masa y de energía para la

operación de la planta, así como la descripción de los principales equipos de proceso como

su distribución.

Finalmente, en el Capítulo V se realizó el estudio Económico-Financiero. Se estableció

que la inversión total del proyecto será de 48 496 750 dólares americanos. El costo de

producción será de 0,2646 dólares americanos por kg. A precio de 0,57 dólares americanos

por kg (puesto en fábrica) se obtuvo una tasa de retorno sobre la inversión de 26,55%

después de impuestos, un periodo de recuperación del dinero de 2,58 años. Se concluye

finalmente que el proyecto es factible desde el punto de vista de mercado, técnico y

económicamente, por lo que se recomienda su instalación.

6

ABSTRACT

In order to supply methanol to the domestic market, a pre-feasibility study was carried out

for the installation of a plant for the production of this product using natural gas.

In Chapter III, the market study was carried out, analyzing an analysis of the market for

methanol for consumption in the chemical and biodiesel industries. It was determined that

the national market for the chemical and biodiesel industries by 2026 would require 100

000 tons of methanol. Of this total, the decision was made to install a plant of 60 000 000

kg / year capacity.

In Chapter IV the study of Project Engineering was carried out. The steam reforming

process was selected for its simplicity. Energy consumption was optimized in part to

achieve greater profitability. It presents the balance of mass and energy for the operation

of the plant, as well as the description of the main process equipment as its distribution.

Finally, in Chapter V the Economic-Financial study was carried out. It was established

that the total investment of the project will be USD 48 496 750. The cost of production

will be US $ 0,2646 per kg. At a price of US $ 0,57 per kg (factory set), a return on

investment of 26,55% after taxation was obtained, a 2,58-year money recovery period.

Finally, it is concluded that the project is feasible from the point of view of market,

technically and economically, so it is recommended its installation

7

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones primarias del metanol son la producción de productos químicos y de

aquellos que se utilizan como combustible. En la actualidad se está utilizando cada vez

más en el tratamiento de aguas residuales y en la producción de biodiesel. El metanol se

utiliza en la manufactura del formaldehído, del ácido acético y de una variedad de

químicos intermedios que forman la base de una gran cantidad de derivados secundarios.

Estos últimos se utilizan en la fabricación de una amplia gama de productos incluyendo

enchapados, tableros aglomerados, espumas, resinas y plásticos (SNMPE, 2011). El resto

de la demanda del metanol está en el sector del combustible, principalmente en la

producción de MTBE (aditivo para mejorar la combustión de combustibles sin plomo),

que se mezcla con gasolina para reducir la cantidad de emisiones nocivas de los vehículos

de combustión. El metanol también se está utilizando en menor escala como combustible

y es combustible ideal para las celdas de combustible (Rodríguez & Uribe, 2014).

El metanol, llamado también alcohol metílico u alcohol de madera, se considera un

producto petroquímico básico, a partir del cual se obtienen varios productos secundarios.

A condiciones ambientales es un líquido volátil y tiene un peso molecular muy bajo (32

g/mol) semejante al etano (30 g/mol). Es muy buen solvente en sustancias polares,

pudiéndose disolver en sustancias iónicas como el cloruro de sodio en cantidades

apreciables. El metanol es considerado como un producto o material inflamable de

primera categoría; ya que puede emitir vapores que mezclados en proporciones adecuadas

con el aire, originan mezclas combustibles. El metanol es un combustible con un gran

poder calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación

es de 12,2 ºC. Durante mucho tiempo fue usado como combustible de autos de carrera

(Southern Chemical Corportion, 2013).

Originariamente se producía metanol por destilación destructiva de astillas de madera.

Esta materia prima condujo a su nombre de alcohol de madera. Este proceso consiste en

destilar la madera en ausencia de aire a unos 400 °C formándose gases combustibles (CO,

8

C2H4, H2), empleados en el calentamiento de las retortas; un destilado acuoso que se

conoce como ácido piroleñoso y que contiene un 7-9% de ácido acético, 2-3% de metanol

y un 0,5% de acetona; un alquitrán de madera, base para la preparación de antisépticos y

desinfectantes; y carbón vegetal que queda como residuo en las retortas (Helmer & Haller,

2012). Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un

proceso catalítico a partir de una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno conocido

como gas de síntesis. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita

reactores industriales grandes y complicados (Ibarra, 2010).

El gas de síntesis (CO + H2) se puede obtener de distintas formas. Los distintos procesos

productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho. Actualmente el proceso

más ampliamente usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión

parcial del gas natural en presencia de vapor de agua (Fidalgo, 2010).

Existen varios procesos de producción de metanol a partir de gas natural, destacando los

procesos de las firmas Lurgi Corp. E Imperial Chemical Industries. La selección de

proceso adecuado es uno de los objetivos del presente trabajo.

La producción de metanol se vuelve importante porque es insumo para la obtención de

compuestos oxigenados, así como para otros procesos de la industria petrolera tanto a

nivel nacional como a nivel mundial (Naranjo, 2003). Además si se va dar uso al

gas natural para producir metanol, con lo cual se estará dando un mayor valor agregado

a esta materia que hoy por hoy se exporta a precios muy bajos. Para nuestra realidad se

necesitara metanol para la producción de biodiesel, por ser un insumo indispensable. Por

otro lado somos grandes productores de gas natural, con reservas probadas en Camisea.

También se tiene gas natural en la zona norte del país, con recientes hallazgos en Tumbes

(La Republica, 9 diciembre 2006).

Por lo tanto se considera conveniente producir metanol utilizando el gas natural, con lo

cual se dará un valor agregado a nuestras materias primas naturales. Se puede considerar

exportar el metanol con lo cual se ingresara más divisas a nuestra economía.

9

III. ESTUDIO DE MERCADO

3.1 DEFINICION Y DESCRIPCION DEL PRODUCTO: METANOL

El metanol, CH3OH, también llamado alcohol metílico o carbinol, es una de las materias

primas más importantes. Desde su descubrimiento a finales de 1600, el metanol ha crecido

hasta convertirse en el vigésimo primer producto químico más producido en el mundo

llegándose en el 2015 a cerca de 55 000 000 de toneladas. El metanol ha sido llamado

alcohol de madera (o espíritu de madera) porque era producido comercialmente por

destilación destructiva de la madera por más de un siglo. En la actualidad se produce

principalmente por reformación con vapor del gas natural vía un intermediario llamado

gas de síntesis. También se puede producir a partir de materias primas alternativas como

carbón y combustible residual (Petroquímica, 2015).

La estructura química del metanol es muy similar a la del agua,

con la diferencia de que el ángulo del enlace C-O-H en el metanol

(108,9°) es un poco mayor que en el agua (104,5°), porque el

grupo metilo es mucho mayor que un átomo de hidrogeno.

En condiciones normales es un líquido incoloro, de escasa

viscosidad y de olor y sabor frutal penetrante, miscible en agua y con la mayoría de los

solventes orgánicos, muy tóxico e inflamable. El olor es detectable a partir de los 2 ppm.

3.1.1Propiedades Físico-Química

El metanol es un líquido incoloro, volátil e inflamable con un ligero olor alcohólico en

estado puro. Es un líquido altamente venenoso y nocivo para la salud. Es miscible en agua,

alcoholes, esteres, cetonas y muchos otros solventes; además, forma muchas mezclas

azeotrópicas binarias. Es poco soluble en grasas y aceites. El Metanol está disponible

comercialmente en varios grados de pureza:

➢ Grado C es el alcohol de madera

10

➢ Grado A es el metanol usado como solvente.

➢ Grado AA es el más puro usado en aplicaciones químicas.

Las principales impurezas que se pueden encontrar en el Metanol corresponden a

sustancias como acetona, acetaldehído, ácido acético y agua.

En la Tabla 3.1 Se resume las propiedades físicas del metanol. En la Tabla 3.2 se presentan

las especificaciones técnicas del metanol, grados A y AA. Las principales diferencias se

refieren al contenido de etanol, agua y acetona.

Tabla 3.1

Propiedades físicas del metanol

Nota. Recuperado de IPCS, 2000.

El metanol es considerado como un producto o material inflamable de primera categoría;

ya que puede emitir vapores que, mezclados en proporciones adecuadas con el aire,

originan mezclas 3 combustibles. El metanol es un combustible con un gran poder

calorífico, que arde con llama incolora o transparente y cuyo punto de inflamación es de

12,2 ºC. Al ser considerado como inflamable de primera categoría, las condiciones de

almacenamiento y transporte deberán ser extremas. Las áreas donde se produce

manipulación y almacenamiento de metanol deberán estar correctamente ventiladas para

evitar la acumulación de vapores. Además, los pisos serán impermeables, con la pendiente

adecuada y con canales de escurrimiento. Si la iluminación es artificial deberá ser

antiexplosiva, prefiriéndose la iluminación natural. Así mismo, los materiales que

11

componen las estanterías y artefactos similares deberán ser antichispa. Las distancias entre

el almacén y la vía pública serán de tres metros para 1000 litros de metanol, aumentando

un metro por cada 1000 litros más de metanol. La distancia entre dos almacenes similares

deberá ser el doble de la anterior (Rodríguez & Uribe, 2014).

Tabla 3.2

Especificaciones del metanol industrial

PARÁMETRO GRADO A GRADO AA

Pureza, % peso 99,85 99,85

Gravedad específica, 20°C 0,7928 0,7928

Rango de destilación, °C 1,0 (incl.. 64,6 ±0,1) 1,0 (incl.. 64,6 ±0,1)

Color (Pt-Co, máximo) 5 5

Olor característico característico

Impurezas carbonizables 30 30

Apariencia Claro, sin sedimento Claro, sin sedimento

Contenido no-volátil, mg/100ml,

máx.

1 1

Tiempo permanganato, min 30 30

Acetona + aldehído, %peso, máx. 0,003 0,003

Acetona, % peso, máx. 0,002

Etanol, % peso, máx. 0,001

Acidez, expresado como ácido

acético, % peso, máx.

0,003 0,003

Agua, % peso, máx. 0,15 0,10

Miscibilidad en agua Sin turbiedad Sin turbiedad

Nota. Recuperado de YPF, 2016.

12

Datos importantes

Peligros físicos: el vapor se mezcla con el aire, formándose fácilmente mezclas explosivas.

Peligros químicos: La sustancia se descompone al calentarla intensamente, produciendo

monóxido de carbono y formaldehído. Reacciona violentamente con oxidantes,

originando peligro de incendio y explosión. Ataca al plomo y al aluminio.

Límites de exposición: TLV (como TWA): 200 ppm; 262 mg/m3 (piel) (ACGIH 1993-

1994). TLV (como STEL): 250 ppm; 328 mg/m3 (piel) (ACGIH 1993-1994).

Vías de exposición: La sustancia se puede absorber por inhalación, a través de la piel y

por ingestión.

Riesgo de inhalación: Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante

rápidamente una concentración nociva en el aire.

3.1.2 Aplicaciones Y Usos Del Metanol

El Metanol tiene una gran variedad de aplicaciones industriales. Su uso más frecuente es

como materia prima para la producción de metil t-butil éter (MTBE), que es un aditivo

para gasolina. También se usa en la producción de formaldehído, ácido acético, cloro

metanos, metacrilato de metilo, metilaminas, dimetil tereftalato y como solvente o

anticongelante en pinturas en aerosol, pinturas de pared, limpiadores para carburadores, y

compuestos para limpiar parabrisas de automóviles. El ácido acético y el formaldehido

son la base para la fabricación de materiales de construcción, espumas, resinas y plásticos.

El Metanol es un sustituto potencial del petróleo. Se puede usar directamente como

combustible reemplazando la gasolina en las mezclas gasolina-diesel. El Metanol tiene

mayor potencial de uso respecto a otros combustibles convencionales debido a que con

esta sustancia se forma menor cantidad de ozono, menores emisiones de contaminantes,

particularmente benceno e hidrocarburos aromáticos policíclicos y compuestos

sulfurados; además presenta bajas emisiones de vapor. Asimismo, se puede utilizar en la

producción de biodiesel.

El Metanol se usa en sistemas de refrigeración, por ejemplo en plantas de etileno, y como

13

anticongelante en circuitos de calentamiento y enfriamiento. Sin embargo, su uso como

anticongelante en motores ha disminuido drásticamente gracias al uso de productos

derivados del glicol. El Metanol se adiciona al gas natural en las estaciones de bombeo de

las tuberías para prevenir la formación de hidratos de gas a bajas temperaturas y se puede

reciclar después de que se remueve del agua. El Metanol también se usa como un agente

de absorción en depuradores de gas para remover, por ejemplo, dióxido de carbono y

sulfuro de hidrogeno. Una gran cantidad de Metanol se usa como solvente. El Metanol

puro no se usa comúnmente como solvente, pero se incluye en mezclas solventes.

El Metanol también se usa en la desmitificación de aguas de desecho, en la aplicación de

tratamientos para aguas residuales, como sustrato en la producción de fermentación de

proteína animal, como hidrato inhibidor en el gas natural, y en la Metanólisis de tereftalato

de polietileno de desechos plásticos reciclados.

En los últimos años el Metanol se usa en la transesterificación, reaccionando con

triglicéridos en aceites vegetales o animales para formar ácidos grasos de alquil esteres

(biodiesel) y glicerina. El metanol puede ser empleado como gas para crear sistemas de

turbinas impulsadas con vapor para la generación de electricidad La Tabla 3.3 resume los

principales usos del metanol en distintas industrias químicas.

14

Tabla 3.3

Usos del metanol

SECTOR APLICACIONES

Industria

Química

Plásticos, PET y propileno

Fibras sintéticas

Pinturas

Resinas

Películas magnéticas

Laminado de vidrio de seguridad

Adhesivos

Solventes

Pigmentos y tinturas

Refrigerantes

Productos de limpieza

Energía

Generación eléctrica

Celdas de combustión

Transporte

Taxis

Buses

Nota. Recuperado de QuimiNet.com

3.2 MATERIA PRIMA: el gas natural

El gas natural (GN) es un combustible fósil extraído de yacimientos ubicados en el interior

de la tierra y que es utilizado como fuente de energía para diferentes usos de tipo

doméstico, industrial, comercial, incluida en estas aplicaciones la generación de energía

eléctrica.

El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos que se encuentra en yacimientos

fósiles, no asociado (solo), disuelto o asociado (acompañando al petróleo o al carbón).

Está compuesto principalmente de metano (alrededor de un 90%), acompañado de otros

gases como nitrógeno, etano, CO2, propano y butano, entre otros. Esta composición hace

15

que el gas natural sea un combustible más limpio que los derivados del petróleo. Sin

embargo, la composición del gas natural no es uniforme, ya que varía de un yacimiento a

otro. En el caso de Camisea, su composición es la que se muestra en la Tabla 3.4. Los

datos corresponden a los reservorios de San Martin Nia (25,4 %), Vivian (29,5%) y Nia

(45,1%), estos últimos ubicados en Cashiriani.

Tabla 3.4

Composición del gas natural de los reservorios de Camisea

Composición en porcentajes

Nia, San Martin Vivian,

Cashiriani

Nia,

Cashiriani

Elementos % % % Promedio

Nitrógeno 0,55 0,99 0,73 0,76

Anhidro

carbónico

0,18 0,10 0,27 0,20

Metano 80,59 83,89 83,34 82,80

Etano 9,80 8,07 8,39 8,65

Propano 3,80 2,95 3,00 3,19

Butano 1,70 1,26 1,28 1,38

Gasolina natural 3,38 2,74 2,99 3,02

Total 100,0 100,0 100,0 100,0

Nota. Recuperado de Shell, 1995.

16

3.2.1 Características generales del gas natural

Origen: El gas natural se forma a partir de la descomposición de restos orgánicos que

quedaron sepultados bajo capas de sedimentos por espacio de millones de años, en

condiciones de temperatura y presión similares a las que dieron origen a la formación del

petróleo.

Suministro: El gas natural llega a los consumidores mediante tuberías o redes de ductos.

El precio del GN, es más económico que el GLP.

Color y olor: En su estado natural el gas natural es incoloro e inodoro, pero para ser

distribuido con total seguridad, se le odoriza con un aditivo llamado etil mercaptano que

permite su detección ante una eventual fuga.

Peso: El gas natural es más liviano que el aire; y ante cualquier fuga se disipa rápidamente.

Las gravedades específicas del gas natural y el aire son de 0,60 y 1,00 respectivamente.

Auto ignición: Este hidrocarburo necesita llegar a una temperatura de 537 °C para estallar.

Combustión: Su combustión da lugar a una llama de color azul bien definido, cuando los

quemadores y el suministro funcionan correctamente. Las llamas amarillas, anaranjadas o

rojizas, son señal de una mala combustión del gas natural.

17

3.2.2 Aplicaciones del gas natural

El gas natural es un combustible económico y versátil que se emplea en diferentes

actividades a nivel doméstico, comercial e industrial; o como insumo para la obtención de

otros productos, como en el caso de la petroquímica.

En el sector petroquímico, el gas natural es utilizado como materia prima en diversos

procesos químicos e industriales. De manera relativamente fácil y económica se puede

convertir en hidrógeno, etileno, o metanol, para la producción de plásticos y fertilizantes.

3.2.3 El gas natural de Camisera

La industria peruana de gas natural en el Perú está localizada en tres zonas geográficas:

en Tumbes y Piura, en Ucayali, y en Cusco. La producción de gas de las dos primeras

zonas es poco significativa y se destina casi en su totalidad a la generación eléctrica, de

ahí que puede afirmarse que la gran industria de gas natural en el Perú se inicia con la

explotación de los yacimientos de Camisea, en Cusco.

Reservas de gas natural

Según el Libro Anual de Reservas de Hidrocarburos publicado por el Ministerio de

Energía y Minas, las reservas probadas de gas natural al 31 de diciembre de 2013, a nivel

nacional, se han estimado en 15,04 TCF, cantidad que acusa una ligera disminución de

0,33 TCF respecto al año anterior.

Esta disminución de las reservas probadas se explica principalmente por: i) la producción

de gas natural del año 2013; ii) la reducción de las reservas probadas del Lote XIII; y iii)

el reajuste de los datos geológicos y petrofísicos de estimación de las reservas.

Según la misma fuente, las reservas probadas de los lotes 88 y 56, de Camisea, se estiman

en 10,19 TCF y 2,75 TCF, respectivamente; que en total representan 12,94 TCF. En la

Tabla 3.5 se aprecia los recursos de gas natural a nivel nacional.

18

Tabla 3.5

Recursos de gas natural a nivel nacional (TPC: Tera pies cúbicos)

Recursos de gas natural Definición Estimado

Volumen recuperable Recursos descubiertos, remanentes y

tecnológicamente recuperables.

78,3

Reserva 3P

(Probada +

Probable +

Posible)

Reserva cuya probabilidad de recuperar una

cantidad igual o mayor al estimado a un costo

económicamente viable es 10% o superior.

26,9

Reserva 2P

(Probada +

Probable)




21,5

Reserva 1P

(Probada)




15,0

Nota. Recuperado de MINEN, 2013.

Precio del gas natural

El precio del gas natural depende del usuario final teniendo mayor precio para uso

residencial y menor para la gran industrial. En la Figura 3.1 se representa los precios del

gas natural en comparación del GLP (gas licuado de petróleo) donde se evidencia que el

gas natural es más económico. Para uso industrial es costo es 5,0 dólares americanos por

GJoule.

19

Figura 3.1 Precios de gas natural (GN) en comparación con gas licuado de petróleo (GLP).Osinergmin,

2015.

3.3. ANALISIS DEL MERCADO

3.3.1 Demanda histórica del metanol

A pesar que el metanol tiene otros usos industriales (disolvente, anticongelante, y otros)

en el análisis de mercado se considera el uso más común en nuestro país, que es el uso

como reactivo para la producción de biodiesel, para lo cual se necesita cerca de 20 litros

de metanol por 100 litros de aceite, o 12 % en peso de metanol (ICCA, 2012). En la Tabla

3.6 se resume las importaciones de los últimos diez años.

20

Tabla 3.6

Evolución de la importación de metanol en el Perú (ton/año)

2006 13 349,962

2007 13 055,426

2008 13 236,946

2009 14 195,792

2010 17 531,151

2011 19 369,252

2012 19 925,245

2013 25 187,451

2014 26 073,689

2015 27 228,516

Nota. Recuperado de USDA FAS, 2015.

El mayor consumo de metanol en nuestro país es para la producción de biodiesel. El

mercado de biodiesel es un mercado en crecimiento y por lo tanto está asegurado su

consumo. El aumento súbito del 2013 respecto al 2012 se debe al inicio de la producción

de biodiesel en nuestro país.

3.3.2 Demanda proyectada de metanol

En la actualidad de los 9 500 BPD (barriles por día) de capacidad instalada de producción

de biodiesel (Industrias del Espino, Heaven Petroleum y Pure Biofuels) en nuestro país

solo está operativa la planta de 1000 BPD de Industrias Espino (Osinergmin, 2011).

Esperando materia prima, en especial aceite de menor precio se espera que en el futuro

entre en operación las otras plantas que hacen un total de 8 500 BPD.

21

Para proyectar la demanda se va a considerar los datos históricos, y además el consumo

que habría para la producción de 8 500 BPD para dos plantas de biodiesel que están

instaladas, pero en la actualidad no operan.

La gráfica de la Figura 3.2 representa los datos históricos y la proyección de los mismos

en un horizonte de 10 años.

Figura 3.2 Demanda histórica y proyectada de metanol en nuestro país, ton/año. Elaborado por los autores.

De acuerdo a los datos proyectados para el 2025 la demanda proyectada ascendería a 45

000 toneladas por año. A esta cantidad se le adiciona el metanol necesario para la

producción de 8 500 BPD, equivalente a 493 600 000 litros por año (434 368 toneladas),

considerando 12% de metanol para la producción de biodiesel, se necesitaría un total de

52 124 toneladas de metanol.

Entonces la demanda proyectada de metanol para el año 2025 seria los 45 000 toneladas

proyectados en base a la demanda histórica más el metanol que se utilizaría para producir

8 500 BPD de biodiesel, es decir un total de 97 124 toneladas de metanol por año.

22

3.3.3 Oferta histórica y proyectada de metanol en el Perú

Nuestro país es importador de metanol para distintos usos, aumentando el nivel de

importaciones desde que se comenzó a producir biodiesel.

Por lo tanto no hay oferta de metanol en nuestro país, todo procede de las importaciones.

Según el anuario de comercio exterior que publica SUNAT los países que venden metanol

a Perú son principalmente: Chile, Estados Unidos y Venezuela entre otros, tampoco existe

oferta proyectada de metanol en nuestro país.

3.3.4 Demanda insatisfecha proyectada

Al no existir oferta proyectada la demanda proyectada se convierte en demandas

insatisfecha proyectada, es decir que el 2025 se requerirá producir 97 124 toneladas al

año de metanol para cubrir el mercado interno. Las 45 000 toneladas que requiere nuestro

país para otros usos diferentes al biodiesel representa el 46,33% de la demanda

insatisfecha proyectada total.

3.3.5 Mercado Objetivo

El principal consumidor de metanol es la industria de biodiesel. De los dos o tres millones

anuales que se producía a nivel mundial en el 2004 se llegó en el 2008 a una producción

de 11,1 000 000 de toneladas (IICA, 2010). Recientes estudios proyectan que para el 2024

la producción mundial de biodiesel será de 25,5 millones de toneladas (OCDE/FAO,

2015). Considerando que se necesita aproximadamente 12% en peso en la formulación de

biodiesel la necesidad a nivel mundial seguirá creciendo.

En este proyecto se considera que en nuestro país existirá una mayor producción de

biodiesel y por lo tanto nuestro mercado objetivo será los consumidores de metanol para

la producción de biodiesel. Se espera producir la totalidad de metanol para la capacidad

instalada de biodiesel en el Perú, que llega a 9 500 BPD es decir un total de 58 256

toneladas de metanol.

23

En caso de fracasar los proyectos de producción de biodiesel se tiene otros consumidores

potenciales de metanol en nuestro país, que son las industrias de producción de

formaldehido, ácido acético y metacrilato de metilo. De acuerdo a las proyecciones, el

mercado global de metanol para biodiesel e industria química sería 97 124 toneladas por

año.

Además se debe tener en cuenta que otros grandes importadores de metanol en

Sudamérica son Ecuador y Colombia. Por último la instalación de esta planta no tendrá

riesgo porque la demanda mundial actual de metanol para biodiesel y otras industrias llega

a cerca de 85 000 000 de toneladas y las proyecciones para el 2023 indican que se

necesitaran 100 000 000 de toneladas. (IPA, 2016). Además como insumo industrial

tiene una amplia gama de aplicaciones.

3.3.6 Comercialización

Por ser un insumo industrial la venta tendrá un solo canal de distribución, vendiéndose en

forma directa a los consumidores finales de metanol: fábricas de producción de biodiesel,

de solventes, etc.

3.3.7 Análisis y Evaluación de Precios

El precio del metanol está asociado principalmente con el precio del gas natural. El precio

del metanol en el Perú incluye el costo por transporte marítimo. A continuación

mostramos los precios CIF obtenidos de ADUANET.

24

Figura 3.3 Evolución del precio de metanol. ADUANET

El precio actual es cercano a 500 dólares la tonelada. Sin embargo por ser un precio

dependiente del gas natural, el cual en las proyecciones mundiales tiende a disminuir su

precio, para el proyecto se considera un precio de 450 dólares la tonelada.

3.4 TAMAÑO DE LA PLANTA

Los factores que influyen de manera predominante en la selección del tamaño de una

planta industrial son los siguientes:

Tecnología: Este factor comprende las características de los procesos y los equipos. El

proceso de producción de metanol a partir de gas natural pasa primero por la producción

de gas de síntesis. Para la producción de gas de síntesis a partir de gas natural existen tres

procesos con tecnologías muy conocidas: reformado de metano con vapor, oxidación

parcial de metano y reformado de metano con CO2. A nivel de Sudamérica existen plantas

de producción de metanol como parte de complejos petroquímicos en Venezuela, Trinidad

25

Tobago, Brasil, Argentina y Chile (Ministerio de Energía y Minas; 2005). Se debe tener

especial cuidado en la economía de escala, puesto que debajo de cierta escala la

rentabilidad no está asegurada. En América Latina tenemos desde la planta más grande de

3 850 mil de Ton/año de la empresa Methanex en Punta Arenas –Chile; hasta la planta

más pequeña de 50 mil Ton/año de la empresa Alto Parana, en Puerto Gral. San Martin -

Argentina (Educación en Ingeniería Química, 2016). Por lo tanto la tecnología no sería un

factor limitante para determinar el tamaño de la planta.

Materia prima: La materia prima principal para el proceso de producción de metanol es

el gas natural. Según Fanuel & Salgado (2003) se necesita 0,030017 MMPC de gas natural

por cada tonelada de metanol. De acuerdo al reporte de Ministerio de Energía y la empresa

Pluspetrol se tiene disponible entre 50 y 70 MMPCD (millones de pies cúbicos por día),

por tanto, en equivalencia de metanol producido estaría entre 1, 666 y 2 ,332 TM/día. Por

tanto no sería un factor limitante porque la máxima producción que se necesitaría estaría

por alrededor de 200 ton de metanol por día.

Mercado: De acuerdo a las proyecciones de la demanda insatisfecha del mercado nacional

del metanol para biodiesel y la industria química sería de 123 166 toneladas por año.

Considerando que no hay oferta existente, que todo el metanol necesario se estaría

importando se correría el riesgo de instalar una planta de aproximadamente 150 000

toneladas por año, semejante a la empresa Prosint de Rio de Janeiro, Brasil que procesa

160 000 ton/año. En un mercado competitivo donde existe producción, exportación e

importación se recomienda no pasar del 10% de la demanda insatisfecha. Pero al existir

solo importación se tomará un riego mayor, por ejemplo un 50% que llegaría a cerca de

61 500 toneladas por año. Entonces este sería el factor limitante.

Capital: Se requieren recursos económicos para hacer frente tanto a las necesidades de

inversión en activos fijos como para satisfacer los requerimientos de capital de trabajo. Se

considera que existen inversionistas peruanos con capacidad de inversión.

26

3.5 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE MERCADO

El estudio de mercado indica que la demanda insatisfecha para el 2026 sería cerca a las

100 000 toneladas por año. Teniendo en cuenta que no hay oferta en el mercado nacional,

que todo sería importado, se tomara el riesgo de considerar el 60% de dicha demanda, es

decir una capacidad de 60 000 toneladas al año, que operando en forma continua la

producción diaria alcanzaría 180 toneladas por día, o 7,5 ton/hora.

3.6 LOCALIZACION DE LA PLANTA

3.6.1 Macro-Localización

Definitivamente la localización de una planta industrial basada en gas natural como

materia prima tiene que estar ubicada en las cercanías del abastecimiento del gas. La razón

principal es que el transporte de gases por lo general es muy oneroso porque demanda

cisternas especialmente acondicionadas. A grandes distancias se utiliza gasoductos y en

este caso sería menos inversión inicial aprovechar los gaseoductos que se tiene como el

Gasoducto del Sur Peruano.

Por las razones expuestas la planta deberá estar ubicada en cualquiera de las zonas

productoras de gas natural en nuestro país y aun mejor cerca de los centros de

abastecimiento donde llega el gas sin contenido de azufre. Las zonas productoras se

muestran en la siguiente Tabla 3.7

27

Tabla 3.7

Reservas probadas de gas natural existentes en el Perú

Nota: Recuperado de MINEN, 2013.

Según los datos presentados en la Tabla 3.7, Camisea tiene el 86,26% de las reservas

probadas de nuestro país, incluso se conoce que estas serían superiores. Por lo tanto desde

el punto de vista de materia prima la nueva planta industrial deberá estar ubicada en las

cercanías de Camisea.

3.6.2 Micro-localización

Para el micro-localización se considera los lugares donde llega el gas natural seco y sin

compuestos de azufre. Estos lugares son Pisco y City Gate en Lurín- Lima. Ver Figura 3.4

Figura 3.4 Esquema del proyecto – CAMISEA. Proyecto del Gas Natural, 2014.

Áreas TCF

Noroeste (Talara) 0,95

Aguaitía 1,11

Camisea (lotes 88 y 56) 12,94

Total País 15,00

28

Teniendo definido los dos lugares estratégicos para la futura planta de metanol tendría que

considerarse otro factor importante, el mercado. Según el estudio de mercado, los posibles

grandes consumidores estarían ubicados en Lima, en especial las futuras plantas de

biodiesel.

Por lo tanto la ubicación estratégica de la futura planta de metanol deberá estar lo más

cerca a Lima, en este caso en City Gate, ubicado en Lurín, Lima.

El detalle de la ubicación se muestra en el mapa de google de la Figura 3.5 y en la Figura

3.6. En esta última se considera que se ubicará en el Parque Industrial Praderas de Lurín,

en las cercanías de la Transportadora de Gas del Perú, City Gate. Incluso existe cerca una

laguna de oxidación, que de ser necesario se podría utilizar. Las coordenadas son:

12°17'45"S 76°49'45"W.

Figura 3.5 Ubicación estratégica-City Gate. http// google maps.

29

Figura 3.6 Ubicación estratégica-Parque Industrial Praderas de Lurín. http// google maps.

30

IV. INGENIERÍA DE PROYECTO

En este capítulo se realiza el estudio de ingeniería del proyecto. Incluye la descripción

detallada del proceso, el balance de masa y energía, descripción de los principales equipos

de proceso, la distribución de la planta y las consideraciones ambientales que se tendrá en

cuenta por la instalación de la futura planta de producción de metanol a partir de gas

natural.

4.1 ASPECTOS GENERALES DE LA PRODUCCION DE METANOL

4.1.1 Preparación del gas de síntesis

Especialistas en el tema afirman que la sección de producción del gas de síntesis implica

un gasto aproximado al 50% del costo de capital de una planta de metanol. Asi, La

optimización de esta sección constituye un costo-beneficios bastante significativo.

El gas de síntesis (monóxido de carbono e hidrógeno) se produce atreves de la reacción

de reformación con vapor del metano, proveniente del gas natural.

Las siguientes reacciones representan la formación del gas de síntesis.

CH4 (g) + H2O

(g) → H2 (g) + CO

(g) +CO2

(g)

CO (g) + H2O

(g) → CO2 (g) + H2

(g)

El metanol se produce por la reacción catalítica del monóxido de carbono e hidrógeno

Las siguientes reacciones son representativas para la síntesis del metanol.

CO (g) + 2H2(g) → CH3OH (g)

A un menor grado, también se efectúa con la conversión de dióxido de carbono.

CO2(g) + 3H2 (g) → CH3OH(g) + H2O(g)

Por lo tanto, de acuerdo a la proporción de CO y CO2, la mezcla gaseosa requerida para

la conversión debe tener una razón molar de hidrógeno / carbono entre 2 y 3 para obtener

el gas por oxidación parcial, gasificación o steam reforming (Chauvel & Lefebvre, 2009).

31

4.1.2 Aspectos termodinámicos de las síntesis de metanol

Las dos reacciones principales de la síntesis del metanol:

CO + 2H2 → CH3OH ΔHº298 = -90, 8kJ/mol........... (1)

CO2+ 3H2 → CH3OH + H2O ΔHº298 = -49, 5 kJ/mol……… (2)

Son exotérmicas e isotrópicas.

Lo segundo puede ser considerado como la resultante de la primera reacción y de

la reacción reversa de la conversión de vapor de CO.

CO2 + H2 → CO + H2O ΔHº298 = -41.3 kJ/mol………(3)

Así la reacción (1) es el paso básico, por lo que:

ΔHºT (J) = -74653 – 63.98T + 32.61T2 + 8.53x10-6T3 – 7.77x10-9T4

4.1.3 Aspectos cinéticos de la síntesis de metanol

Prácticamente hablando, para alcanzar la conversión simultánea de CO y CO2 a metanol,

se puede introducir el concepto de eficiencia de carbono, definido como sigue:

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑜(%) =número de moles de metanol producido

número de moles de (CO+CO2)𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑠í𝑛𝑡𝑒𝑠𝑖𝑠 𝑥 100

La ganancia en selectividad está directamente relacionada con el nivel térmico

actual. Las reacciones laterales más importantes son:

(a) Reacción del dióxido de carbono residual con oxígeno:

CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O

(b) Metanación:

CO + 3H2 → CH4 + H2O

(c) Formación de metil éter:

2 CH3OH → CH3-O-CH3 + H2O

Las primeras dos conversiones están limitadas por reducción del CO2 contenido en el gas

de síntesis empleado y sobre todo por limitar la temperatura de reacción a 400ºC. Debajo

32

de esta temperatura la tasa de metanación permanece baja, o al menos imperceptible en el

catalizador empleado.

La ecuación cinética que expresa el resultado de la conversión de CO a metanol es la

siguiente:

𝑣 =P𝐶𝑂 . 𝑃2

𝐻2−

𝑃𝐶𝐻3𝑂𝐻

𝐾𝑝

(A + B. P𝐶𝑂 + 𝐶. 𝑃𝐻2+ 𝐷. 𝑃𝐶𝐻3𝑂𝐻)

3

Donde A, B, C y D, son constantes que dependen del catalizador usado. El cálculo de las

presiones que aparecen en esta expresión deben tener en cuenta las actividades.

Analizando esta ecuación, se muestra que en el caso de la síntesis de metanol, la máxima

razón de conversión en cualquier punto del reactor puede ser solo alcanzando

estableciendo un gradiente de temperatura. Esto debe ser suplementado por el análisis de

la cinética relacionada a la reacción inversa de la “shift conversión” de CO. Los modelos

que pueden ser construidos en base a resultados experimentales publicados muestran que,

con el catalizador basado en óxido de cobre, a 5 x 106 Pa absolutos, la aproximación al

equilibrio capaz de alcanzarse está sobre los 12ºC para la conversión de CO y 7ºC para la

conversión de CO2.

Estos cálculos muestran que la producción de metanol se favorece por:

(a) Elevación de presión.

(b) Reducción de temperatura.

(c) Incremento de la razón de CO / CO2 en el gas de síntesis.

(d) Incremento del contenido de hidrógeno en la alimentación reformada, al menos para

presiones alrededor de 6x106 Pa absolutos.

Si bajamos la temperatura de reacción, tenemos bajas tasas de reacción, y

consecuentemente una aproximación sobre al equilibrio termodinámico. Los catalizadores

deben usarse para sobreponerse a estos problemas.

33

4.1. 4 Catalizadores

Hay dos tipos de catalizadores disponibles en la industria:

(a) Sistemas zinc/cromo. Los más antiguos. A finales de los 60 estos eran los catalizadores

más usados en la producción de metanol. Estas eran mezclas homogéneas de óxidos de

zinc y cromo, en donde después fueron modificados con una base de cobre. Esta base se

colocó debido a su baja actividad relativa, que requería operaciones entre 300 y 400 ºC.

A esta temperatura, era necesaria una presión de 30 a 35x106 Pa absolutos para mantener

satisfactoriamente las tasas de conversión (270 a 420 atmósferas), y todo esto involucra

un alto costo en términos de energía y economía.

(b) Sistemas en base de cobre, familiar por muchos años por su desempeño pero

originalmente muy sensitivo para ciertos venenos, especialmente azufre y compuestos

halogenados.

4.2 SELECCIÓN DE LA TECNOLOGIA DE PRODUCCION DE METANOL

4.2.1 Tecnologías para producir metanol a partir de gas natural

Existen tres tecnologías sobresalientes en la producción comercial de metanol a partir de

gas de síntesis, las cuales se pasan a describir.

4.2.1.1 Tecnología Johnson Matthey-Davy (Ex Tecnología ICI)

Un proceso de baja presión ha sido desarrollado por ICI, operando aproximadamente a 50

bares (700 psi) y usando un nuevo catalizador activo de base de cobre a 240°C. La reacción

de síntesis ocurre sobre un lecho de catalizador heterogéneo dispuesto uno después de otro

en una secuencia de lechos adiabáticos o colocados dentro de tubos de transferencia de

calor. La reacción es limitada por el equilibrio, y la concentración de metanol a la salida

del convertidor raramente excede el 7%. El efluente del convertidor es enfriado a 40°C

34

para condensar como producto el metanol, y los gases que no reaccionaron son reciclados.

El metanol crudo proveniente del separador contiene agua y bajos niveles de co-productos,

los cuales son removidos usando un sistema de dos columnas de destilación. Ver Figura

4.1

Figura 4.1 Proceso de producción de metanol, tecnología JM/Davy. IPA, 2016

4.2.1.2 Tecnología LURGI

El proceso Lurgi de síntesis del metanol implica transformar el gas de síntesis en metanol,

que luego es procesado para la obtención de metanol a alta pureza.

Tecnología de Lurgi Syngas

La tecnología Lurgi syngas Consiste en usar el reformado autotérmico para

producir gas de síntesis usando como alimentación el gas natural o hidrocarburos ligeros.

Opcionalmente la alimentación es desulfurizada y pre-reformado con vapor obteniendo

gas de síntesis en condiciones alrededor de 40 bar, usando oxígeno como agente

reformador. El proceso genera un gas de síntesis libre de carbono con una baja relación

de H2/CO, ofrece una gran flexibilidad de operación en un rango de 950-1050 bares. El

35

gas de síntesis se comprime en una sola carcasa de compresor de gas de síntesis con la

etapa de reciclaje, obteniendo así la presión necesaria para la síntesis de metanol.

Las condiciones de reacción utilizadas en el proceso de baja presión de Lurgi son las

siguientes: Temperatura (250-260°C), presión (725-1176 psig), catalizador (Cu +

pequeñas cantidades de Zn + un componente el cual incrementara la resistencia de

envejecimiento; también se usa óxido de zinc en reemplazo de zinc). Ver Figura 4.2

Figura 4.2 Producción de metanol, proceso Lurgi Syngas, baja presión. Elaborado por los autores.

Tecnología de Lurgi Reformado Combinado

Para gas natural y gases asociados con petróleo, el número estequiométrico necesario no

puede ser obtenido mediante reformador autotérmico solo, incluso si el hidrógeno es

reciclado. Para estas aplicaciones, el concepto de Lurgi Reformado Combinado (conocido

también como Lurgi MegaMetanol) combina el reformador autotérmico con el reformador

con vapor, siendo la forma más económica para generar gas de síntesis para plantas de

metanol. Después de la desulfurización, una corriente de gas natural es dividida en dos

partes, una corriente es llevada a la zona de reformador con vapor, posteriormente la

corriente de salida de esta zona es mezclada con el resto de gas natural para ser llevado a

36

la zona de reformado autotérmico y producir gas de síntesis a alta presión. La principal

ventaja del proceso de reformado combinado frente a la tecnología ICI es que se usa un

menor consumo de vapor en el proceso, traduciendo esto a un menor consumo de energía

y una menor inversión. Es decir, para producir gas de síntesis a partir de gas natural, para

la tecnología Lurgi Reformado Combinado se utiliza aproximadamente la mitad de vapor

consumido que la tecnología ICI . Asimismo, se obtiene una mejor relación de H2/CO

requerida para la producción de metanol.

Este tipo de plantas ha marcado el comienzo de una nueva generación de plantas para la

producción de metanol a partir del gas natural, dado el hecho que la tecnología

MegaMetanol de Lurgi es básicamente dos veces mejor que otros procesos disponibles

actualmente en el mercado, pudiendo procesar capacidades de planta mayores a 5,000

TM/día. Esta nueva tecnología ya ha mostrado resultados excelentes durante la operación

de la planta, representando la tecnología del futuro, no solo por la generación de metanol

sino también para complejos de GTL (Gas to liquid) y GTC (Gas to chemicals). Ver Figura

4.3

Figura 4.3 Proceso Lurgi Reformado Combinado. Elaborado por los autores.

37

4.2.2 Selección de la tecnología adecuada para producción de metanol

La elección del tipo de tecnología obtenido se basa en las facilidades del proceso,

obtención del gas de síntesis, consumos de energía, aspectos económicos, etc.

Uno de los criterios de selección es la disponibilidad de materia prima (gas natural),

actualmente según el Ministerio de Energía y Minas y la empresa Pluspetrol se tiene

disponible la extracción entre 50 y 70 MMPCD (Ministerio de Energía y Minas, 2008),

por lo tanto, en equivalencia de metanol producido estaría entre 1, 666 y 2, 332 TM/día.

Por tal motivo, las tres tecnologías podrían usarse, pero teniendo en cuenta la capacidad

real proyectada de sólo 180 ton/día se selecciona el proceso de reformado con vapor. Si

bien es cierto este proceso consume un alto nivel de energía, pero se pueden establecer

mejoras con sistemas de recuperación de calor. Otra ventaja del proceso de reformación

con vapor es que se trabaja a bajas presiones y se utiliza una relación de vapor/metano de

3 a 1. Los licenciantes tienen mayor experiencia en el mercado, su tecnologías presenta

mayores ventajas tecnológicas.

Tabla 4.1

Comparación de las tres tecnologías referidas en el proceso.

Nota. Recuperado de Ministerio de Energía y Minas, 2008.

38

Respecto al consumo de energía, con mejoras en el proceso, la tecnología ICI (hoy día

Matthey-Davy) consume 7,2 – 7,8 GCal/ton de metanol, en contraprestación con las

Tecnológicas Lurgi y Lurgi Reformado (hoy tecnología Toyo) utilizan respectivamente

cerca de 7,2 Gcal/ton de metanol. Por lo tanto el consumo de energía se puede considerar

igual. La diferencia está en la inversión del Proyecto: para una producción de 1,1 MMtpy,

las tecnologías en el orden mencionado tienen un costo de proyecto de 700-800, de 900 –

1000, y 800 – 900 000 000 de dólares americanos.

Por lo tanto, por la conveniencia de trabajar a menos presión y por el menos costo de

inversión se decide por el proceso de reformado con vapor.

4.3 DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO

Debido a que las empresas que venden el gas natural cuenta con sistemas instalados de

desulfuración, en este proceso se va utilizar gas natural libre de azufre. Tiene básicamente

dos partes: producción de gas de síntesis y producción de metanol. La descripción se

realiza en base al diagrama de flujo de la Figura 4.3.

4.3.1 Producción de gas de síntesis

De acuerdo al proceso seleccionado el gas de síntesis se va producir por reformación con

vapor. El agua se calienta para producir vapor a 370°C, la cual será mezclada con el gas

natural proveniente de la planta desulfurizadora de gas natural. La mezcla es calentada a

una temperatura de 600°C antes que ingrese al sistema de reformación con vapor. En el

reactor de reformación con vapor se realiza las siguientes reacciones:

CH4 (g) + H2O

(g) → H2 (g) + CO

(g) +CO2

(g)

CO (g) + H2O

(g) → CO2 (g) + H2

(g)

Los gases de salida del reactor salen a 700 °C, temperatura a la cual se realiza

isotérmicamente con adición de calor. La relación molar obtenida de H2/CO es de 4, ideal

39

para la producción de metanol. Los gases de salida [6] se aprovechan para terminar de

calentar la mezcla de gas natural y vapor de agua [4] que ingresan al reactor de

reformación a 600°C [5]. La corriente de salida se termina de enfriar en el intercambiador

de calor (5) hasta 57°C. El catalizador utilizado es de rango comercial con 12% de Ni

soportado sobre Al2O3.

4.3.2 Síntesis de metanol

La corriente de salida del reactor de reformación enfriada [24] se mezcla con la

recirculación del reactor de síntesis de metanol [11], para ser comprimida en la

compresora (7) hasta logra una presión de 1 550 psi para realizar la reacción de síntesis

de metanol en el reactor (8) donde se realiza las siguientes reacciones:

CO + 2 H2→ CH3OH

3H2 + CO2 → CH3OH + H2O

3CO2 + H2 → CO + H2O

El reactor funciona isotérmicamente a 250°C, y por ser las reacciones exotérmicas se

tiene que enfriar al reactor a través de la tubería que contiene el catalizador. Teniendo en

cuenta las reacciones competitivas la conversión llega hasta 70% por lo que es necesario

realizar un reciclo [11], y por la presencia de componentes inertes también hay realizar

una purga [12].

La corriente de producto que contiene el metanol [13] hay que enfriarlo en forma sucesiva

y expandirlo para disminuir la presión hasta cerca de 370 psi para poder realizar la

separación del metanol. Primero se pasa por un separador flash que funciona a 25,3 °C y

370,1 psi. A estas condiciones se separa casi todo el metanol y agua que contiene la

corriente [17] y se envía a la columna de destilación (14) para obtener el producto final

[20].

40

4.4 BALANCE DE MASA Y ENERGIA

El balance de masa y energía se presenta para una producción horaria de 7 500 kg/hr de

producto y se muestra junto con el diagrama de flujo. Los cálculos se realizaron en base a

la simulación de todo el proceso con el programa CHEMCAD 6.1.3. Se hicieron varias

corridas para maximizar el ahorro de energía haciendo recirculaciones de corrientes

calientes o frías.

De acuerdo a los cálculos realizados se va utilizar 0,56 kg de gas natural por cada kg de

metanol producido.

41

Figura 4.4 Diagrama de Flujo de producción de metanol a partir del gas natural. Elaborado por los autores

1. CALDERA. 10. INTERCAMBIADOR DE CALOR.

2. MEZCLADOR. 11. INTERCAMBIADOR DE CALOR.

3. INTERCAMBIADOR DE CALOR. 12. EXPANSOR.

4. REACTOR DE REFORMACIÓN. 13. SEPARADOR FLASH,

5. INTERCAMBIADOR DE CALOR. 14. COLUMNA DE DESTILACIÓN.

6. MEZCLADOR. 15. INTERCAMBIADOR DE CALOR.

7. COMPRESORA. 16. SEPARADOR DE MEMBRANA.

8. REACTOR DE SÍNTESIS. 17.DIVISOR.

9. DIVISOR. 18. DIVISOR.

42

Stream No, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Temp C 332,8632* 370 38,0000* 278,1744 600 700 418,0282 135,4457 177,1108 250,0000 250,0000

Pres psia 188 186 568,9340

* 300 298 297,98 295,98 600 1550 1549,9800 1549,9800

EnthMMBtu/h -156,09 -155,12 -16,837 -171,96 -159,09 -105,61 -118,48 -216,2 -211,46 -217,89 -65,368

Total kg/h 12798,300

1 12 798,3001

4

205,118

17003,41

67

17003,416

7

17003,31

4

17003,31

4

24290,472

1

24290,47

21 24 290.5288 7287,1585

Hydrogen 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1527,921

9

1527,921

9 1736,4128

1736,412

8 694,9699 208,4910

Methane 0,0000 0,0000 3800,049

8

3800,049

8 3800,0498 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0,0000 0,0000

Carbon Dioxide 0,0000 0,0000 2,2015 2,2015 2,2015 2087,100

8

2087,100

8 2110,8479

2110,847

9 79,1569 23,7471

CarbonMonoxi

de 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

5307,705

8

5307,705

8 5312,7436

5312,743

2 16,7930 5,0379

Argon 0,0000 0,0000 135,352 135,352 135,352 135,352 135,352 193,36 193,36 193,3600 58,0080

HydrogenSulfid

e 0,0000 0,0000 0,0136 0,0136 0,0136 0,0136 0,0136 0,0195 0,0195 0,0195 0,0058

Water 12798,300

1 12798,3001 0,0072

12798,30

63

12798,306

3

7677,726

8

7677,726

8

11324,600

6

11324,60

06 12156,2507 3646,8753

Nitrogen 0,0000 0,0000 267,4936 267,4936 267,4936 267,4936 267,4936 382,1337 382,1337 382,1336 114,6401

Methanol 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 3230,3533 3230,353

3 10767,8452 3230,3535

Stream No, 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Temp C 250,0000 250,0000 120,0000 40,0000 29,4253 25,3000 25,3000 25,3000 175,5860 225,7139 20,0000

Pres psia 1549,9800 1549,9800 1547,980

0 1545,9800 372,1000 370,1000 370,1000 370,1000 370,1000 375,1000 600,0000

EnthMMBtu/h -0,21789 -152,31 -175,38 -181,17 -181,90 -182,18 -0,67045 -181,51 -49,427 -120,78 -0,028021

Total kg/h 24,2905 16979,080

4

16979,08

04

16979,080

4

16979,078

7

16979,078

7 979,6141

15999,466

2 7500,0010

8499,463

4 485,6249

Hydrogen 0,6950 485,7840 485,7840 485,7840 485,7840 485,7840 485,6249 0,1590 0,1590 0,0000 485,6249

Methane 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

CarbonDioxide 0,0792 55,3306 55,3306 55,3306 55,3306 55,3306 48,8671 6,4635 6,4635 0,0000 0,0000

CarbonMonoxi

de 0,0168 11,7383 11,7383 11,7383 11,7383 11,7383 11,7348 0,0035 0,0035 0,0000 0,0000

Argon 0,1934 135,1587 135,1587 135,1587 135,1586 135,1586 134,9014 0,2573 0,2573 0,0000 0,0000

HydrogenSulfid

e 0,0000 0,0136 0,0136 0,0136 0,0136 0,0136 0,0103 0,0033 0,0033 0,0000 0,0000

Water 12,1563 8497,2194 8497,219

4 8497,2194 8497,2194 8497,2194 4,2629 8492,9572 8,4930

8484,464

8 0,0000

Nitrogen 0,3821 267,1114 267,1114 267,1114 267,1114 267,1114 267,0808 0,0307 0,0307 0,0000 0,0000

Methanol 10,7678 7526,7231 7526,723

1 7526,7231 7526,7222 7526,7222 27,1321 7499,5899 7484,5913 14,9988 0,0000

Tabla 4.1

balance de masa kg/hr.

43

Stream No, 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Temp C 25,3000 57,2140 25,0000* 353,7958 25,0000* 200,0000 20,0000 106,3724 10,0000 200,0000 200,0000

Pres psia 600,0000 293,9800 195,0000* 193,0000 190,0000

* 188,0000 18,0000 18,0000 20,0000 188,0000 188,0000

EnthMMBtu/

h -0,71698 -150,83 -168,25 -135,89 -135,54 -112,46 -104,61 -98,822 -104,88 -20,199 -92,263

Total kg/h 493,9893 17003,314

0

11180,600

1

11180,600

1

9006,927

0 1,0000 0,00000 0,23052 0,00000 1,0000 1,0000

Hydrogen 0,0000 1527,9219 0,0000 0,0000 0,0000 499,9682 385,3562 385,3485 385,3562 89,7974 410,1708

Methane 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 9006,9270 6942,1918 6942,052

3 6942,1918 1617,7000

7389,227

0

CarbonDioxi

de 48,8671 2087,1008 0,0000 0,0000 0,0000 318,0771 245,1615 245,1566 245,1615 57,1286 260,9485

CarbonMono

xide 11,7348 5307,7058 0,0000 0,0000 0,0000 395740,06 305021,19

305015,0

3 305021,19 71077,38

324662,6

9

Argon 134,9014 135,3520 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

HydrogenSul

fide 0,0103 0,0136 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Water 4,2629 7677,7268 11180,600

1

11180,600

1

9006,927

0 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Nitrogen 267,0808 267,4936 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Methanol 27,1321 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Nota. Adaptado de una fuente de los autores

44

4.5 DISEÑO DE EQUIPOS PRINCIPALES Y AUXILIARES

4.5.1 Tanques de Almacenamiento de Gas Natural

Función: almacenar gas natural comprimido

Modelo : Tanque de 160 m3 de la

regasificadora de gas natural licuado de la

Planta de Regasificación Quintero – Chile.

Cantidad: dos

Condiciones de operación:

Temperatura:38°C

Presión : 568,934 psi

Dimensiones principales:

Volumen total : 304,82 m3

Tanque interior : 78 m de diámetro, 34 m

de altura

Tanque exterior: 87 m de diámetro, 41,8 m

de altura

Material de construcción:

Tanque interior : en acero con un 9% de

níquel.

Tanque exterior: en hormigón con armado

pretensado.

45

4.5.2 Caldera para Producción de Vapor.

Función: : preparar vapor saturado de 370°C

Modelo : AX 2500 del fabricante ICI.

Cantidad: uno

Condiciones de operación

Temperatura de entrada: 332,86 °C

Temperatura de salida : 370 °C

Presión : 186 psia

Eficiencia : 75%

Potencia : 380 BHP

Capacidad : 4 270 kg/h

4.5.3 Reactor de Reformación Catalítica.

Función: Transformar el metano a gas de síntesis

Tipo : reactor de lecho fijo

Cantidad: Uno


Temperatura de entrada : 600°C

Presión de entrada : 298 psi

Flujo volumétrico : 3 397,82 m3/hr


Longitud de reactor : 8 m

Densidad del catalizador : 1870 kg/m3

Fracción de espacio vacío en el reactor: 0,40

Número de tubos necesarios :1600

Peso de catalizador : 65 169,5 kg

46

4.5.4 Reactor de Síntesis de Metanol

4.5.5 Intercambiador de calor - (3)

Función : Síntesis de metanol

Tipo : lecho fijo

Cantidad : uno

Condiciones de operación : GHSV : 10 000 h-1


Volumen total de reactor : 10,35 m3

Volumen vacío : 0,40

Longitud de tubo : 7,022 m

Área de cada tubería : 0,002026 m2

Volumen de cada tubo : 0,014 m3

Número de tubos necesarios:740

Casco : 6,25 pies

Función: calentar la mezcla de vapor y gas natural a 600°C

Tipo: Casco y tubo, 1-1

Condiciones de operación: Fluido

caliente : salen a 700°C – corriente [6]

Fluido frio : mezcla vapor y gas natural– corriente [4]


Área de intercambio: 4 123,34 pie2

Área de casco : 4 007,26 pie2

Caída de presión : 1,87 psi (casco), 0,15 psi (tubos)

Diámetro de Casco : 4,08 pies, tipo AEL

Número de tubos : 2 100

Tubos : ¾ OD

Longitud de tubo : 10 pies

Arreglo de tubos : triangular

47

4.5.6 Intercambiador de calor – (5)


Función: enfriar el gas de síntesis proveniente del

intercambiador número 3 a 57 ºC



Área de intercambio: 117 762,50pie2


Caída de presión : 1,90 psi (casco), 0,07 psi

(tubos)

Diámetro de Casco : 7,58 pies, tipo AEL


Tubos : ¾ OD



Función: Enfriar el metanol ha






Diámetro de Casco: 4,08 pies, tipo AEL


Tubos : ¾ OD



48



Función: Enfriar el metanol a 29,42°C






Diámetro de Casco: 6,08 pies, tipo AEL


Tubos : ¾ OD



Función: Enfriar corriente 16 : de 29,42°C a 25,30 °C

Fluido de enfriamiento: agua fría de 10°C, sale 20°C



Área de intercambio: 270,96pie2

Área de casco : 264,37 pie2


Diámetro de Casco : 1,08 pies, tipo DEL

Número de tubos : 115

Tubos : ¾ OD



49

4.5.10 Separador flash

Función: separar mezcla de metanol (liquido) de los gases

incondensables

Tipo: vertical

Cantidad: Uno


Diámetro interno : 3,5 pies

Altura de salida de gases : 4,0 pies

Altura de ingreso de mezcla : 1,5 pies

Eliminar arrastre de líquido : 0,5 pies de altura

Altura máxima de nivel de líquido: 6,62 pies

Altura normal de líquido : 5,51 pies

Altura total del separador flash : 12,62 pies.

4.5.11 Columna de destilación

Función: Separar metanol del agua

Tipo: De platos con casquetes de burbujeo


Número de etapas : 23

Alimentación : plato 13

Presión promedio : 2,0000 psi

Diámetro de la columna : 4,5 pies

Espaciado entre platos : 2 pies

Alimentación : 15 999,4662 Kg/h

Reflujo : 3,0454 Kmol/h

Eficiencia : 0,8.

50

4.5.12 Tanque de almacenamiento de metanol

Función: almacenar metanol

Modelo: Tanque de 75 m3, tapa

cónica con una inclinación de 20°

respecto a la horizontal, de fondo

plano.

Cantidad: Ocho


Temperatura de operación: 20°C

Temperatura de diseño: 40°C Presión de diseño : 3,0132 bar


Volumen total : 76,208

m3

Diámetro: 3 m

Altura: 11 m

Almacenamiento : 2 días

Almacenamiento para 2 días: 360 ton

-El tanque estará equipado con un

sistema que evita la penetración de

chispaso llamas (apagallamas, cierre

hidráulico, inertizacion garantizada

siempre).

- Según norma ASME para líquidos

inflamables y combustibles se

utilizara acero inoxidable AISI 240-

316L, resistente a la corrosión.

51

4.6 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA

Habiendo seleccionado y diseñado los equipos que se van a construir en la planta de

METANOL, es necesario en forma objetiva la distribución adecuada de estos equipos a

fin de dar mayor funcionalidad al proceso.

Los objetivos de la distribución en planta son:

1. Integración de todos los factores que afecten la distribución.

2. Movimiento de material según distancias mínimas.

3. Circulación del trabajo a través de la planta.

4. Utilización “efectiva” de todo el espacio.

5. Mínimo esfuerzo, satisfacción y seguridad en los trabajadores.

6. Flexibilidad en el ordenamiento para facilitar reajustes o ampliaciones.

4.6.1 Principios básicos de la distribución en planta.

1. Principio de la satisfacción y de la seguridad. A igualdad de condiciones, será

siempre más efectiva la distribución que haga el trabajo más satisfactorio y seguro para

los trabajadores.

2. Principio de la integración de conjunto. La mejor distribución es la que integra a los

hombres, materiales, maquinaria, actividades auxiliares y cualquier otro factor, de modo

que resulte el compromiso mejor entre todas estas partes.

3. Principio de la mínima distancia recorrida. A igualdad de condiciones, es siempre

mejor la distribución que permite que la distancia a recorrer por el material sea la menor

posible.

52

4. Principio de la circulación o flujo de materiales. Concurren áreas de trabajo de modo

que cada operación o proceso esté en el mismo orden o secuencia a medida que se

transforman, tratan o montan los materiales.

5. Principio del espacio cúbico. La economía se obtiene utilizando de un modo efectivo

todo el espacio disponible, tanto en horizontal como en vertical.

6. Principio de la flexibilidad. A igualdad de condiciones será siempre más efectiva la

distribución que pueda ser ajustada o reordenada con menos costo o inconvenientes.

4.6.2 Tipos de distribución en planta.

4.6.2.1 Distribución por posición fija.

El material permanece en situación fija y son los hombres y la maquinaria los que

confluyen hacia él.

A.- Proceso de trabajo: Todos los puestos de trabajo se instalan con carácter provisional

y junto al elemento principal ó conjunto que se fabrica o monta.

B.- Material en curso de fabricación: El material se lleva al lugar de montaje o fabricación.

C.- Versatilidad: Tienen amplia versatilidad, se adaptan con facilidad a cualquier

variación.

D.- Continuidad de funcionamiento: No son estables ni los tiempos concedidos ni las

cargas de trabajo. Pueden influir incluso las condiciones climatológicas.

E.- Incentivo: Depende del trabajo individual del trabajador.

F.- Cualificación de la mano de obra: Los equipos suelen ser muy convencionales, incluso

aunque se emplee una máquina en concreto no suele ser muy especializada, por lo que no

ha de ser muy cualificada. Ejemplo: Montajes de calderas, en edificios, barcos. Torres de

tendido eléctrico y. en general, montajes a pie de obra.

53

4.6.2.2 Distribución por proceso.

Las operaciones del mismo tipo se realizan dentro del mismo sector.

A.- Proceso de trabajo: Los puestos de trabajo se sitúan por funciones homónimas. En

algunas secciones los puestos de trabajo son iguales.

B.- Material en curso de fabricación: El material se desplaza entre puestos diferentes

dentro de una misma sección. O desde una sección a la siguiente que le corresponda. Pero

el itinerario nunca es fijo.

C. Versatilidad: Es la distribución más adecuada para la fabricación intermitente o bajo

pedido, facilitándose la programación de los puestos de trabajo al máximo de carga

posible.

D.- Continuidad de funcionamiento: Cada fase de trabajo se programa para el puesto más

adecuado. Una avería producida en un puesto no incide en el funcionamiento de los

restantes, por lo que no se causan retrasos acusados en la fabricación.

E.- Incentivo: El incentivo logrado por cada operario es únicamente función de su

rendimiento personal.

F.- Cualificación de la mano de obra.: Al ser nulos, o casi nulos, el automatismo y la

repetición de actividades. Se requiere mano de obra muy cualificada.

4.6.2.3 Distribución por producto.

A.-Proceso de trabajo: Los puestos de trabajo se ubican según el orden implícitamente

establecido en el diagrama analítico de proceso. Con esta distribución se consigue mejorar

el aprovechamiento de la superficie requerida para la instalación.

B.-Material en curso de fabricación: EL material en curso de fabricación se desplaza de

un puesto a otro, lo que conlleva la mínima cantidad del mismo (no necesidad de

componentes en stock)

C.-Versatilidad: No permite la adaptación inmediata a otra fabricación distinta para la que

fue proyectada.

D.-Continuidad de funcionamiento: El principal problema puede que sea lograr un

equilibrio o continuidad de funcionamiento.

E.-Incentivo: El incentivo obtenido por cada uno de los operarios es función del logrado

por el conjunto, ya que el trabajo está relacionado o íntimamente ligado.

54

F.-Cualificación de mano de obra: Se tiende a la automatización, por ello no es necesario

una calificación de la mano de obra a un nivel alto.

G.- Tiempo unitarios: Se obtienen menores tiempos unitarios de fabricación que en las

restantes distribuciones.

En nuestro proyecto teniendo en cuenta la cercanía, asi mismo la disponibilidad de materia

prima, en nuestro proyecto utilizaremos el principio de la mínima distancia recorrida

y el de la circulación o flujo de materiales, en la que se hará un ordenamiento de áreas

teniendo en cuenta los criterios cualitativos que refiere a las prioridades de cercanía.

El requerimiento de espacio se realizó con el método Guercht, el cual se caracteriza por

calcular áreas en partes en función a los elementos que se han de distribuir. Este método

considera las siguientes superficies:

Superficie estática (SS): Es el área o espacio que ocupa un elemento estático o móvil en

un plano horizontal. Y se calcula de la siguiente manera:

SS = Largo * Ancho

Superficie de gravitación (SG): es el espacio por donde se moviliza el operario en cuanto

a un elemento estático o área de trabajo. Y se calcula de la siguiente manera:

SG = SS * N

Dónde: N son los lados de uso

Superficie de Evolución (SE): Es el espacio reservado para el tránsito de materiales,

equipos y servicios de las diferentes estaciones de trabajo a fin de conseguir un normal

desarrollo de trabajo. Se calcula de con la siguiente fórmula:

SE = (SS + SG) * k

Dónde: k es el coeficiente de evolución y tiene un valor de 0,20.

K = 0,20

Simplificando el cálculo podría evaluarse la superficie total a requerir:

𝑆𝑇 = 𝑛 ∗ (𝑆𝑆 + 𝑆𝐺 + 𝑆𝐸)

Dónde: n es el número de operarios.

55

Tabla 4.6.1

Cálculo del espacio ocupado por máquinas y almacenes


En este caso, el espacio que utilizara la línea de producción de etanol a partir de gas natural

necesitara 473 040 m2. Se tiene disponible área de 700 000 m2 que servirá para futuras

expansiones.

MAQUINA / ESPACIO SS (m) SG (m) SE (m) ST (m)

L * A SS * N (SS + SG) * k n * (SS + SG + SE)

Recepción de materia prima,

gas natural

6 000 6 000 2 400 345 600

Tanque de agua 400 800 240 34 560

Horno, caldera 40 160 40 5 760

Reformador catalítico 120 480 120 17 280

Compresores 50 200 50 7 200

Intercambiadores de calor 60 240 60 8 640

Tanque flash 15 60 15 2160

Reactor de síntesis 80 320 80 11520

Destilación 45 180 45 6480

Sistema de aguas helada 35 140 35 5040

Almacén de producto

terminado

200 800 200 28800

Superficie total 473 040 m2

56

Plan de distribución

Figura 4.6.1 Layout de planta. Elaboración propia de los autores

57

Figura 4.6.2 Plano unitario de la planta de metanol a partir de gas natural. Elaborado por los autores.

58

4.7 CONSIDERACIONES AMBIENTALES

La instalación de una planta de metanol afectará al medio ambiente con emisiones

tales como monóxidos y dióxidos de carbono, vapor de metanol, vapor de agua,

compuestos óxidos nitrogenados y componentes orgánicos hidrocarbonados

volátiles. De todos ellos, el dióxido de carbono es el que presenta las mayores

emisiones y el mayor contaminante.

Todas las unidades de producción en el mundo siempre están bajo la jurisdicción

(entiéndase países) en las cuales se encuentran, sea cual fuere el licenciante o la

empresa bajo la cual se efectúa la puesta en marcha de la construcción de una planta.

Estos permisos dan la facilidad de usar los recursos de tierra y agua, así como

descargar emisiones dentro de los límites permitidos en la legislación del lugar

donde se instale la planta.

4.7.1 CONDICIONES GENERALES

Las condiciones generales que aplican a todas las instalaciones cubren las emisiones

de aire y las descargas de líquidos. Los recursos permiten límites delineados que son

productos laterales esperados de las plantas de metanol, tales como pH, metanol,

demanda química de oxígeno e hidrocarburos.

También limitados, cada uno en forma específica o por implicación, están los

químicos de las aguas de tratamiento y los productos de punto de quiebre.

Los límites comunes de emisiones al aire de todas las plantas cubren las tasas de

flujo y concentración de los productos de combustión, tales como óxidos nitrosos

(conocidos como los NOx) y descargas de componentes orgánicos volátiles (VOCs).

Los límites están impuestos cada uno por la misma descarga o por las

concentraciones permitidas en el medio ambiente en el área correspondiente.

59

Tabla 4.7

Límites permitidos de parámetros de plantas de metanol. Methanex, año 2002.

Nota. Adaptado de una fuente de datos adquiridos de las plantas productoras de metanol.

Medicine

Hat,

Alberta

Canadá

Kitimak,

British,

Columbia

Punta

Arenas,

Chile*

Motunui,

Nueva

Zelanda

Valle

wuaitara,

Nueva

Zelanda

Lima,

Perú

Amoniaco 10 mg/l 200 mg/l 1,5 mg/l

DQO 700 ppm

(peso)

100 mg/l 200 mg/l 250 mg/l

Tasa de Flujo 5000 m3/día 504 m3/h 5000 m3/día

Metanol 15 mg/l 15 mg/l

Grasas y

Aceites

100 ppm

(peso)

350 mg/l 10 mg/l 10 mg/l 0,5 mg/l

Ph 5,5 – 9,5 6,5- 8,5 5,5 - 9 6,0 - 9 6,0 - 11 6,5–6,8

Conductancia

Específica

Ninguno 1,5

Temperatura

170ºF

Máximo

30ºC

máximo

30ºC

Máximo

Componentes

Orgánicos

totales

Total de sólidos

en suspensión

400 ppm

(peso)

700

mg/l

70 mg/l 1000 mg/l 200-350

mg/l

Residuos

volátiles no

filtrables

40 mg/l

60

Requerimientos ambientales de una planta de metanol, se explican los potenciales

impactos ambientales que se pueden esperar de estos parámetros, en base a la operación

de la planta de metanol.

* La planta de Chile es monitoreada diariamente y estos límites se están

llevando a partir del año 2005.

Los límites están impuestos cada uno por la misma descarga o por las concentraciones

permitidas en el medio ambiente en el área correspondiente. Los sólidos no venenosos

de desecho que son generados intermitentemente en las plantas, tales como resinas

gastadas o residuos de construcción, pueden ser enviados a los límites municipales y la

mayoría no está cubierta en los reglamentos.

De todo lo expuesto, la Tabla 4.7 muestra los límites permitidos de estos parámetros

tomados de algunas plantas de metanol. En el anexo 3: Requerimientos ambientales de

una planta de metanol, se explican los potenciales impactos ambientales que se pueden

esperar de estos parámetros, en base a la operación de la planta de metanol.

Haciendo mención a la tabla 4.7, podemos afirmar que hay ciertos parámetros los cuales

no están dentro de los límites permitidos en el Perú (amoniaco, grasas y aceites, total de

sólidos en suspensión), y otros que si están dentro de los límites permitidos. Hay que

volver a recalcar que las empresas involucradas siempre se adecuan a las exigencias

ambientales de cada país.

61

4.7.2 Impacto ambiental en la zona de ubicación de la planta

Para una evaluación de impacto ambiental en una planta de esta naturaleza, vamos a seguir

tanto las normas nacionales como las internacionales. Tenemos el D.S. No. 051-93-EM.,

el Reglamento de Normas para la Refinación y Procesamiento de Hidrocarburos, cuya

finalidad según el artículo 4 de esta ley es:

a) Proteger al personal y las instalaciones.

b) Proteger el medio ambiente.

c) Conservar los recursos energéticos.

d) Asegurar una calidad satisfactoria de los productos vendidos al público.

Asimismo, este reglamento solicita:

1. Memoria descriptiva del proyecto, que contendrá:

a) Ubicación de la Obra.

b) Descripción de las unidades de procesamiento y de servicios proyectados,

naturaleza y origen de las materias primas, capacidad de procesamiento y producción,

naturaleza y destino de los productos y subproductos.

1. Planos relativos al proyecto, incluyendo diagramas de flujo de proceso, planos de

ubicación, arreglo de planta y de equipos, sistemas de contra incendio, principales

elevaciones, cortes y especificaciones de equipos, y toda información que permita

verificar en lo posible el cumplimiento de las normas y disposiciones dadas en este

Reglamento.

2. El programa propuesto para el diseño, construcción y puesta en funcionamiento.

3. Estudio de Impacto Ambiental (EIA), según las normas establecidas en el

4. Reglamento para la Protección Ambiental en las Actividades de Hidrocarburos.

62

V. ESTUDIO ECONOMICO FINANCIERO

Durante el presente capítulo, se hace una descripción detallada del Balance Económico

del proyecto, donde se evalúa la factibilidad económica del mismo.

La evaluación económica se basa en el costo total de los equipos de procesos transportados

a la futura planta industrial. Se emplearon índices utilizados por Peters, Timmerhaus y

Wet, en su texto “Diseño de Planta y Economía para Ingenieros Químicos”. Los índices

fueron modificados con criterio para nuestra realidad. Los cálculos detallados se muestran

en el Apéndice.

5.1 ESTIMACION DE INVERSION TOTAL

La inversión total es el capital necesario para la ejecución del proyecto y se estima en 48

496 750 dólares americanos.

La inversión total está constituida por el capital fijo total que asciende 46 924 080 dólares

americanos; y un capital de trabajo u operación estimada en 1 572 670 dólares

americanos.

5.1.1 CAPITAL FIJO TOTAL

- Costo fijo

El costo fijo es de 46 924 080 dólares americanos y está formado por la suma de los

costos directos y los costos indirectos de la planta.

5.1.1.1 Costo directo o físico

EL costo directo es 40 566 624 dólares americanos y está constituido por:

A. Costo total de equipo principal y auxiliar

B. Costo total del equipo de proceso instalado.

C. Costo total de tuberías y accesorios.

63

D. Costo total de instrumentación.

E. Costo de instalaciones eléctricas.

F. Costo de estructuras.

G. Costo de servicios.

H. Costo de terreno y mejoras.

A continuación detallamos los costos directos:

A. Costo de equipo principal y auxiliar de proceso

El costo CIF del equipo principal y auxiliar colocado en planta asciende a 30 273 600

dólares americanos. Con este valor y utilizando los índices de Peters, Timmerhaus &

Wet se obtuvo los distintos valores para calcular la inversión total del proyecto, que se

resume en la Tabla 6.1.

B. Costo de instalación de todos los equipos

Se considera el 10% del costo del equipo puesto en la planta, es decir: 3 027 360 dólares

americanos.

C. Tuberías y accesorios

La estimación de costos se realiza teniendo en cuenta dimensiones y material de

construcción, incluye el costo de compra y de instalación. Los módulos incluyen sus

conexiones. 4% del costo del equipo total. Llega a 1 210 944 dólares americanos.

64

D. Instrumentación y control

Este renglón ha sido estimado según los costos unitarios de los principales equipos a usar

en automatización de la planta. Se considera el 3% del costo de los equipos. El costo es


E. Instalaciones eléctricas

Se estima de acuerdo a las recomendaciones dadas por P&T., siendo el 3% del costo de

compra total del equipo, se obtuvo un valor de 908 208 dólares americanos.

F. Estructuras de la planta

El costo de estructuras incluye los costos de cimentación para el área de proceso a precios

locales. Se considera 3% del costo de equipo principal. El costo asciende a 908 208

dólares americanos.

G. Servicios

Incluye los gastos de instalaciones de agua, vapor, aire comprimido. Se considera el 9%

del costo del equipo. El costo es de 2 724 624 dólares americanos.

H. Terrenos y mejoras

El costo del terreno se ha estimado teniendo en cuenta el lugar y ubicación de la planta,

comprende los costos de: preparación del terreno, asfaltado, veredas, sardineles y cercado

de la planta. Se considera el 2% del costo de equipo principal. El costo considerado es de

solo 605 472 dólares americanos.

65

5.1.1.2 Costos indirectos

EL costo indirecto es 6 357 456 dólares americanos y está constituido por:

A. Costo de ingeniería y supervisión.

B. costo de la construcción

C. Costo de seguros e impuestos de la construcción

D. Comisión para contratistas.

E. Imprevistos.

A continuación detallamos los costos indirectos:

A. Ingeniería y supervisión

Se considera el 6% del costo total de la planta puesta en el Parque Industrial Praderas de

Lurín. El valor asciende a 1 816 416 dólares americanos.

B. Costo de la construcción

Se considera 8% del costo total de la planta. Asciende a 2 421 888 dólares americanos.

C. Costo de seguros e impuestos de la construcción

Se considera solo el 2% del costo del todo el equipo. Asciende a 605 472 dólares

americanos.

66

D. Comisión para contratistas

Este renglón considera el 3% del costo físico de la planta, que viene a ser 908 208 dólares

americanos.

E. Imprevisto

Se ha considerado 605 472 dólares americanos, con la finalidad de subsanar cualquier

eventualidad que demande el gasto y que no se haya considerado dentro del costo de

construcción de la planta. Se estima como el 2% del costo total de la planta.

5.1.1.3 Inversión de capital fijo

Es la suma de los costos directos totales y los costos indirectos totales, que viene a ser 46


5.1.2 CAPITAL DE PUESTA EN MARCHA O CAPITAL DE TRABAJO

Este renglón abarca los gastos efectuados para realizar pruebas y reajustes del equipo del

proceso antes de la operación comercial de la planta. Se calculó un capital de 1 572 670


Se considera que se va procesar en forma continua, 8 000 horas de operación al año.

a) Inventario de materia prima: se considera para un mes de operación. Alcanza la

suma de 340 170 dólares americanos

b) Inventario de materia en proceso: se considera un día de operación. En promedio

es 45 000 dólares americanos.

67

c) Inventario de producto en almacén: el producto se embarca

inmediatamente. El valor alcanzado es 312 500 dólares americanos

d) Cuentas por cobrar: equivale a un mes de ventas. Llega a 562 500


e) Disponibilidad en caja: sirve para pagar salarios, suministros e imprevistos. Se

considera un mes de producción. Asciende a 312 500 dólares americanos.

∴ LA INVERSION TOTAL: es la suma de capital fijo más el capital de trabajo, y

alcanza el valor de 48 496 750 dólares americanos.

68

Tabla 5.1

Plan Global de Inversiones

Nota. Adaptado de una fuente de los autores.

1. ACTIVOS FIJOS

$ 46 924 080

1.1.Costos directos

Costo de equipos en planta $ 30 273 600

$ 40 566 624

Costos de instalación de todo

el equipo

$ 3 027 360

Costo de instrumentación y

control

$ 908 208

Costo de tuberías y accesorios $ 1 210 944

Costo de sistema eléctrico $ 908 208

Costo de edificios $ 908 208

Costo de mejoras de terrenos $ 605 472

Costo de servicios $ 2 724 624

Total costos directos

1.2.Costos indirectos

Costos de ingeniería y

supervisión

$ 1 816 416

$ 6 357 456

Costo de la construcción $ 2 421 888

Costos de seguros e impuestos

a la construcción

$ 605 472

Costo de honorarios para los

contratistas

$ 908 208

Gastos imprevistos $ 605 472

Total costos indirectos

2. CAPITAL DE TRABAJO

$ 1 572 670

Inventario de materia prima $ 340 170

Inventario de materia prima en

proceso

$ 45 000

Inventario de producto en

almacén

$ 312 500

Cuentas por cobrar $ 562 500

Disponibilidad de caja $ 312 500

Total capital de trabajo

INVERSIÓN TOTAL DE PROYECTO

$48 496 750

69

5.1.3 ESTIMACIÓN DEL COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN

El costo total de fabricación está constituido por el costo de manufactura y los gastos

generales. El costo total anual es de 15 877 241 dólares americanos. El resumen de la

estima del costo de producción y del costo unitario se muestra en la Tabla 5.2

5.1.3.1 Costo de manufactura

Este renglón incluye:

A. Costo directo de manufactura.

B. Costos indirectos.

C. Costos fijos.

Detallamos a continuación cada costo:

A. Costo directo de manufactura

Constituido por los costos de materia prima, mano de obra, supervisión, mantenimiento y

reparación de la planta, suministros para las operaciones y servicios auxiliares. El costo

asciende a 9 711 839 dólares americanos.

- Materia prima

La materia prima utilizada para la producción de metanol incluye principalmente el gas

natural. También se usa catalizador de reformación y catalizador de síntesis. Para la

capacidad diseñada el costo total asciende a 8 164 089 dólares americanos.

- Mano de obra

La operación de la planta requiere de 20 operarios por un turno a un sueldo de 300 dólares

americanos. Este número de operarios ha sido estimado por el método Wessel, el cual se

70

basa en el número de pasos principales del proceso, capacidad de producción y el grado

de automatización.

El costo de mano de obra por año asciende a 234 000 dólares americanos.

- Supervisión e ingeniería

En este renglón se considera todo el personal comprometido con la supervisión directa de

las operaciones de producción de las distintas instalaciones. Se considera el 20% del costo

de la mano de obra: el costo de supervisión e ingeniería es de 46 800 dólares americanos.

- Mantenimiento y reparaciones

Están comprendidos los gastos que se requieren para mantener la planta en óptimas

condiciones de operación, y se estima como el 2% del capital fijo que es 938 481 dólares

americanos.

- Auxiliares y servicios

Se considera los gastos por conceptos de lubricantes, pintura, materiales de limpieza, agua,

energía eléctrica, etc. para su estimación se ha considerado el 15% del costo anual de

mantenimiento, cuyo costo es de 140 772 dólares americanos.

- Costo de suministros de operación

Se considera el 20% del costo de mantenimiento o 0,5 al 1% de la inversión de capital

fijo. Cuyo costo es 187 696 dólares americanos.

71

B. Costos indirectos de fabricación

Comprende los gastos de laboratorio, cargas a la planilla y los gastos generales de la

planta. Asciende a 119 340 dólares americanos.

- Cargas a la planilla

Constituye todos los gastos por concepto de beneficios sociales. Se ha considerado como

el 21% de la suma de los Costos de mano de obra y supervisión. El costo asciende a 49

140 dólares americanos.

- Laboratorio

Comprende los costos de los ensayos de laboratorio para el control de las operaciones y

el control de calidad del producto, así como también las remuneraciones por supervisión.

Costo: 15% del costo de mano de obra. Asciende a 35 100 dólares americanos.

- Gastos generales de la planta

Lo conforman gastos destinados a satisfacer servicios, tales como: asistencia médica,

protección de la planta, limpieza, vigilancia, servicios recreacionales, etc.

Se ha estimado como el 15% del costo de mano de obra. Asciende a 35 100 dólares

americanos.

C. Costos fijos de fabricación

Los costos fijos son independientes del volumen de producción de la planta, están

formados por la depreciación, impuestos y los seguros. El total asciende a 5 630 889


72

- Depreciación

El capital sujeto a depreciación es el capital fijo total excluyendo el costo del terreno. Se

ha considerado el 10% del capital fijo. Asciende a 4 692 408 dólares americanos.

- Impuestos

El pago de impuestos a la propiedad para zonas poco pobladas se considera el 1% del

capital fijo total, 4 692 40 dólares americanos.

- Seguros

Se ha considerado el 0.5% del capital fijo total, 4 692 40 dólares americanos.

5.1.3.2 Gastos generales (VAI)

Comprende los gastos realizados por concepto de: administración, ventas y distribución,

investigación y desarrollo. El total asciende a 415 172 dólares americanos.

a. Administración

Comprende los gastos por derecho de salarios de funcionarios, contadores, secretarias, así

como los gastos de gerencia de actividades administrativas. Se estima como el 10% del

costo de la mano de obra, supervisión y mantenimiento. Asciende a 121 928 dólares

americanos.

73

b. Ventas y distribución

Incluye los costos por derecho de publicidad para la venta del producto, así como los

gastos para la distribución. La venta se hace directa a la empresa que importará el

producto. Se estima como el 5% del costo fijo de fabricación. Asciende a 281 544 dólares

americanos.

c. Investigación y desarrollo

Este renglón está encaminado a mejorar la calidad, proceso y en general para abaratar los

costos de producción. Se estima como el 5% de la mano de obra, 11 700 dólares

americanos.

∴ COSTO TOTAL DE FABRICACIÓN

Es igual a la suma del costo de fabricación y los gastos generales (VAI).

Asciende a 15 877 241dólares americanos.

5.1.3 COSTO UNITARIO

Trabajando 8 000 horas al año a un ritmo de 7 500 kg/h la producción anual sería de 60

000 000 kilogramos, por lo tanto el costo unitario es de 0,2646 dólares americanos/kg.

74

Tabla 5.2

Costo de Manufactura y Costo Unitario


1. COSTOS DE MANUFACTURA $ 15 462

068

1.1.COSTOS DIRECTOS DE MANUFACTURA

Costos de materia prima $ 8 164 089

$9 711 839

Costo de mano de obra $ 234 000

Costo de supervisión e ingeniería $ 46 800

Costo de mantenimiento y reparación $ 938 481

Costo de auxiliares y servicios $ 140 772

Costo de suministros de operación $ 187 696

TOTAL COSTOS DIRECTOS

1.2.COSTOS INDIRECTOS DE MANUFACTURA

$119 340

Costos de planillas $49 140

Costo de laboratorio $35 100

Costos generales de planta $35 100

TOTAL COSTOS INDIRECTOS

1.3.COSTOS FIJOS DE MANUFACTURA

$5 630 889

Depreciación $4 692 408

Impuestos $4 692 40

Seguros $4 692 40

TOTAL DE COSTOS FIJOS

1.4.GASTOS GENERALES

$415 172

Administración $121 928

Ventas $281 544

Estudios y proyectos $11 700

TOTAL GASTOS GENERALES

COSTO TOTAL DE MANUFACTURA $15 877 241

2. COSTO UNITARIO

Producción: 60 000 000 kg/año.

$0,2646 dólares

americanos/kg

75

5.1.5 BALANCE ECONÓMICO Y RENTABILIDAD

En el análisis de la rentabilidad del proyecto se considera el precio de venta puesto en la

fábrica de 0,57 dólares por kg.

5.1.5.1 Análisis de estado de pérdidas y ganancias

- Precio de venta por unidad

Se considera un precio de venta de 0,57 dólares americanos/kg

- Ingreso de ventas anuales

Es el producto del precio de venta por el volumen de producción anual. Se considera un

ingreso de ventas de 34 200 000 dólares americanos.

- Costo de fabricación

Se considera un costo de fabricación de 15 877 241 dólares americanos.

- Utilidad bruta

La diferencia entre los ingresos por ventas y total de fabricación. Se considera en 18 322

758 dólares americanos.

- Impuesto a la renta

Se considera el 30% de la utilidad neta. Asciende a 4 228 328 dólares americanos.

76

- Utilidad neta

Es la utilidad bruta menos los impuestos a la renta. Se considera en 14 094 429 dólares

americanos

5.2 ANÁLISIS ECONÓMICO

5.2.1 RETORNO SOBRE LA INVERSION

- Antes del Impuesto

Se expresa como la relación porcentual entre las utilidades antes de impuestos y de

inversión total.

El retorno sobre la inversión antes de los impuestos obtenidos es de 36,22%, lo que

demuestra la factibilidad económica del proyecto.

- Después del Impuesto.

Se expresa como la relación porcentual entre las utilidades después de impuestos y de

inversión total.

El retorno sobre la inversión después de impuestos obtenidos es de 26,55%, lo que

demuestra nuevamente la factibilidad económica del proyecto (Ver Apéndice).

5.2.2 TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN

Es el tiempo expresado en años, en que se recupera la inversión de capital fijo, operando

8000 horas por año.

El tiempo de repago antes de impuestos es de 2,11 años y después de impuestos es de 2,58

años.

77

5.2.3 PUNTO DE EQUILIBRIO

Es el nivel de producción, en el cual no se obtiene ni pérdidas ni ganancias. Según los

cálculos realizados el punto de equilibrio es 25,18% de la capacidad total de la planta.

Tabla 5.3

Estado de Pérdidas y Ganancias


Ingreso neto de ventas anuales= Producción anual * Precio de venta unitario

Utilidad Bruta= Ingreso Neto de Ventas Anuales – Costo Total de Fabricación

Utilidad Neta= Utilidad Bruta – Impuesto a la Renta.

Tabla 5.4

Análisis Económico

Nota. Adaptado de una fuente de los autores.

Producción anual 60 000 000 kg

Precio de venta por unidad 0,57 $/kg

Ingreso de ventas anuales 34 200 000 $

Costo total de fabricación (producción) 15 877 241 $

Utilidad bruta 18 322 758 $

Impuesto a la renta (30%) 4 228 328 $

Utilidad neta 14 094 429 $

VALORES CALCULADOS VALOR ACEPTABLE

a. Retorno sobre la Inversión antes del pago de

impuestos 36,22 % > 35 %

b. Retorno sobre la Inversión después del pago de

impuestos 26,55% > 12 %

c. Tiempo de recuperación del dinero antes de

impuestos 2,11 < 5 años

d. Tiempo de recuperación del dinero después de

impuesto 2,58 < 5 años

e. Punto de equilibrio 25,18% < 50%

78

VI. CONCLUSIONES

Al finalizar este proyecto se concluye que es rentable y el retorno sobre la inversión

es de 26,55% después de impuestos; lo que conlleva a asegurar que es factible de instalar

una planta de producción de metanol a partir de gas natural. El análisis se realizó con un

precio de 0,57 dólares americanos el kg.

Que existe un mercado asegurado para el consumo del producto, puesto que la

necesidad de metanol en el mercado nacional para el 2026 llegaria a 100 000 toneladas.

La capacidad instalada será de 60 000 000 kg por año de metanol, lo que operando

en forma continua 8 000 horas al año representa una producción de 7 500 kg/h.

Que técnicamente es factible y se ha empleado la tecnología de reformación con

vapor para producir el gas de síntesis con una relación molar de hidrogeno a monóxido de

carbono de 4:1

La factibilidad económica de la planta se interpreta con los siguientes

indicadores:

▪ La inversión total para la instalación de la planta de metanol asciende a 48 496 750

de dólares americanos.

▪ Tiempo de recuperación de la inversión 2,58 años

▪ La tasa de retorno sobre la inversión es de 26,55 %

▪ El costo por toneladas de metanol asciende a 0,2646 dólares americanos.

▪ El precio de venta por toneladas se consideró 0,57 dólares americanos.

▪ La planta estará al cuidado del medio ambiente teniendo cuidado de tratar todos

los efluentes líquidos que salgan de la planta.

79

VII. RECOMENDACIONES

Se recomienda instalar la planta de metanol para abastecer el mercado nacional

de biodiesel.

Se recomienda cumplir con las recomendaciones de operación para no producir

impacto negativo sobre el medio ambiente.

Se recomienda seguir optimizando el proceso para obtener menos consumo de

energía y mejorar los rendimientos.

80

VIII. BIBLIOGRAFIA

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5. IBARRA VASQUEZ, G.M.(2010). Simulación del proceso de obtención de metanol

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Biodiésel. Programa Hemisférico en Agroenergía y Biocombustibles - Instituto

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12. NARANJO, RUIZ MAURICIO.(2003). Obtención de metanol mediante zeolitas

modificadas. Tesis pre-grado. Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales.

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14. OLAH, G.A.(2005). Beyond oil and gas: the methanol economy. Angew. Chem. Ing.

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16. Productores de Metanol América Latina.(2013) Recuperado de una fuente de la página

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82

19. RODRIGUEZ, R. & URIBE, E.M.(2014). Obtención de metanol, Propiedades y usos.

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23. YPF. (2016). Metanol. Químicos- Alcoholes. Ficha técnica N° 555800.

83

IX. APÉNDICE A

A.1 DISEÑO DE EQUIPOS

A.1.1 DISEÑO DELTANQUE DE ALMACENAMIENTO DE GAS NATURAL

- Función: almacenar gas natural comprimido

- Flujo másico: 4205,118 kg/hr

- Flujo molar: 249,8541 kmol/hr

- Temperatura: 38°C

- Presión: 568,934 psi

Considerando que el gas natural tiene 95% mol metano se trabajará con las propiedades

de este:

Tc: 190,53 K

Pc: 45,980 bar

- Volumen molar ideal: 0.66 m3/kmol

- Volumen molar real: 0,609 m3/kmol

- Flujo volumétrico: 249,8541 x 0,61 = 152,41 m3/hr

- Por la cercanía al abastecimiento de gas natural a través de gas se va considerar

sólo almacenamiento para dos horas: 152,41 x 2 = 304,82 m3

- Por seguridad se va considerar dos tanques de 160 m3.

- Para el dimensionamiento y características se ha considerado el tanque de 160 m3

de la regasificadora de gas natural licuado de la Planta de Regasificación Quintero – Chile

(Consorcio ITANSUCA –FREYRE & ASOCIADOS, 2010).

- Está formado por dos tanques:

Tanque interior: deposito cilíndrico, en acero con un 9% de níquel

78 m de diámetro, 34 m de altura

Tanque exterior: es cilíndrico fabricado en hormigón con armado pretensado.

87 m de diámetro, 41,8 m de altura

84

Figura A1 Estructura del tanque de almacenamiento de gas natural

A.1.2 DISEÑO DE LA CALDERA DE VAPOR

- Función: preparar vapor saturado de 370°C

- Potencia diseño: 380 BHP

- Temperatura de entrada: 332,86 °C

- Temperatura de salida: 370 °C

- Presión: 186 psia

- Eficiencia del caldero: 75%

- Según balance de energía – CHEMCAD:

Se requiere 0,968624 MMBtu/hr = 380.684 HP = 283,36 Kw

- Flujo de vapor: 12798,3 kg/hr

- Utilizando el manual de fabricante ICI, con capacidades calculadas con agua de

entrada de 80°C.

- En este caso particular ingresa vapor de 332,86°C y se requiere calentarlo hasta

370°C. Entonces se escogerá un modelo intermedio que abastezca el calor necesario

(modelo AX 300) de 300 kW como el que soporte el flujo de vapor de entrada como el

85

modelo AX 2500 que con agua de 80°C tiene una capacidad de 4 270 kg/hr. Por tanto se

escoge el modelo AX 2500 del fabricante ICI.

Tabla A1

Capacidad en kg de los modelos de calderas de vapor

Nota. Adaptado de una fuente http://www .milton. se/gfx/brugerupload /documents

/instruktion/ici /instruktion-ici-ax-en.pdf

A.1.3 DISEÑO DEL REACTOR DE REFORMACION CATALITICA

- Tipo: lecho fijo

- Flujo másico en la entrada: 17003,42 kg/hr = 4,72 kg/s

- Temperatura de entrada: 600°C

- Presión de entrada: 298 psi

- Flujo molar: 960,279 kmol/hr

Se considera para abreviar 25% de vapor de agua y 75% de metano, entonces:

Tc: 0,75 x 190,53 + 0,25 x 647,10 = 209,41 K

Pc: 0,75 x 45,98 + 0,25 x 220,64 = 89,645 bar ; Pc: 45,980 bar

86

- Volumen especifico ideal: 3,533 litros/mol

- Volumen especifico real (van der Waals): 3,538 m3/kmol

- Flujo volumétrico: 960,379 kmol/hr x 3,538 m3/kmol = 3397,82 m3/hr

-

Datos para el diseño del reactor: Halabi y colabores, 2008.

- Longitud de reactor: 8 m

- Densidad del catalizador: 1870 kg/m3

- Velocidad de flujo másico: 0,65 kg/m2.s

- Fracción de espacio vacío en el reactor: 0,40

- Área requerida: 4,72/0,65 = 7,26 m2

- Asumiendo tubería de 3 pulgadas de diámetro interior:

Área disponible de un tubo: 7,068 pulg2 = 0,00456 m2

Número de tubos necesarios: 1592,1

Se va a considerar 1600 tubos

Volumen de tubería: 7,26 x 8 = 58,08 m3

Volumen de catalizador: 58,08 x 0,6 = 34,85 m3

Peso de catalizador: 34,85 x 1870 = 65 169,5 kg

Catalizador: níquel, cantidad 65 159,5 kg

A.1.4 DISEÑO DEL REACTOR DE SISNTESIS DE METANOL

Dato para el diseño:

- GHSV : 10000 h-1

Fuente. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263876214001324)

- Flujo másico: 24290,47 kg/hr

- Flujo volumétrico (estándar): 1461921.88 pie3/hr – CHEMCAD

- GHSV = flujo volumétrico/volumen de reactor

- Volumen de reactor: 1461921,88 /10000 = 146,192 pie3 = 4,1397 m3

87

Fuente. Volumen vacío: 0,40, Elkamel y colaboradores, 2009.

- Longitud de tubo: 7,022 m – Elkamel y colaboradores, 2009.

- Densidad de catalizador: 1132 kg/m3 – Elkamel y colaboradores, 2009

- Volumen total de reactor: 4,1397/0.40 = 10,35 m3

- Considerando tubería de 2 pulgadas:

- Área de cada tubería: 3,1416 pulg2= 0,002026 m2

- Volumen de cada tubo: 0,002026 x 7,022 = 0,014 m3

- Tubos requeridos: 10,35/0,014 = 739 tubos

Se va a considerar 740 tubos.

Empleando formula de Perry &Chilton, 11-43

C = 0,75 (D/d) − 36; where D = Bundle O.D. d = Tube O.D.

Range of accuracy: −24 ≤ C ≤ 24.

1 Tube Pass: Nt = 1298,000+74,86C + 1,283C2 –0,0078C3 –0,0006C4 (11-74a)

Para 740 tubos, se calcula C = - 8,806

Despejando diámetro de casco: 72,52 pulg, Se considera un casco de 6,25 pies

A.1.5 DISEÑO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR (3)

Overall Data:

Area Total ft2 4 123.34 % Excess 71.34

Area required ft2 2 338.75 U Calc. Btu/hr-ft2-F 25.72

Area Effective ft2 4 007.26 U Service Btu/hr-ft2-F 15.01

Area Per Shell ft2 4007.26 Heat Duty MMBtu/h 1.29E+001

Weight LMTD C 118.81 LMTD CORR Factor 1.0000 CORR LMTD C 118.81

Baffle Parameters:

Number of Baffles 3

Baffle Type Single Segmental

Inlet Space ft 3.849

Center Space ft 0.800

Outlet Space ft 3.849

Baffle Cut percent 15.000

Baffle Overlap ft 0.125

88

Baffle Cut Direction Horizontal

Baffle Cut Basis Diameter

Number of Int. Baffles 0

Baffle Thickness ft 0.011

Shell:

Shell O.D. ft 4.08 Orientation H

Shell I.D. ft 4.00 Shell in Series 1

Bonnet I.D. ft 4.00 Shell in Parallel 1

Type AEL Max. Heat Flux Btu/ft2-hr 0.00

Imping. Plate Impingement Plate Sealing Strip 5

Tubes:

Number 2100 Tube Type Bare

Length ft 10.00 Free Int. Fl Area ft2 0.00

Tube O.D. ft 0.063 Fin Efficiency 0.000

Tube I.D. ft 0.052 Tube Pattern TRI60

Tube Wall Thk. ft 0.005 Tube Pitch ft 0.078

No. Tube Pass 1

Inner Roughness ft 0.0000052


Overall Data:

Area Total ft2 117762.50 % Excess 10.77

Area Required ft2 104429.48 U Calc. Btu/hr-ft2-F 7.48

Area Effective ft2 115672.22 U Service Btu/hr-ft2-F 6.75



Shellside Data: Avg. SS Vel. ft/sec 0.34

Film Coef. Btu/hr-ft2-F 1385.18 Reynold's No. 0

Allow Press. Drop psi 3.00 Calc. Press. Drop psi 1.11

Inlet Nozzle Size ft 0.09 Press. Drop/In Nozzle psi 0.33

Outlet Nozzle Size ft 0.26 Press. Drop/Out Nozzle psi 0.17

Mean Temperature C 183.11

Rho V2 IN kg/ft-sec2 592.97 Press. Drop (Dirty) psi 1.90

Tube side Data:

89





Interm. Nozzle Size ft 0.00 Mean Temperature C 182.39

Velocity ft/sec 0.20 Mean Metal Temperature C 168.07

Baffle Parameters:

Number of Baffles 10







Baffle Cut Direction Horizontal




Shell:






Tubes:






No. Tube Pass 1


90


Overall Data:






Shellside Data:

Avg. SS Vel. ft/sec 1.92





Mean Temperature C 202.96

Rho V2 IN kg/ft-sec2 652.36 Press. Drop (Dirty) psi 0.62

Tube side Data:





Interm. Nozzle Size ft 0.00 Mean Temperature C 170.22

Velocity ft/sec 1.17 Mean Metal Temperature C 177.32

Baffle Parameters:








Baffle Cut Direction Vertical




91

Shell:






Tubes:






No. Tube Pass 1



Overall Data:




Area Per Shell t2 18406.55 Heat Duty MMBtu/h 5.78E+000


Baffle Parameters:












92

Shell:






Tubes:






No. Tube Pass 1



Overall Data:




Area Per Shell ft2 264.37 Heat Duty MMBtu/h 2.75E-001


Baffle Parameters:

Number of Baffles 4











93

Shell:




Type DEL Max. Heat Flux Btu/ft2-hr 0.00


Tubes:






No. Tube Pass 1


A.1.10 DISEÑO DEL SEPARADOR FLASH

CHEMCAD 6.1.3

Page 1 Job Name: reformador catalitico-C-U-2 Date: 08/13/2017 Time: 12:30:40

Preliminary Vertical Vessel Sizing for Unit # 13

Loadings and Properties

Vapor Liquid

Flowrate 979.6141 kg/h 15999.4662 kg/h

Flowrate 8918.3096 ft3/hr 637.0108 ft3/hr

Density 0.2422 lb/ft3 55.3724 lb/ft3

K constant 0.1435 ft/sec

Min disengaging height 4.0000 ft

Min liq to inlet height 1.5000 ft

Mist eliminator 0.5000 ft

Design pressure 444.1200 psia

Allowable stress 15015.0000 psia

Shell joint efficiency 1.0000

Head joint efficiency 1.0000

Head type Ellipsoidal

Corrosion allowance 0.0104 ft

Vessel density 489.0240 lb/ft3

Weight percent allowance 20.0000

94

Inside diameter ID 3.5000 ft

V_max 2.1653 ft/sec

Surge time 1.0000 min.

Retention time 5.0000 min.

High liquid level HLL 6.6210 ft

Normal liquid level NLL 5.5175 ft

Length 12.6210 ft

Length / Diameter ratio 3.6060

Shell thickness 0.0729 ft

Head thickness 0.0625 ft

Shell weight 2291.3285 kg

Head weight 513.1269 kg

Total weight (empty) 2804.4553 kg

Total vessel volume 132.6525 ft3

Total weight (full) 6136.2179 kg

Total weight (full) w/allow. 6697.1088 kg

A.1.11 DISEÑO DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN

CHEMCAD 6.1.3 Page 1

Job Name: reformador catalitico-C-U-2 - copia Date: 08/13/2017 Time: 13:37:42

Towr Rigorous Distillation Summary

Equip. No. 14

Name

No. of stages 23

1st feed stage 13

Cond pressure drop 2.0000

(psi)

Colm pressure drop 3.0000

(psi)

Condenser mode 12

Condenser spec. 0.9980

Cond. comp i 9

Reboiler mode 12

Reboiler spec. 1.0000e-004

Reboiler comp i 9

Initial flag 6

95

Calc cond duty -91.3507

(MMBtu/h)

Calc rebr duty 102.6592

(MMBtu/h)

Est. Dist. rate 234.2619

(kmol/h)

Est. Reflux rate 3.0454

(kmol/h)

Est. T top C -58.0333

Est. T bottom C 225.9671

Est. T 2 C 177.2961

Column diameter ft 4.5000

Tray space ft 2.0000

Thickness (top) ft 0.1406

Thickness (bot) ft 0.1406

No of sections 1

Calc Reflux ratio 14.6343

Calc Reflux mole 3434.8354

(kmol/h)

Calc Reflux mass kg/h 109958.3281

No of passes (S1) 1

Weir side width ft 1.3333

Weir height ft 0.1667

System factor 1.0000

Optimization flag 1

A.1.11 DISEÑO DEL TANQUE DE ALAMACENAMIENO

CHEMCAD 6.1.3

Producción diaria: 180 ton/día

Almacenamiento por dos días: 360 ton x 2 días = 360000 kg

Densidad del metanol: 791,2 kg/m3

Volumen de trabajo: 360000/791,2 = 455.00 m3

Considerando un exceso de 30% de espacio libre

Volumen de almacenamiento: 1,3 x 455 = 591,5 m3

Considerando 8 tanques: 591,5/8 = 73,93 m3

Se va a considerar 8 tanques de 75 m3

96

Considerando Diámetro: 3 m

Altura: (75x4)/ (3.1416x32) = 11 m

Tapa cónica, con una inclinación de 20° respecto a la horizontal

Fondo plano

Volumen de la tapa cónica:

Hcono = r.sen 20° = 1,5 x sen 20° = 0,513 m

Vcono = (3.1416 x D2 x Hcono) /12 = 1,208 m3

Volumen total del tanque: 75 + 1,208 = 76,208 m3

Según norma ASME para líquidos inflamables y combustibles se utilizara acero

inoxidable AISI 240-316L, resistente a la corrosión.

ESPESOR DEL TANQUE

Temperatura de operación: 20°C

Temperatura de diseño: 40°C

El tanque estará equipado con un sistema que evita la penetración de chispas o

llamas (apagallamas, cierre hidráulico, inertizacion garantizada siempre).

Presión de diseño:

Presión de operación: 1,0132 bares

Presión de diseño: 1,0132 + 2 = 3,0132 bar

Espesor de la chapa:

97

Donde:

P es la presión interna de diseño bar, (3,0132 bar).

R es el radio interno en mm, (3 5,1 10 − ⋅ mm).

S es el límite elástico, (917bar).

E es el factor de soldadura=0,85 (radiografiado parcial).

C1 es la tolerancia a la corrosión (1 mm)

C2 es la tolerancia a la soldadura=0 t es el grosor de la pared en mm.

Se obtiene un espesor de 6,223 mm

Sumando 1 mm por factor de corrosión

Sumando 10% del espesor por tolerancia de fabricación

Espesor recomendado: 8 mm.

98

APENDICE B

B.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA

B.1.1COSTO DE EQUIPOS DE PROCESO

Los costos están actualizados para el l2016 respecto a precios del 2014:

índice de M & S, 2014:

Se detalla los costos de compra de los equipos de proceso, que llega a 29 680 000 de

dólares americanos:

B.2 INVERSION TOTAL

A) DETERMINACIÓN DE COSTOS DIRECTOS TOTALES

- Costo CIF de los equipos: considerando que los tanques de almacenamiento de

gas natural y de metanol; y otros equipos se construirán en la misma planta se va a

considerar solo un 10% adicional.

CIFTotal= 29 680 000 dólares americanos

Costo de entrega: 0,02% del precio CIF

Cntrega= 0,02 x CIFTotal

Cntrega= 593 600

Costo de equipo en la planta: es el costo CIF total y el costo de entrega

EquiPlant= CIFTotal + Cntrega

EquiPlant= 29 680 000 + 593 600= 30 273 600 dólares americanos.

- Costo de instalación de los equipos: se va considerar 10% del costo de los

equipos colocados en la planta:

30 273 600 × 0,10 = 3 027 360 dólares americanos.

99

- Costo de instrumentación y control: incluye los equipos instalados. Teniendo en

cuenta que algunos equipos traen su propio sistema de control, se considera solo un 3%

del costo de los equipos:

30 273 600 × 0,03 = 908 208 dólares americanos.

- Costo de tubería y accesorios: las conexiones serán mínimas, debido a que los

sistemas son modulares. Se considera solo el 4% del costo de los equipos.

30 273 600 × 0,04 = 1 210 944 dólares americanos.

- Costo de sistema eléctrico: incluye el costo del transformador de alta tensión a

baja tensión (380 y 440 V). Se considera el 3% del costo de los equipos.

30 273 600× 0,03 = 908 208 dólares americanos.

- Costo de edificios: incluye algunos servicios como baños, comedor, y otros. Se

considera 3% del costo del equipo.

30 273 600× 0,03 = 908 208 dólares americanos.

- Costo de mejoras de terrenos: incluye construcción de vías de acceso tanto

peatonal como vehicular. Se considera 2% del costo de equipo principal.

30 273 600 x 0,02 = 605 472 dólares americanos.

- Costo de servicios: incluye aire comprimido para control, servicio de vapor,

servicio de agua. Se considera 9% del costo del equipo.

30 273 600 x 0,09 = 2 724 624 dólares americanos.

COSTOS DIRECTOS TOTALES: es la suma de los costos de instalación,

instrumentación y control, tubería y accesorios, instalaciones eléctricas, edificios, mejoras

de terrenos y servicios:

100

CDT = Equipo en la planta + costo de instrumentación + costo de tubería + costo de

sistema eléctrico + costo de edificios + costo mejoras de terreno + costo de servicios.

CDT: 40 566 624 dólares americanos.

B) DETERMINACIÓN DE COSTOS INDIRECTOS

- Costo de ingeniería y supervisión: incluye el expediente técnico y la supervisión

de la construcción. Se hará con profesionales peruanos. Se considera 6% del costo de los

equipos.


- Costo de la construcción: para las bases de los equipos, y otros. Se considera 8%

del costo de los equipos.


- Costos de seguros e impuestos de la construcción: se considera el 2% del costo

de los equipos.


- Costo de honorarios para contratistas: para la realidad peruana se considera sólo

3% del costo de los equipos:


- Gastos imprevistos: la provisión que hay que hacer para algún gasto como un

accidente. Se considera 2% del costo de los equipos.


101

COSTOS INDIRECTOS TOTALES: es la suma de costo de ingeniería y supervisión,

costo de la construcción, costo de seguro e impuestos a la construcción, costo de

honorarios para contratistas y gastos imprevistos:

CIT= costo de ingeniería + costo de construcción + costos de seguros +costo de

honorarios + gastos imprevistos.

CIT = 6 357 456 dólares americanos.

C) CAPITAL FIJO:

Es la suma de los costos directos totales y los costos indirectos totales:

ICF: CDT + CIT = 46 924 080 dólares americanos.

D) DETERMINACION DE CAPITAL DE TRABAJO

Operación continua: 8000 horas por año.

- Inventario de materia prima: se considera para un mes de materia prima a los

precios puesto en planta.

Inventario de gas natural : 140 170 dólares americanos

Inventario de catalizador reformación: 100 000 dólares americanos

Inventario de catalizador de síntesis : 100 000 dólares americanos

Total inventario materia prima : 340 170 dólares americanos

Materia prima Flujo (kg/hr) Precio, Dólar/kg

Gas Natural 4 205, 1118 0,1

Catalizador reformación 0,25 1 200

Catalizador de síntesis 0,20 1 500

102

- Inventario de materia prima en proceso: se considera un día del costo total de

producción:

Producto: 7 500 kg/hr.

Costo del producto: 0,25 dólares americanos/kg (Costo aproximado).

InvMPProc= Producto x 24hr x CostoProd

InvMPProc= 7 500 × 24 × 0,25

InvMPProc= 45 000 dólares americanos.

- Inventario de producto en almacén: se considera el costo de manufactura para

una semana de producción:

InvProAlm= 8000/12,4hr x Producto x Costo Producto

InvProAlm= 312 500 dólares americanos

- Cuentas por cobrar: equivalente a un mes de ventas.

Precio de venta aproximado: 0.45 dóla

CuentaC= 8000

12.4 hr x Producto x Precio venta

CuentaC= 562 500 dólares americanos

- Disponibilidad en caja: costo de un mes de producción. Sirve para pagar salarios,

suministros e imprevistos.

DispCaja= 8000

12.4 hr x Producto x Costo Producto

DispCaja= 312 500 dólares americanos

TOTAL DE CAPITAL DE TRABAJO: Suma de inventario de materia prima en

proceso, inventario de producto en almacén, cuentas por cobrar y disponibilidad en caja.

CapTra= InvMP + InvMPProc + CuentaC + DispCaja

Capital de trabajo: 1 572 670 dólares.

103

E) INVERSION TOTAL

Suma de inversión de capital fijo y capital de trabajo:

INVT= ICF + CapTrab

INVT= 46 924 080 + 1 572 670

INVT= 48 496 750 dólares americanos.

B.3 COSTO DE MANUFACTURA (COSTO TOTAL DEL PRODUCTO)

a) COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION

❖ Costo de Materia Prima: Es el costo para un año de producción a razón de 8000

horas de operación.

CostMatPri1= MatPrima1 x 8 000hr x Precio1= 3 364 089 dólares



CMP= CostMatPri1 + CostMatPri2 + CostMatPri3, CMP= 8 164 089 dólares americanos

❖ Costo de mano de obra: Dependen del número de personas por turno lo cual está

en relación con el grado de automatización de la planta. Se considera 20

trabajadores por un turno, 13 salarios, sueldo de 300 dólares americanos.

TrabTurno= 20

Mens= 300 dol

CMobra = 20 × 3 × 13 × Mens

CMobra = 234 000 dólares americanos.

104

❖ Costo de supervisión e ingeniería: 10% - 20% del costo de la mano de obra.

Csuping = 0,20 × CMobra

Csuping = 0,20 × 234 000

Csuping = 46 800 dólares americanos.

❖ Costo de mantenimiento y reparación: 2 - 10% del capital fijo total. Se va a

considerar 2%.

Cmant = 0,02 × ICF

Cmant = 0,02 x 46 924 080

Cmant = 938 481 dólares americanos.

❖ Costo de auxiliares y servicios: El 15% del costo de mantenimiento.

Caux = 0,15 × Cmant

Caux = 140 772 dólares americanos.

❖ Costo de suministros de operación: 20% del costo de mantenimiento.

Csum = 0,20 × Cmant

Csum = 187 696 dólares.

COSTO DIRECTO DE FABRICACIÓN

CDF = CMP + CMobra + Csuping + Cmant + Caux + Csum

CDF = 9 711 839 dólares americanos.

b) COSTOS INDIRECTOS DE FABRICACIÓN

❖ Cargas a planillas: 21% del costo de la mano de obra.

Cplan = 0,21 x CMobra

Cplan = 49 140 dólares americanos.

105

❖ Gastos de laboratorio: 15% del costo de mano de obra.

Clab = 0,15 x CMobra

Clab = 35 100 dólares americanos.

❖ Gastos generales de planta: 15% del costo de mano de obra.

Ggen = 0,15 x CMobra

Ggen = 35 100 dólares americanos.

COSTO INDIRECTO DE FABRICACION:

CIF = Cplan + Clab + Ggen

CIF = 119 340 dólares americanos.

c) COSTO FIJO DE FABRICACIÓN

❖ Depreciación: Se considera 10% del capital fijo.

Dep = 0,10 × ICF = 0,10 (46 924 080)

Dep = 4 692 408 dólares americanos.

❖ Impuestos: 1% del capital fijo total.

Imp = 0,01 × ICF

Imp = 4 692 40 dólares americanos.

❖ Seguros: 0.4 a 1% del capital fijo total.

Seg = 0,01 × ICF

Seg = 4 692 40 dólares americanos.

106

COSTOS FIJOS DE FABRICACIÓN

CFF = Dep + Imp + Seg

CFF = 5 630 889 dólares americanos.

d) COSTO DE MANUFACTURA (FABRICACIÓN)

Es la suma de los costos directos de fabricación, Costo indirecto de fabricación y el costo

fijo de fabricación.

CFab = CDF + CIF + CFF = 9 711 839 + 119 340 + 5 630 889

CFab = 15 462 069 dólares.

e) GASTOS GENERALES (GASTOS VAI)

❖ Ventas: gastos en oficinas de ventas, personal de ventas, propaganda, distribución.

Se considera solo el 5% del costo fijo de fabricación:

Vent: 0.05 × CFF = 281 544 dólares.

❖ Administración: salario de ejecutivos, planilla de oficinistas, suministros de

oficina, comunicaciones. Corresponde al 10% del costo de mano de obra, supervisión y

mantenimiento.

Adm= 0.10 × (CMobra + Csuping + Cmant)

Adm = 121 928 dólares americanos.

❖ Investigación y desarrollo: se considera el 5% del costo de mano de obra.

Inv: 0,05 × CMobra

Inv = 11 700 dólares americanos.

107

B.4 GASTOS GENERALES (VAI):

Es la suma de Ventas + Administración + Investigación y Desarrollo.

4 + 121 928 + 11 700 = 415 172 dólares americanos.

f) COSTO TOTAL DE FABRICACIÓN

Es la suma de los Costos de Fabricación y los Gastos Generales (VAI).

CTF = CFab + VAI = 15 462 069 + 415 172

CTF = 15 877 241 dólares americanos.

B.5 TOTAL DE UNIDADES PRODUCIDAS AL AÑO

ProdAnual = 7 500 kg/h x 8000 horas/año

ProdAnual = 60 000 000 kg/año

COSTO UNITARIO

odAnual

CTFCostUnit

Pr = 15 877 241/60 000 000

Costo Unitario = 0,2646 dólares americanos/kg.

B.5 ESTADO DE PÉRDIDAS Y GANANCIAS

❖ Producción Anual

ProdAnual =60 000 000 kg/año.

108

Precio de ventas por unidad (ex – fábrica)

Pventa = 0,57 dólares americanos/kg

❖ Ingreso de ventas anuales

Ing.ventas = ProdAnual x Pventa = 60 000 000 x 0,57

Ing.ventas = 34 200 000 dólares americanos.

❖ Costo total de fabricación (producción)

CTfabri = CFab

CTfabri = 15 877 241dólares americanos.

❖ Utilidad Bruta

La diferencia entre los ingresos por ventas y el costo Total de Fabricación.

Ubruta = Ingventas – CTfabri

Ubruta = 18 322 758 dólares americanos.

❖ Impuesto a la renta

Se considera el 30% de la utilidad neta

ImpRenta = Ubruta

1,3 x 0,30

ImpRenta = 4 228 328 dólares americanos.

❖ Utilidad Neta: Utilidad bruta menos los impuestos a la renta

Uneta = Ubruta – ImpRenta

Uneta = 14 094 429 dólares americanos.

109

B.6 ANALISIS ECONÓMICO

❖ Retorno sobre la inversión antes de impuestos:

P: Inversión total P= INVT

IV: Ingreso por ventas IV= Ubruta

VS: Depreciación VS= Dep

n: Periodo de recuperación de dinero, n= 10 años

ia= 1 (valor supuesto)

Aplicando la fórmula:

nn

n

ia)(1

VS

ia)ia.(1

1ia1IV.INVT

Find(ia) = 0,3622 RSia=36,22%

❖ Retorno sobre la inversión después de los impuestos

P: Inversión total P=INVT

IV: Ingreso por ventas IV1= Uneta

VS: Depreciacón VS=Dep

n: Periodo de recuperación de dinero n= 10 años

ia= 0,31 (valor supuesto)

Dado:

nn

n

ia)(1

VS

ia)ia.(1

1ia1.1INVT

IV

Find(ia) = 0,2655 ; RSid=26,55%

❖ Tiempo de recuperación del dinero antes de impuestos.

Se aplica la siguiente formula:

TRIa = INVT / (Ubruta + Dep) TRIa = 2,11 años.

110

❖ Tiempo de recuperación del dinero después de impuestos.

Se aplica la siguiente formula:

TRId=INVT/(Uneta+ Dep) TRId = 2,58 años

❖ Punto de Equilibrio: El punto de equilibrio ocurre cuando el costo de producto

total anual iguala a las ventas anuales totales. El costo total del producto es igual a la suma

de los costos fijos (Costos fijos de fabricación, costos indirectos de fabricación y VAI) y

los costos directos de fabricación para n unidades al año.

CDF = 9 711 839 dólares americanos

Costo unitario directo de fabricación

odAnual

CDFCUDF

Pr

)( CUDFPventa

VAICFFCIFabn

n= 15 106 244

100.ProdAnual

noPequilibri kg

Pequilibrio = 25,18% .

INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE METANOL …

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