Abstract:
A síntese de metanol a partir da hidrogenação do dióxido de carbono está encontrando aplicações
em diversas indústrias. Muitos estudos sobre a síntese de metanol têm sido desenvolvidos com o
objetivo de melhorar a adequação ambiental, focando na redução do dióxido de carbono. No
entanto, estudos nesta área frequentemente dependem de modelos cinéticos baseados em dados de
catalisadores ou resultados experimentais. No caso de estudos técnico-econômicos, o escopo
geralmente não inclui uma investigação dos modelos cinéticos. Além disso, são limitados os
estudos que comparam a analise técnico-econômicos dos modelos cinéticos.
O principal objetivo deste estudo foi realizar uma análise técnico-econômica da produção de
metanol a partir da hidrogenação de CO₂ utilizando diferentes modelos cinéticos. O projeto de
síntese de metanol foi conduzido no Aspen HYSYS V11, empregando a equação do estado de
Peng-Robinson, e os modos cinéticos VBF, Ref-Graaf, Graaf e Nestler em um reator de fluxo
tubular. A integração térmica e a análise econômica também foram realizadas utilizando o Aspen
Energy Analyzer e o Aspen Economic Evaluation.
Os diferentes desempenhos na conversão de CO₂ estão relacionados a parâmetros termodinâmicos.
Notavelmente, o modelo cinético de Nestler apresentou a maior conversão de carbono total
(76,71%), alta seletividade para metanol (55,81%) e 609,09 MW de calor recuperável, em
comparação com o modelo Ref-Graaf. Tanto os modelos Nestler quanto Ref-Graaf mostraram-se
viáveis do ponto de vista técnico-econômico, excluindo os custos de hidrogênio, com valores de
LCMeOH de 308,34 M$/ano para Nestler e 449,54 M$/ano para Ref-Graaf. Para o modelo de
Nestler, o custo da corrente de hidrogênio contribuiu com 24,30% do OPEX total, enquanto, para
Ref-Graaf, o custo do hidrogênio representou 45,4% do OPEX total.
Ao comparar o OPEX anual e o LCMeOH da planta de metanol desenvolvida usando diferentes
modelos cineticos, com e sem a corrente de hidrogênio, observou-se que a corrente de hidrogênio
impacta significativamente tanto o LCMeOH quanto o OPEX. Os modelos Ref-Graaf e Nestler,
sendo os modelos cinéticos mais recentes, demonstram potencial para uma produção sustentável
de metanol no futuro, devido ao seu alto rendimento de metanol, seletividade e viabilidade
econômica.
