Modelado y simulación del proceso de producción de dimetil éter a partir de gas de síntesis

Abstract

El dimetil éter (DME) es una alternativa de interés en el contexto de la transición energética por sus buenas propiedades de combustión, elevado número de cetano, baja formación de partículas y posibilidad de obtenerse a partir de gas de síntesis renovable. En este Trabajo Fin de Máster se modela y simula la producción directa de DME a partir de syngas mediante AVEVA Process Simulation. El reactor se describe mediante una cinética Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW), basada en las formulaciones de Nie et al. y Shim et al., considerando la síntesis de metanol a partir de CO y CO₂, la deshidratación de metanol a DME y la reacción de desplazamiento de gas de agua. Para mejorar la coherencia termodinámica del modelo, las constantes de equilibrio se calcularon a partir de datos NIST/Shomate. El modelo del reactor fue validado frente a Luu et al. (2016), mediante un caso de velocidad espacial asumida y otro calibrado, reproduciendo adecuadamente la fracción molar de DME y la conversión de CO de referencia. Además, la comparación con un modelo independiente en Python de un reactor PFR mostró desviaciones reducidas respecto a AVEVA. Posteriormente, se simuló la planta completa, incluyendo compresión, acondicionamiento térmico, reactor, separación gas-líquido, reciclado, purgas y purificación final. El modelo mejorado, con etapas adicionales de separación, lavado con agua, expansión, flashes y destilación, permitió obtener una corriente final de 4831,1 kg/h con una fracción molar de DME del 77,45 %. Finalmente, el análisis de sensibilidad identificó las variables más influyentes del proceso, destacando la temperatura del reactor, la temperatura de salida de E3, la condensación de T1 y la presión de cabeza de T1.