DISEÑO Y ESTUDIO DE VIABILIDAD DE UNA PLANTA DE SÍNTESIS DE METANOL POR HIDROGENACIÓN DE CO2

Abstract

Este Trabajo de Fin de Grado aborda el diseño y el análisis técnico-económico de una planta para la producción de metanol mediante la hidrogenación de dióxido de carbono, con el objetivo de aprovechar emisiones capturadas y utilizando hidrógeno libre de emisiones. Esta aproximación se enmarca dentro del concepto ¿Power-to-Methanol¿, una de las rutas prometedoras para la transición hacia una economía baja en carbono. El metanol, producto objetivo del proceso, es un compuesto versátil con múltiples aplicaciones en los sectores químico y energético, y su producción sostenible representa una alternativa estratégica frente a los métodos convencionales basados en gas natural. Como dato de partida, se ha calculado la cantidad de hidrógeno diario que podría obtenerse a partir de un electrolizador alcalino que obtuviera su suministro eléctrico a partir de fuentes renovables. Así, se obtuvo que los caudales de entrada al proceso de síntesis de metanol serían de 229,167 kmol/h de H2 y 76,39 kmol/h de CO2. El proyecto plantea el proceso a partir de su simulación en Aspen Plus V12. Se ha llevado a cabo el diseño conceptual de los principales equipos implicados (reactor, columnas de separación, intercambiadores, compresores, etc.) y se han establecido condiciones de operación basadas en modelos cinéticos validados. Asimismo, se han discutido distintas configuraciones y tipos de reactor, de donde se concluyó que para este proyecto un reactor tubular adiabático era la alternativa más eficiente. También se consideró el proceso de separación y purificación de las corrientes obtenidas tras la reacción, centrado en una columna de rectificación de 31 etapas teóricas, con una relación de reflujo de 1,396. El sistema alcanzó una eficiencia global cercana al 89¿% en la síntesis de metanol, obteniendo como producto un caudal de 2.173,082 kg/h. Desde el punto de vista económico, se ha realizado una evaluación de la inversión inicial, los costes operativos y los ingresos potenciales según distintos escenarios de origen del hidrógeno (verde, rosa y azul). El estudio revela una alta sensibilidad del proceso al precio del hidrógeno, resultando económicamente rentable únicamente para el caso del hidrógeno azul, con una TIR del 16¿% y un VAN positivo, aunque para el hidrógeno rosa los resultados obtenidos fueron intermedios entre los otros dos casos estudiados, mostrando un potencial de rentabilidad en escenarios futuros. Por su parte, el escenario basado en hidrógeno verde resultó deficitario. Se incluye además la influencia de los créditos por reducción de emisiones de CO2 como elemento con impacto en esta clase de proyectos que contribuyen al desarrollo sostenible y la circularidad del dióxido de carbono. En conjunto, este trabajo demuestra la viabilidad técnica de la producción de metanol a partir de CO2 capturado y H2, si bien plantea retos económicos aún por superar. El modelo propuesto ofrece una base sólida para futuras optimizaciones y una referencia útil para el desarrollo de soluciones sostenibles en el sector químico y energético.