Relatório - equipe 3

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
 
 
BRUNA RANDIG 
DANIELE DALMOLIN 
MARIA RITA DA SILVA 
MARIANA PEREIRA KASIN 
PAULO VITOR DE LIMA CARVALHO 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE METANOL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2020 
 
BRUNA RANDIG 
DANIELE DALMOLIN 
MARIA RITA DA SILVA 
MARIANA PEREIRA KASIN 
PAULO VITOR DE LIMA CARVALHO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRODUÇÃO DE METANOL 
 
 
Trabalho acadêmico apresentado como requisito 
parcial para aprovação na disciplina de Integração II do 
curso de graduação de Engenharia Química do Setor 
de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná. 
 
Orientador: Profº Dr. Vitor Renan da Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2020 
 
RESUMO 
 
O projeto apresentado trata-se de um estudo sobre a produção de metanol em 
escala industrial utilizando um gás de síntese como matéria-prima para formação de 
metanol a partir de um levantamento de dados acadêmicos e bibliográficos. O objetivo 
é descrever as etapas do processo, demonstrando os cálculos realizados dos balanços 
molar e mássico, volumes molares, entalpias e cargas térmicas, efetuados a partir de 
informações obtidas na literatura. A primeira parte do trabalho contempla a revisão de 
literatura, onde é realizado uma descrição do histórico do produto, suas aplicações, 
custos de produção e propriedades físico-químicas. Em seguida, são enumeradas as 
possíveis matérias-primas utilizadas para produção do gás de síntese e após metanol, 
justificando a escolha da rota mais adequada. Posteriormente é feito o memorial 
descritivo da planta. Na segunda parte do trabalho acontecem os cálculos dos 
balanços molar e mássico, baseados nas condições iniciais dadas e com o objetivo de 
produção de 10000,0 kg/h de metanol. Na terceira parte do projeto, são calculadas as 
vazões volumétricas das correntes e suas respectivas densidades, utilizando as 
equações preestabelecidas para obtenção destes dados. Em seguida, são efetuados 
os cálculos das entalpias das correntes e a realização do balanço de energia em 
equipamentos selecionados da planta. Por fim, foram elaboradas análises dos 
resultados obtidos para cada etapa do projeto levando em consideração os dados 
existentes na literatura para uma descrição íntegra do projeto apresentado. 
 
Palavras-chave: Produção. Metanol. Gás. Planta. Balanço de massa. Vazão. 
Entalpia. Balanço de energia. Análises. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
The project presented is a study about methanol production on an industrial 
scale using a syngas as feedstock to the manufacturing of the product, based on 
academic and bibliographic data collection. The objective is to describe the steps of the 
procedure, demonstrating the calculus from the molar and mass balances to the molar 
volumes, enthalpies, and heat transference, all based in information previously 
obtained in literature. The first part of the project concerns a review where a brief history 
of the product is done in addition to descriptions of its uses in society, production costs 
and physical-chemical properties. Afterwards, the possible feedstocks are enumerated 
to be used for the production of the syngas that is going to enter the process in the 
supply chain, then the choice of the most suitable route among them is made and 
justified. Following the last step is the process descriptive memorandum. In the second 
part, the material balance is made, based on the initial conditions given and aiming to 
produce 10000 kg/h of methanol. In the third part of the project, the volumetric flow and 
the density are calculated for each chain in the process, using pre-established 
equations to obtain all the data needed. The enthalpy is also calculated for each chain 
in the flowchart and the energy balance is done in the required equipments. At last, 
analyses from the obtained results are made for each step in the process, taking in 
consideration the existed data in literature for an integrated description of the presented 
project. 
 
Keywords: Production. Methanol. Gas. Process. Material balance. Flow. Enthalpy. 
Energy balance. Analyses. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTAS DE TABELAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
 
H – entalpia 
S – valor da análise estequiométrica do gás de síntese 
cP – centipoise 
∑ - somatório 
�̇� – vazão molar 
𝑣𝑖 – coeficiente estequiométrico do componente i na reação 
𝑥𝑖 – fração molar do componente i 
𝛾 – taxa de conversão da reação 
�̇� – vazão mássica 
𝑀𝑀 – massa molar 
P – pressão 
T – temperatura 
Z – fator de compressibilidade 
𝑇𝑟- temperatura reduzida 
𝑃𝐶 – pressão crítica 
𝑇𝑐 – temperatura crítica 
𝑍𝑐 – fator de compressibilidade crítico 
�̂� – volume molar 
�̇� – vazão volumétrica 
𝜌 – densidade 
𝜔 – fator acêntrico 
𝑃𝑖
𝑠𝑎𝑡 – pressão de saturação do componente i 
𝑦𝑖 – fração molar do componente i na fase gasosa 
𝑃𝑣 – pressão de vapor 
R – constante universal dos gases 
�̇� – carga térmica 
𝐶𝑝 – capacidade calorífica a pressão constante 
𝜇 - viscosidade 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................15 
2 REVISÃO DA LITERATURA ..........................................................................................................16 
2.1 REVISÃO HISTÓRICA .............................................................................................................16 
2.2 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES ...................................................................................17 
2.3 DADOS DE MERCADO ...........................................................................................................23 
2.3.1 Panorama mundial do mercado de metanol...................................................................23 
2.3.2 Panorama nacional do mercado de metanol ..................................................................25 
2.4 ROTAS DE PRODUÇÃO DE METANOL ................................................................................27 
2.4.1 Produção de gás de síntese ............................................................................................28 
2.4.1.1 Via Gás Natural........................................................................................................................ 28 
2.4.1.1.1 Reforma a Vapor ............................................................................................................. 28 
2.4.1.1.2 Oxidação Parcial do Metano ........................................................................................... 29 
2.4.1.1.3 Reforma a seca ............................................................................................................... 30 
2.4.1.1.4 Reforma Autotérmica ...................................................................................................... 30 
2.4.1.2. Preparação do gás de síntese ............................................................................................... 31 
2.4.1.2.1 Reforma dos hidrocarbonetos......................................................................................... 31 
2.4.1.2.2 Ajuste razão molar H2:CO:CO2 ....................................................................................... 32 
2.4.1.3 Via Carvão ............................................................................................................................... 32 
2.4.1.3.1 Preparação do gás de síntese ........................................................................................35 
2.4.1.3.2 Ajuste razão molar H2:CO:CO2 ....................................................................................... 36 
2.4.1.3.3 Retirada de gases ácidos ................................................................................................ 36 
2.4.1.4 Via Biomassa ........................................................................................................................... 36 
2.4.1.4.1 Pré-tratamento da matéria-prima.................................................................................... 37 
2.4.1.4.2 Preparação do gás de síntese ........................................................................................ 38 
2.4.1.5 Vias alternativas....................................................................................................................... 38 
2.4.1.5.1 Metanol a partir da hidrogenação catalítica do CO2 ...................................................... 38 
2.4.1.5.2 Gás de coqueria .............................................................................................................. 39 
2.4.1.5.3 Co-gaseificação ............................................................................................................... 39 
2.4.1.6 Outros métodos ....................................................................................................................... 39 
2.4.2 Síntese do metanol bruto .................................................................................................40 
2.4.3. Purificação do metanol....................................................................................................41 
2.5 ANÁLISE DAS ROTAS.............................................................................................................41 
3 PRODUÇÃO DE METANOL COM GÁS DE SÍNTESE OBTIDO A PARTIR DA BIOMASSA .43 
3.1 MEMORIAL DESCRITIVO DA PLANTA .................................................................................44 
3.1.1 Preparação do gás de síntese .........................................................................................44 
3.1.2 Síntese do metanol...........................................................................................................45 
 
3.1.3 Purificação do metanol .....................................................................................................45 
3.2 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DAS SUBSTÂNCIAS E COMPOSTOS 
ENVOLVIDOS NO PROCESSO ..............................................................................................................47 
4 MEMORIAL DESCRITIVO DO BALANÇO DE MASSA ..............................................................49 
4.1 SISTEMA DE PREPARAÇÃO (UP STREAM) ........................................................................49 
4.2 REATOR ...................................................................................................................................53 
4.3 VASO SEPARADOR 1 (VS-1) .................................................................................................55 
4.4 VASO SEPARADOR 2 (VS-2) .................................................................................................59 
4.5 DESTILADORA ........................................................................................................................61 
4.6 RESULTADOS BALANÇO DE MASSA ..................................................................................65 
4.7 RECICLO ..................................................................................................................................65 
5 MEMORIAL DESCRITIVO DO BALANÇO DE ENERGIA ..........................................................70 
5.1 PROPRIEDADES FÍSICAS .....................................................................................................70 
5.2 DETERMINAÇÃO DAS TEMPERATURAS DA DESTILADORA ..........................................70 
5.2.1 Temperatura da corrente de fundo (10) ..........................................................................72 
5.2.2 Temperatura da corrente de topo (T1)............................................................................72 
5.2.3 Temperatura da corrente T-2...........................................................................................73 
5.3 DETERMINAÇÃO DOS ESTADOS FÍSICOS DAS CORRENTES SELECIONADAS .........73 
5.3.1 Corrente 2 .........................................................................................................................74 
5.3.2 Corrente 2A .......................................................................................................................75 
5.3.3 Corrente 2B .......................................................................................................................76 
5.3.4 Corrente 3 .........................................................................................................................77 
5.3.5 Corrente 3A .......................................................................................................................77 
5.3.6 Corrente 3B .......................................................................................................................78 
5.3.7 Corrente 4 .........................................................................................................................79 
5.3.8 Corrente 5 .........................................................................................................................79 
5.3.9 Corrente 8 .........................................................................................................................79 
5.3.10 Corrente 10 .....................................................................................................................80 
5.3.11 Corrente T1 .....................................................................................................................81 
5.3.12 Corrente T2 .....................................................................................................................81 
5.3.13 Corrente 12 .....................................................................................................................82 
5.3.14 Corrente 13 .....................................................................................................................82 
5.3.15 Corrente 11 .....................................................................................................................82 
5.4 PROPRIEDADES VOLUMÉTRICAS ......................................................................................83 
5.4.1 Propriedades volumétricas das correntes gasosas .......................................................83 
5.4.2 Propriedades volumétricas das correntes líquidas ........................................................85 
5.4.3.1 Corrente 2 ................................................................................................................................ 86 
 
5.4.3.2 Corrente 2A .............................................................................................................................. 87 
5.4.3.3 Corrente 2B .............................................................................................................................. 88 
5.4.3.4 Corrente 3 ................................................................................................................................ 89 
5.4.3.5 Corrente 3A .............................................................................................................................. 90 
5.4.3.6 Corrente 3B .............................................................................................................................. 92 
5.4.3.7 Corrente 4 ................................................................................................................................ 93 
5.4.3.8 Corrente 5 ................................................................................................................................94 
5.4.3.9 Corrente 8 ................................................................................................................................ 95 
5.4.3.10 Corrente T1 ............................................................................................................................ 96 
5.4.3.11 Corrente T2 ............................................................................................................................ 97 
5.4.3.12 Corrente 10 ............................................................................................................................ 99 
5.4.3.13 Corrente 11 ............................................................................................................................ 99 
5.4.3.14 Corrente 12 .......................................................................................................................... 100 
5.4.3.15 Corrente 13 .......................................................................................................................... 101 
5.4.4 Resultados obtidos para as propriedades volumétricas .............................................. 102 
5.5 ENTALPIAS ............................................................................................................................ 102 
5.5.1 Variação de entalpia de gás ideal ................................................................................. 102 
5.5.2 Variação da entalpia de vaporização ............................................................................ 103 
5.5.3 Variação de entalpia de líquidos ................................................................................... 104 
5.5.4 Entalpia residual de gases ............................................................................................. 107 
5.5.5 Variação de entalpia de aquecimento de líquido ......................................................... 108 
5.5.6 Cálculo das variações de entalpias ............................................................................... 110 
5.5.6.1 Corrente 1 .............................................................................................................................. 110 
5.5.6.2 Corrente 2 .............................................................................................................................. 112 
5.5.6.3 Corrente 6A ............................................................................................................................ 115 
5.5.6.4 Corrente 3 .............................................................................................................................. 116 
5.5.6.5 Corrente 3A ............................................................................................................................ 120 
5.5.6.6 Corrente 3B ............................................................................................................................ 123 
5.5.6.7 Corrente 4 .............................................................................................................................. 126 
5.5.6.8 Corrente 5 .............................................................................................................................. 129 
5.5.6.9 Corrente 8 .............................................................................................................................. 132 
5.5.6.10 Corrente T1 .......................................................................................................................... 135 
5.5.6.11 Corrente T2 .......................................................................................................................... 137 
5.5.6.12 Corrente 12 .......................................................................................................................... 140 
5.5.6.13 Corrente 10 .......................................................................................................................... 141 
5.5.6.14 Corrente 11 .......................................................................................................................... 143 
5.5.6.15 Corrente 13 .......................................................................................................................... 144 
5.6.1 Ponto de mistura............................................................................................................. 146 
5.6.2 TC-1 ................................................................................................................................. 147 
5.5.3 Forno ............................................................................................................................... 148 
5.5.4 Reator .............................................................................................................................. 149 
 
5.5.5 TC-2 ................................................................................................................................. 152 
5.5.6 TC-4 ................................................................................................................................. 154 
5.5.7 TC-5 ................................................................................................................................. 156 
REFERÊNCIAS................................................................................................................................. 164 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 O metanol, também denominado álcool metílico é um composto orgânico 
de formula molecular CH3OH, sendo ele um dos mais importantes na indústria química, 
devido estar entre as matérias primas mais consumidas atualmente, em especial ao 
emprego como fonte de energia. Os principais usos da matéria-prima do metanol são 
relacionados a produção de: formaldeído, ácido acético, metil-terc-butil-éter (MTBE), 
eteno, propeno e hidrocarbonetos combustíveis. (NETO, 2009). 
O processo de produção de metanol em base é constituído por três etapas 
básicas: produção de gás de síntese, conversão do gás de síntese em metanol e 
purificação do produto (BROWN et al., 2001). Em termos de variáveis existentes no 
processo, estão relacionadas as questões operacionais da síntese de metanol, como 
a razão de reciclo que estipula a quantidade necessária de alimentação virgem do 
processo, as temperaturas das correntes de processo, que determinam a energia 
necessária para planta, e a pressão que implica nas mudanças de fase ocorridas. 
No Brasil utiliza-se aproximadamente 2500 toneladas por dia de metanol, seu 
consumo se dá principalmente para a produção de biodiesel, contudo, desde o ano de 
2016, devido à baixa disponibilidade das principais matérias primas para sua produção, 
em território nacional, que seriam o gás natural e o carvão, o metanol se tornou um 
produto totalmente importado, o que tem efeitos negativos sobre a economia do país 
(EPE, 2019). 
Tendo em vista que em âmbito nacional, destaca-se o crescente mercado de 
metanol para a produção de biodiesel, o objetivo desta dissertação é desenvolver uma 
planta economicamente viável para a produção 10.000 kg/h de metanol puro, 
analisando as condições operacionais estabelecidas, e assim elaborar melhorias 
integrando conceitos de termodinâmica, mecânica dos fluidos e processos químicos. 
 
 
 
 
 
 
16 
2 REVISÃO DA LITERATURA 
 
2.1 REVISÃO HISTÓRICA 
 
Atualmente o Metanol é um dos compostos orgânicos mais importantes da 
indústria química, destaca-se pelo o seu amplo leque de atuação seja como matéria- 
prima para outras substâncias ou atuando como solvente e co-solvente. (KHADZHIEV 
et al., 2016). 
Também conhecido como álcool metílico, o metanol foi sintetizado com alto 
teor de pureza pela primeira vez por Robert Boyle em 1661. (STILES, 1977). O 
processo desenvolvido por Boyle consistia nadestilação da madeira com purificação 
por meio de uma suspensão aquosa de Hidróxido de Cálcio (𝐶𝑎𝑂𝐻2) ou como é 
popularmente conhecido leite de cálcio. (BASILE; DALENA, 2018). 
Apesar dos avanços obtidos na síntese do metanol nos séculos anteriores a 
produção em larga escala só ocorreu no início da década de 20 com a empresa Alemã 
Badische Anilin & Sodafabrik (BASF). (SHELDON, 2017). O processo desenvolvido 
consistia na hidrogenação catalítica a base de zinco e crômio do monóxido de carbono 
sob altas pressões e baixas temperaturas, em torno de 300 atm e de 300~400 ºC. 
(BASILE; DALENA, 2018). 
O processo BASF como ficou conhecido foi a principal meio de obtenção do 
metanol por mais de 40 anos até 1966 quando a Imperial Chemical Industries (ICI) 
desenvolveu um processo mais eficiente, operando em temperatura e pressão mais 
baixa, aproximadamente 300 ºC e 100 bar, do que a do processo criado pela empresa 
alemã. (SHELDON, 2017). 
Essa melhoria no processo de produção se deu pela inovação britânica que 
a partir da reforma a vapor obteve um de gás síntese mais puro, contendo apenas 
𝐻2, 𝐶𝑂 e 𝐶𝑂2, e utilizando catalisadores de óxido de cobre e zinco permitiu a 
consolidação de um processo com seletividade superior a 99,5% para a síntese do 
metanol. (BASILE; DALENA, 2018). 
Desde do início da produção em larga escala no início do século XX a principal 
aplicação do metanol está relacionada com a produção de formaldeído e ácido 
acético. (SHELDON, 2017). Hoje o consumo médio passa das 92 mt por ano, com 
destaque para a crescente demanda e o desenvolvimento de novas tecnologias para 
17 
a produção a partir biomassa e 𝐶𝑂2 recuperado em substituição a fontes não 
renováveis como carvão e gás naturais. (KHADZHIEV et al., 2016). 
 
2.2 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES 
 
O metanol, ou álcool metílico, é um composto orgânico, de formula molecular 
CH3OH, com peso molecular igual a 32,042 g/mol. (SOLOMONS; FRYHLE, 2001). O 
metanol é um líquido incolor a temperatura ambiente com odor característico de 
álcool. É miscível em água, outros álcoois, ésteres, cetonas e na maioria dos solventes 
orgânicos (KIRK-OTHMER, 2004). 
O metanol é altamente tóxico, já que no organismo sofre biotransformação em 
ácido fórmico, que pode causar acidose metabólica, cegueira e morte dependendo 
de sua concentração. O álcool, se ingerido, em doses de 30 a 240 mL, pode ser fatal 
e a sua dose tóxica mínima é de cerca de 100 mg/kg (HERNANDEZ; RODRIGUES; 
TORRES, 2017, p. 273-274). Na TABELA 2.1 estão expostas as propriedades 
físico-químicas do composto. 
 
TABELA 2.1 – PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DO METANOL 
Calor de formação a 298 K (kJ/mol) - 234,030 
Condutividade térmica a 298 K (W/(m.K)) 0,0140 
Densidade a 298 K (g/cm3) 0,787 
Energia livre de formação a 298 K (kJ/mol) - 166,810 
Fator acêntrico ω 0,011 
Limite inferior de inflamabilidade no ar (%) 6,0 
Limite superior de inflamabilidade no ar (%) 36,0 
Massa molar (g/mol) 32,042 
Massa monoisotópica (g/mol) 32,023 
Ponto de fulgor (vaso fechado, oC) 12 
Pressão crítica (bar) 46,0 
Temperatura crítica (K) 190,4 
Temperatura de autoignição (K) 743 
Temperatura de ebulição (K) 175,47 
Temperatura de fusão (K) 337,85 
Viscosidade a 298 K (cP) 0,541 
FONTE: Adaptada de KIRK-OTHMER (2004); REID, R. C.; PRAUSNITZ, J. M.; POLING (1987) 
e UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (2020). 
 
18 
O metanol é uma molécula simples de álcool alifático que está entre uma das 
matérias-primas mais consumidas atualmente, pois permite a existência de um 
conjunto diversificado de bens de consumo que vão desde solventes até 
combustíveis, consequentemente é um produto de suma importância e indispensável 
para a indústria química (MMSA, 2019). A principal demanda está relacionada 
diretamente ao setor químico e ao emprego como fonte de energia. (ORNELAS, 
2007). 
Os principais usos da matéria-prima do metanol são para a produção de: 
formaldeído (componente de fertilizantes, fluidos para embalsamento, biocidas, 
desinfetantes, desodorantes, corantes, tintas, adesivos, gelatina, sucos, preservador 
de borracha, acelerador no processo de vulcanização, inibidor da corrosão nos poços 
petrolíferos, tratamento de couro), ácido acético (presente em produtos químicos, 
indústria têxtil, extração de antibióticos, adesivos, filmes fotográficos, inseticidas, 
herbicidas, etc), metil-terc-butil-éter (MTBE), eteno, propeno, hidrocarbonetos 
combustíveis e célula a combustível (NETO, 2009). E também, pode ser usado para 
produzir dimetiléter (DME), ser convertido em gasolina por meio do processo MTG 
(Methanol to Gasoline), utilizado na obtenção de olefinas leves através do processo 
MTO (Methanol to Olefins) e na fabricação de Biodiesel. (MMSA,2019). Por diminuir 
a temperatura dos hidratos de gás natural, pode ser usado ainda como 
anticongelante em tubulações (KIRK-OTHMER, 2004). O GRÁFICO 2.1 expressa 
algumas dessas aplicações do metanol como matéria prima no ano de 2019. 
 
GRÁFICO 2.1 – APLICAÇÕES DO METANOL COMO MATÉRIA PRIMA EM 2019 
 
FONTE: Adaptado de METHANOL INSTITUTE (2020). 
19 
O uso predominante do metanol como matéria-prima continua para a 
fabricação de formaldeído e a obtenção de olefinas leves, como etileno e propileno. 
O setor em amplo crescimento do metanol está no desenvolvimento de 
combustíveis alternativos (MMSA, 2019). 
Em relação aos principais derivados do metanol, têm-se: 
 
I. Formaldeído 
 
O Formaldeído, também conhecido como Metanal ou Aldeído Fórmico, é um 
aldeído de fórmula molecular CH2O, que possui um amplo leque de aplicações que 
varia desde fabricação de resinas, adesivos, têxteis até intermediário de outros 
produtos químicos como o poliuretano, poliéster e óleos lubrificantes. (MMSA, 
2019) 
A obtenção do formaldeído a partir do metanol ocorre por meio de uma 
oxidação catalítica (equação 2.1). (VOLHARDT; SCHORE, 2013, p.267-310). 
2 𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝑂2 → 2 𝐶𝐻2𝑂 + 2 𝐻2𝑂 (2.1) 
O principal processo de produção em escala industrial é o Processo Formox, 
registrada pela companhia Johnson Matthey, nesse processo em especifico o 
Formaldeído é produzido a partir do metanol e ar catalisados por um catalisador de 
óxido de ferro e molibdénio e/ou vanádio, produzindo uma solução aquosa contendo 
de 25~56% de formaldeído em peso e com rendimento de 90% a 92% (MMSA, 2019). 
 
II. Ácido Acético 
 
O Ácido Acético é um intermediário químico e solvente com grande 
diversificação de aplicações que incluem têxteis, tinturaria, adesivos, farmacêutica 
e papelaria. (ORNELAS, 2007). 
Atualmente a carbonilação do metanol é principal processo de produção do 
ácido acético (equação 2.2), correspondendo a mais de 65% da produção mundial 
(MMSA,2019). 
𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝐶𝑂 → 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 (2.2) 
 
20 
O desenvolvimento da obtenção do ácido acético é datado de 1920 com 
BASF que desenvolveu um processo que operava em altas temperaturas, 
aproximadamente 250 ºC, e pressões, em torno de 70 atm; mas somente em 1970, 
Monsanto desenvolveu um processo com condições mais favoráveis, com menor 
custo e maior rendimento, que a produção acelerou chegando a bater a marca de 
50 mil toneladas. O novo processo operava em pressão atmosférica, temperatura 
de aproximadamente 150 ºC e utilizava iodeto de carbonila e ródio como 
catalisadores, esse processo ficou conhecido como processo de ácido acético da 
Monsanto (MMSA, 2019). 
 
III. Metil-Terc-Butil-Éter (MBTE) 
 
O principal uso do metil-terc-butil-éter é para aumentar a octanagem da 
gasolina em substituição ao chumbo tetraetila, o MTBE também permite uma 
combustão mais eficiente e por consequência diminuir a liberação de monóxido de 
carbono e hidrocarbonetos não queimados. O éter metil terc-butílico como também 
é conhecido apresenta grande aceitação do seu uso como componente da gasolina 
na Ásia e Oriente Médio, porém o seu uso na América do Norte é proibido (MMSA,2019). 
Segundo a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) o 
aditivo tem efeitos prejudiciais ao meio ambiente e principalmente à saúde humana. 
A proibição se dá devido a sua alta solubilidade em água, o MTBE apresenta 
enorme potencial de contaminar fontes de água em caso de vazamentos, visto que 
o principal local de armazenamento dos combustíveis são tanques subterrâneos 
(USEPA, 1999). 
O MTBE é produzido usando o metanol e isubutileno como descrito na 
equação abaixo. (MMSA,2019). 
FIGURA 2.1 – PRODUÇÃO DE MTBE 
FONTE: Os autores (2020). 
 
21 
O processo de síntese do MTBE é um processo realizado em fase 
predominantemente líquida, em baixas temperaturas e utilizando catalisador ácido. 
(NOBREGA, 1998). 
 
IV. Dimetiléter (DME) 
 
O éter dimetílico, também conhecido por Metóximetano, ou Dimetiléter (DME) 
é um gás incolor e transparente em condições ambiente, de fórmula molecular 
CH3OCH3 (MÉNDES, 2016). Em razão da sua baixa toxicidade e alta solubilidade o 
DME apresenta inúmeros usos industriais relacionados a combustíveis, a gás 
liquefeito de petróleo (GPL), a aerossóis atuando como solvente e/ou propelente e, 
também, é utilizado para a síntese de ácido acético e acetato de metila. (MMSA. 
2019). 
Comercialmente a maior parte do DME produzido atualmente é pelo método 
tradicional de desidratação intermolecular do metanol (equação 2.3) (MÉNDEZ, 
2016). 
2 𝐶𝐻3𝑂𝐻 → 𝐶𝐻3𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻2𝑂 (2.3) 
O processo descrito anteriormente é realizado na presença de catalisador de 
Ni/α-alumina (MÉNDEZ, 2016). Atualmente, as principais empresas detentoras da 
tecnologia para a produção de DME são Haldor Topsoe, Lurgi, Mitsubishi Gas 
Chemical Company, China Southwestern Research Insitute of Chemical Industry, 
Toyo Engineering Corporation and China Energy (MMSA, 2019). 
 
V. Metanol para gasolina (MTG) 
O processo de conversão do metanol em gasolina foi desenvolvido por 
pesquisadores da empresa ExxonMobil no início da década de 1970. Nesta 
concepção, o metanol é desidratado, na presença de catalisador de alumina, para 
formar uma mistura de dimetil-éter (DME), metanol e água. Em seguida a mistura é 
submetida a um reator MTG, de leito fixo, onde o DME e o metanol são completamente 
desidratados em um processo catalítico que resulta na formação de olefinas leves e 
água. Nas condições do processo descrito, as olefinas leves oligomerizam em olefinas 
22 
maiores, que por sua vez reagem formando parafinas, naftenos e aromáticos. 
(EXXONMOBIL, 2020). 
O processo de conversão MTG desenvolvido pela ExxonMobil limita a síntese 
de hidrocarbonetos a cerca de 11 átomos de carbono, obtendo um produto similar a 
gasolina convencional praticamente sem enxofre e com baixo teor de benzeno. 
(EXXONMOBIL, 2020). 
 
VI. Metanol para Oleofinas (MTO) 
 
O processo de conversão do metanol em olefinas foi desenvolvido na década 
de 1990 pelas empresas Universal Oil Products (UOP) e a Norsk Hydro. Esse 
processo deriva do processo MTG implantado pela ExxonMobil. No processo, o 
metanol é convertido em DME e, em seguida, a hidrocarbonetos. (MMSA, 2019). 
No processo UOP/HYDRO etileno e propileno são as principais olefinas 
produzidas, sendo destinadas prioritariamente para a produção de polímeros, o 
polietileno e o polipropileno respectivamente (MMSA, 2019). 
 
VII. Biodiesel 
 
O biodiesel é um combustível renovável obtido a partir do óleo vegetal ou 
gordura animal que é reagido quimicamente com um álcool em processo denominado 
transesterificação (ANP, 2020). Quimicamente, o biodiesel é definido como éster 
mono-alquil de ácido graxo derivado de óleo vegetal. (MMSA, 2019) 
Normalmente, o triglicerídeo contido no óleo vegetal reage com o metanol, 
produzindo dois produtos: éster e a glicerina, como demonstrado na FIGURA 2.2. 
Após a purificação, somente o primeiro pode ser comercializado como biodiesel 
(ANP, 2020). 
 
 
 
 
23 
FIGURA 2.2 – REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO 
 
FONTE: ANP (2019). 
 
O uso do metanol na transesterificação é mais vantajoso que o etanol, pois 
quando comparados é necessária uma menor quantidade de metanol por unidade 
de biodiesel produzido se comparado ao etanol. Adicionalmente temos as condições 
de reação que são mais favoráveis para o metanol, pois para a reação metílica a 
temperatura é de aproximadamente 60 ºC e com tempo de duração de cerca 45 
minutos, já a reação etílica é necessária uma temperatura de 85 ºC com duração de 
90 minutos. (MMSA, 2019). 
 
2.3 DADOS DE MERCADO 
 
2.3.1 Panorama mundial do mercado de metanol 
 
Nos últimos anos, a demanda global por metanol aumentou devido à sua 
competitividade em aplicações que substituem produtos refinados de alto custo, 
principalmente gasolina, nafta, GLP e diesel (MMSA, 2019). Analisando os dados de 
mercado da última década estima-se uma taxa de crescimento aproximada de 4% ao 
ano, que corresponde a um acréscimo na produção de aproximadamente 4 milhões 
de toneladas por ano (EPE, 2019). 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
GRÁFICO 2.2 - TAXA DE CRESCIMENTO DA PRODUÇÃO DE METANOL 
 
 
FONTE: Adaptado de METHANOL INSTITUTE (2020). 
 
Atualmente a produção de metanol é de aproximadamente 80 milhões por 
ano, com capacidade de produção de produção instalada de aproximadamente de 128 
milhões de toneladas (MMSA, 2019). Analisando os principais produtores temos o 
mercado asiático, sendo responsável por aproximadamente 70% da produção mundial 
como podemos ver no gráfico comparativo de produção de metanol por região (EPE, 
2019). 
GRÁFICO 2.3 – PRODUÇÃO DE METANOL POR REGIÃO EM 2018 
FONTE: Adaptado de EPE (2019). 
 
 
1% 
1% EUROPA 
7% 
AMÉRICA DO NORTE 
16% 
AMÉRICA DO SUL E CENTRAL 
ORIENTE MÉDIO 
4% 
2% RUSSIA 
69% 
SUDESTE ASIÁTICO 
NORTE ASIAÁTICO 
25 
No cenário mundial a China destaca-se como o principal produtor e 
consumidor, o mercado chinês é responsável por mais de 50% da demanda global 
por metanol como podemos observar no gráfico a seguir. EPE (2019). 
 
GRÁFICO 2.4 – MERCADOS CONSUMIDORES POR REGIÕES EM 2018 
 
FONTE: Adaptado de EPE (2019). 
 
De fato, a China, como país, tem mais de 5 vezes a demanda de metanol em 
comparação ao segundo maior mercado consumidor (MMSA, 2019). A importância do 
mercado chinês na produção de metanol pode ser vista ao comparar os dados dos 
principais processos de produção, considerando a China 50% do metanol produzido 
é proveniente do gás natural via gás de síntese, porém ao excluí-la esse número sobe 
para 97%, pois a produção chinesa utiliza o carvão como fonte carbonácea (EPE, 
2019). A China tem sido e continuará a ser o motor da demanda global de metanol 
(MMSA, 2019). 
 
2.3.2 Panorama nacional do mercado de metanol 
 
No Brasil desde do ano de 2016 não se registra produção nacional de metanol, 
toda a demanda é importada de países como Chile, Venezuela, Trinidad e Tobago. A 
disponibilidade de matéria prima em território nacional, gás natural e carvão, e a 
26 
viabilidade econômica são alguns dos fatores que levaram a descontinuação da 
produção em território brasileiro (EPE, 2019). A figura a seguir ilustra a relação entre 
a demanda e produção e importação. 
 
FIGURA 2.3 - HISTÓRICO DO MERCADO NACIONAL DE METANOL 
 
 
FONTE: EPE (2019). 
 
Apesar de não ser produtor, o Brasil tem uma demanda de aproximadamente 
2500 toneladas por dia de metanol (EPE, 2019). A produção de biodiesel é a principal 
aplicação, correspondendo a 35% consumo nacional (ANP, 2019). 
Em uma análise regional, o maior consumidor é o Centro-Oeste, com uma 
demanda de 253,6 mil m3 de metanol, seguido pela região sul, com 248,2 mil m3, 
destacam-se nessas regiões os estados de Rio Grade do Sul, Mato Grosso, Goiás e 
Paraná, respectivamente, em ordem de maiores consumidores. As demais regiões, 
sudeste, nordeste e norte juntos consumiram 57,2 mil m3 (ANP, 2019). O GRÁFICO 
2.5 detalha a consumo regional de metanol.27 
GRÁFICO 2.5 - CONSUMO DE METANOL POR REGIÃO 
 
FONTE: Adaptado de ANP (2019). 
 
 
Apesar de a atual produção nacional ser nula, a demanda por metanol vem 
crescendo em um ritmo considerável nos últimos, impulsionado pelo crescimento da 
produção de biodiesel (EPE, 2019). 
 
2.4 ROTAS DE PRODUÇÃO DE METANOL 
 
 O metanol pode ser produzido em pequena e larga escala a partir de diversos 
tipos de matérias-primas que possuem carbono em sua composição, entre eles o gás 
natural, o carvão e a biomassa. Cada um possui reações e tecnologias diferentes 
envolvidas na produção do composto, mas todos os processos seguem as mesmas 
três etapas (BASILE; DALENA, 2017): 
a) Produção e preparação do gás de síntese; 
b) Síntese do metanol bruto; 
c) Purificação do metanol. 
A segunda e a terceira etapas ocorrem de forma similar para todas as 
matérias-primas, já a primeira possui uma grande variedade de alternativas que serão 
descritas. 
 
28 
2.4.1 Produção de gás de síntese 
 
O gás de síntese (syngas) é composto por uma mistura de diversas quantidades 
de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2) predominantemente e traços de 
dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2) e metano (CH4). Esse gás ganhou 
importância no cenário mundial devido à sua ampla aplicação em processos industriais 
sendo fonte de calor para fornos industriais, caldeiras e turbinas além de ser facilmente 
transformado em combustíveis líquidos (SALES, 2013). 
 
2.4.1.1 Via Gás Natural 
 
Um combustível fóssil é considerado uma das maiores fontes de energia do 
mundo, o gás natural pode ser dito como qualquer hidrocarboneto extraído de 
ambientes petrolíferos que se mantém gasoso em condições atmosféricas normais. 
Por ser uma mistura de hidrocarbonetos, seu componente principal é o metano (CH4) 
(TBG, 2015). É a matéria-prima mais utilizada na produção de metanol, 
correspondendo a cerca de 90 % de toda a produção mundial (BLUG et al., 2014). 
Para obter o gás de síntese a partir do gás natural existem vários processos 
pelos quais ocorrem reações químicas com diferentes reagentes, esses processos 
serão explicados a seguir. 
 
2.4.1.1.1 Reforma a Vapor 
 
Constitui o principal processo industrial de produção de hidrogênio e de 
produção do gás de síntese pois seu resultado final apresenta uma proporção H2/CO 
igual a 3:1. Na presença de catalisadores de níquel (Ni) ou óxido de alumínio (Al2O3), 
metano e água em estados gasosos são misturados formando monóxido de carbono 
e hidrogênio em excesso, excedente pode ser queimado e aproveitado na forma de 
calor para esse processo (RIBEIRO, 2017). 
As reações da reforma a vapor do gás natural são: 
𝐶𝐻4 + 𝐻2𝑂 ⇌ CO + 3𝐻2 ∆𝐻298𝐾 = +206 𝑘𝐽 / 𝑚𝑜𝑙 (2.4) 
𝐶𝑂 + 𝐻2𝑂 ⇌ C𝑂2 + 𝐻2 ∆𝐻298𝐾 = −41 𝑘𝐽 / 𝑚𝑜𝑙 (2.5) 
𝐶𝑂2 + 4𝐻2 ⇌ C𝐻4 + 2𝐻2𝑂 ∆𝐻298𝐾 = −165 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.6) 
29 
 
 A principal reação do processo de reforma a vapor do gás natural é a equação 
(2.1) enquanto as demais são apenas secundárias, nota-se pelo valor da sua entalpia 
que esse processo é altamente endotérmico, ou seja, é necessário que ocorra 
absorção de calor para a reação acontecer. Esse calor pode ser reaproveitado da 
própria planta de produção de metanol, pode ser proveniente da queima de uma 
parcela do gás natural ou do excedente de hidrogênio produzido (RIBEIRO, 2017). 
Nesse processo, primeiramente, o gás natural é submetido à uma etapa de 
dessulfurização em coluna de carvão ativado. Em seguida a corrente contendo 
majoritariamente metano e a corrente de vapor de água são encaminhadas para um 
reator à alta temperatura, visto que a reação é extremamente endotérmica. Após isso, 
a corrente proveniente do reator é encaminhada para um reformador onde o metano 
residual será oxidado (PELEGRIN, 2017). 
 
2.4.1.1.2 Oxidação Parcial do Metano 
 
Desenvolvido pela Shell nos meados de 1950, esse processo origina o gás de 
síntese a partir da mistura do gás natural e oxigênio ambos na forma de gás via radical 
livre, a reação ocorre na presença de catalisadores de Platina (Pt) ou de óxido de 
alumínio (Al2O3) (RIBEIRO, 2017). 
As principais reações desse processo são: 
𝐶𝐻4 + 0,5𝑂2 ⇌ CO + 2𝐻2 ∆𝐻298𝐾 = −35𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.7) 
𝐶𝑂 + 0,5𝑂2 ⇌ C𝑂2 ∆𝐻298𝐾 = −284 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.8) 
𝐻2 + 0,5𝑂2 ⇌ 𝐻2𝑂 ∆𝐻298𝐾 = −242𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.9) 
 
Ao analisar essas equações nota-se que uma pequena parcela de oxigênio 
misturada ao gás natural é necessária para a formação do gás de síntese que 
apresentará a razão molar H2/CO aproximadamente igual a 2:1. A equação (2.7) é a 
principal reação desse processo enquanto as demais são secundárias, ou seja, geram 
produtos em menores quantidades. Além disso, nota-se que a reação é levemente 
exotérmica, o que resulta em um processo com baixo gasto energético (PELEGRIN, 
2017). 
30 
Por ser uma reação de oxidação, esse processo pode ocorrer em único reator, 
já que reações dessa categoria são rápidas. Além disso, é válido ressaltar que esse 
processo pode requerer uma planta de oxigênio puro dependendo da aplicação do gás 
de síntese resultante desse processo (CORTEZ, 2008). 
 
2.4.1.1.3 Reforma a seca 
 
Através de catalisadores de Níquel (Ni) ou óxido de alumínio (Al2O3), a reforma 
seca do gás natural utiliza um dos principais gases causadores do efeito estufa, o 
dióxido de carbono (CO2). Esses dois gases são misturados e em diversas etapas 
ocorrem transferências de prótons e elétrons (PELEGRIN, 2017). 
A reação desse processo é a seguinte: 
𝐶𝐻4 + 𝐶𝑂2 ⇌ 2CO + 2𝐻2 ∆𝐻298𝐾 = +247𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.10) 
O principal fator a ser observado na equação (2.7) é o seu alto valor entálpico, 
mostrando a necessidade de a operação acontecer em temperaturas altíssimas o que 
ocasiona um grande gasto energético. A reação mostrada acima é a principal, mas 
podem haver produtos resultantes do gás natural em quantidades menores que as de 
monóxido de carbono e hidrogênio. Além disso, esta reação produz gás de síntese 
com uma razão H2/CO igual 1:1 (MACIEL, 2012). 
Dois processos atuais são usados para a reforma a seca do gás natural que 
originará o gás de síntese, são eles: o Calcor e o SPARG, ambos baseados no 
processo de reforma a vapor já discutido nos tópicos anteriores. No processo SPARG, 
apenas uma parte do vapor de água usado no outro tipo de processo de reforma do 
gás natural é substituído pelo monóxido de carbono; já no Calcor, todo o vapor de água 
é substituído pelo CO2 (PELEGRIN, 2017). 
 
2.4.1.1.4 Reforma Autotérmica 
 
Sendo uma combinação dos processos de oxidação parcial e reforma a vapor 
do gás natural, a reforma autotérmica aconteceu pela primeira vez na década de 70. 
Esse processo ocorre com via catalisadores de Níquel ou em suportes refratários, a 
31 
adição de gás oxigênio à reforma a vapor origina um gás de síntese deficiente em 
hidrogênio (RIBEIRO, 2017). 
As principais reações desse processo são: 
𝐶𝐻4 + 2𝑂2 ⇌ C𝑂2 + 2𝐻2𝑂 (2.11) 
𝐶𝐻4 + 𝐻2𝑂 ⇌ CO + 3𝐻2 (2.12) 
𝐶𝑂2 + 𝐻2 ⇌ CO + 𝐻2𝑂 (2.13) 
 
Esse processo ocorre em um reformador a temperaturas elevadas. Na zona de 
combustão, no topo do reformador, é onde acontece a oxidação misturando metano, 
água e gás oxigênio. Já a reforma a vapor acontece no leito catalítico. A razão molar 
do gás síntese resultante pode ser ajustada variando as composições de produtos na 
corrente de entrada (PELEGRIN, 2017). 
 
2.4.1.2. Preparação do gás de síntese 
 
O gás que sai de todos os processos anteriores contém algumas partículas 
sólidas de impurezas que dificultam as próximas etapas dos processos, além de que 
podem danificar equipamentos e comprometer a ação dos catalisadores. O gás pode 
ser limpo à altas temperaturas através de filtros de cerâmica ou à baixas temperaturas 
com processos de lavagem com água ou filtros convencionais descritos (RENÓ;LORA; VENTURINI, 2012). 
 
2.4.1.2.1 Reforma dos hidrocarbonetos 
 
A corrente de gás limpo é encaminhada para um reformador que irá operar em 
pressões na faixa de 1,0 – 3,5 Pa e temperatura entre 830 – 1000 °C. Neste processo, 
os hidrocarbonetos pesados são convertidos mediante vapor em uma mistura de 
hidrogênio, óxidos de carbono e metano, sobre um catalisador a base de níquel 
(RENÓ; LORA; VENTURINI, 2012). 
As reações desse processo são: 
𝐶𝐻4 + 𝐻2𝑂 → 𝐶𝑂 + 3𝐻2 (2.14) 
𝐶2𝐻4 + 2𝐻2𝑂 → 2𝐶𝑂 + 5𝐻2 (2.15) 
𝐶2𝐻6 + 2𝐻2𝑂 → 2𝐶𝑂 + 5𝐻2 (2.16) 
32 
 
2.4.1.2.2 Ajuste razão molar H2:CO:CO2 
 
Para que o gás de síntese esteja pronto para ser usado na síntese do metanol, 
é necessário que haja um ajuste na proporção de hidrogênio e monóxido de carbono. 
Essa avaliação pode ser realizada através da estequiometria do número S definida 
através da equação 2.17 (BOZZANO; MANENTI, 2016): 
𝑆 = 
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2−𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑂2
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑂2+𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑂
 (2.17) 
 O valor de S usualmente obtido para gás de síntese produzido através de gás 
natural está ente 2,8-3,0. Idealmente, o valor de S para produção de metanol seria 2,0 
(BOZZANO; MANENTI, 2016). 
Se necessário, esse processo é ajustado pela equação 2.18 (RENÓ; LORA; 
VENTURINI, 2012): 
𝐶𝑂 + 𝐻2𝑂 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2 (2.18) 
 
2.4.1.3 Via Carvão 
 
Assim como outros combustíveis fósseis, o carvão é composto basicamente por 
carbono e hidrogênio, mas também possui oxigênio, nitrogênio, enxofre e minerais em 
menor quantidade na sua constituição (BROWN; HARGREAVES, 1979). O carvão 
apresenta uma demanda geral menos expressiva que a do gás natural na produção 
do metanol e não possui uma tendência de crescimento como a biomassa. O aumento 
do seu uso acontece eventualmente devido ao acréscimo no preço do gás natural 
principalmente em regiões da Ásia e África (BRESL; BRUCHOF, 2010). 
A obtenção do gás de síntese tendo o carvão como matéria-prima ocorre em 
um processo conhecido como gaseificação. É uma tecnologia de conversão que utiliza 
de processos termoquímicos para transformação do carvão em produtos como 
biogases (CH4 e CO2), gás de síntese (H2, CO2 e CO), hidrogênio puro e gases 
alcalinos (BOZZANO; MANENTI, 2016). A quantidade e rendimento atingidos depende 
muito da composição do carvão utilizado, do tipo de gaseificador e das condições de 
temperatura e pressão durante o procedimento. Este processo também pode ser 
utilizado em outras indústrias para produção de amônia, gás natural e principalmente 
33 
combustíveis líquidos por meio da síntese de Fisher-Tropsch, conhecido como 
processo CLT (coal to liquid) (XIANG et al., 2020). 
O processo da gaseificação é dividido em duas etapas: a pirólise e a 
gaseificação em si (HIGMAN; BURGT, 2008). A primeira consiste em uma série de 
reações termoquímicas que alteram a estrutura original do carvão, como reações de 
desidratação e decomposição química. A temperatura média da câmara onde 
acontece o processo da pirólise é de 400 °C em um ambiente anaeróbio, portanto as 
substâncias mais voláteis que compõem o carvão como hidrocarbonetos, H2, CO, CO2 
e vapor de água passam ao estado gasoso. Níveis baixos de hidrocarbonetos 
insaturados como acetilenos, compostos aromáticos e alcatrão também podem ser 
encontrados (RAMOS et al., 2011). 
Durante esta primeira etapa ainda há a formação do char, um sólido com alta 
concentração de carbono formado por materiais orgânicos e inorgânicos durante as 
reações de decomposição químicas que acontecem na pirólise. O char será 
gaseificado posteriormente (COLLAZZO, 2013). O esquema 2.19 representa de forma 
simplificada o que ocorre na primeira etapa: 
 
𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 → 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜𝑠 + 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 + 𝑐ℎ𝑎𝑟 (2.19) 
 
A segunda etapa é a gaseificação propriamente dita, onde o char obtido na 
etapa anterior reage com um chamado agente gaseificante. Este agente pode ser o ar, 
o oxigênio, o vapor de água, o dióxido de carbono ou até uma mistura destes gases 
(RAMOS et al., 2011). Existem algumas condições para a ocorrência destas reações 
como uma temperatura mínima de 700 °C e o controle da quantidade de oxigênio 
presente com aproximadamente 35 % da quantidade usualmente requerida para uma 
combustão completa (BRESL; BRUCHOF, 2010). 
As principais reações que acontecem na etapa da gaseificação estão 
representadas abaixo e os dados de entalpia (∆𝐻) são para a temperatura de 298 K e 
a pressão de 1 bar (HIGMAN; BURT, 2008): 
Oxidação parcial 
𝐶 + 
1
2
𝑂2 → 𝐶𝑂 ∆𝐻 = −123,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.20) 
Oxidação completa 
𝐶𝑂 + 
1
2
𝑂2 → 𝐶𝑂2 ∆𝐻 = −406,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.21) 
34 
Reação de Boudouard 
𝐶 + 𝐶𝑂2 → 2𝐶𝑂 ∆𝐻 = +162,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.22) 
Reação heterogênea gás-água 
𝐶 + 𝐻2𝑂 → 𝐶𝑂 + 𝐻2 ∆𝐻 = +119,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.23) 
Reação de hidrogenação 
𝐶 + 2𝐻2 → 𝐶𝐻4 ∆𝐻 = −87,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.24) 
Reação Water Gas Shift (WGS) 
𝐶𝑂 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐶𝑂2 + 𝐻2 ∆𝐻 = −42,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.25) 
Reação de metanização 
𝐶𝑂 + 3𝐻2 → 𝐶𝐻4 + 𝐻2𝑂 ∆𝐻 = −206,0 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.26) 
 
 Todas as reações de gaseificação representadas são reversíveis (HIGMAN; 
BURT, 2008). 
 Existem alguns tipos de gaseificadores onde este processo descrito ocorre. Eles 
são escolhidos de acordo com o comportamento e condições do material que entra no 
reator. Existem três tipos principais (COLLAZZO, 2013): 
 
a) Gaseificadores de leito móvel 
 
 Os gases se deslocam lentamente através do leite de alimentação. O fluxo de 
gases pode ser contracorrente ou não em relação ao material carbonoso que entra no 
equipamento, como o char (COLLAZZO, 2013). O processo industrial associado com 
este reator é o LURGI (SUPP, 1990). 
 
b) Gaseificadores de leito fluidizado 
 
 A velocidade dos gases é tão rápida que causa o arraste das partículas sólidas 
do material carbonoso que entra na corrente de alimentação. Há formação de ciclones 
em pequena escala que promovem a circulação constante das partículas suspensas 
nos gases. Se o leito fluidizado for do tipo circulante, este processo de movimento é 
bem intenso, mas se o leito fluidizado for do tipo borbulhante, as reações ocorrem sem 
uma movimentação tão intensa das partículas (COLLAZZO, 2013). O processo 
industrial associado a este equipamento é o Winkler (SUPP, 1990). 
 
35 
c) Gaseificadores de fluxo de arraste 
 
 Este último é o mais utilizado na indústria para gaseificação do carvão e pode 
ser classificado como de estágio único ou duplo. Tanto as partículas que compõe o 
material carbonoso quanto os gases estão em alta velocidade e mantêm um fluxo 
constante (COLLAZZO, 2013). Este equipamento faz parte de alguns processos como 
o Koppers-Totzek, Shell e Texaco (SUPP, 1990). 
 Na figura 4, é possível observar como as variáveis pressão no gaseificador (eixo 
vertical) e velocidade das partículas (eixo horizontal) se relacionam com cada 
processo: 
FIGURA 4 – PROCESSOS DE GASEIFICAÇÃO DO CARVÃO 
 
FONTE: Adaptado de Stupp (1990). 
 
 Onde a VL representa a velocidade mínima de movimentação do fluído e VS a 
velocidade de estabilização dos fluídos presentes nos equipamentos (SUPP, 1990). É 
possível observar que os dados expostos pelo gráfico representam exatamente o 
movimento esperado das correntes em cada tipo de gaseificador. 
 
 2.4.1.3.1 Preparação do gás de síntese 
 
Após a conclusão da segunda etapa de gaseificação, o gás de síntese deve 
passar por um processo de condicionamento para ajustar a estequiometria do número 
S. Além deste ajuste, o gás também possui algumas impurezas e deve passar por um 
36 
processo de purificação antes de seguir para a etapa de síntese do metanol. (BASILE; 
DALENA, 2017). 
 
 2.4.1.3.2 Ajuste razão molar H2:CO:CO2 
 
Inicialmente, para obter-se o valor de S mais próximo o possível do ideal 2, 
deve-se ajustar a proporção de CO2:CO:H2, pois o gásde síntese produzido por este 
processo possui uma deficiência grande de gás hidrogênio. Isto pode ser realizado 
através da reação WGS (equação 2.22) onde o excesso de CO será convertido em 
CO2 e H2 (BOZZANO; MANENTI, 2016). Após a reação, o CO2 obtido deve ser retirado 
para o ajuste da proporção requerida na etapa de limpeza seguinte. 
 
2.4.1.3.3 Retirada de gases ácidos 
 
Alguns componentes presentes em grandes quantidades, como compostos com 
enxofre também devem ser retirados do gás de síntese, pois podem desativar a 
catálise do processo de produção de metanol na etapa seguinte. Este processo de 
limpeza é conhecido como retirada de gases ácidos (XIANG et al., 2020). 
Existem vários métodos para retirada destes gases ácidos e as duas principais 
tecnologias utilizadas são o processo sulfinol e o rectisol. Ambos utilizam a equação 
(2.27) como base (BASILE; DALENA, 2017). 
2𝐻2𝑆 + 𝐶𝑂2 → 𝐻2 + 𝐶𝑂 + 𝑆2 + 𝐻2𝑂 (2.27) 
 
 Dentre os dois processos, o rectisol é o mais predominante quando o assunto 
é purificação de gás de síntese (XIANG et al., 2020). O método utiliza o próprio metanol 
resfriado como solvente físico e o calor liberado durante as etapas ainda pode ser 
reaproveitado onde se fizer necessário (BASILE; DALENA, 2017). 
 
2.4.1.4 Via Biomassa 
 
Uma proposta industrial para substituir os combustíveis fósseis na produção do 
gás de síntese para o metanol é o uso da biomassa. Biomassa é compreendida como 
37 
qualquer matéria orgânica que possa ser transformada em energia como madeira, 
rejeitos urbanos e industrias e alimentos agrícolas (ANEEL, 2018). 
Para a produção do gás de síntese a ser usado na produção de metanol, a 
biomassa passa por processos até que se torne um gás com os requisitos necessários 
para o metanol. A primeira etapa do processo consiste no pré-tratamento da matéria 
prima, em seguida a biomassa passa por uma etapa de gaseificação, após isso esse 
gás segue para um processo de tratamento e por último esse gás é submetido à uma 
etapa de preparação com o ajuste da sua proporção de hidrogênio e monóxido de 
carbono. Essas etapas serão abordadas nos próximos tópicos (RENÓ; LORA; 
VENTURINI, 2012). 
 
2.4.1.4.1 Pré-tratamento da matéria-prima 
 
Para o processo de produção do metanol, as fontes de biomassa mais indicadas 
são madeira e resíduos de madeira. Nessa etapa acontece uma redução 
granulométrica e, também, a biomassa é submetida a um processo de secagem para 
que possa estar em condições para ser gaseificada (JOVELINO et al., 2015). 
 
a) Gaseificação da biomassa 
 
Essa etapa do processo é similar ao da produção do gás de síntese a partir do 
carvão. As etapas de pirólise e a gaseificação em si também ocorrem, mas com 
algumas pequenas diferenças. Em primeiro lugar, a quantidade de biomassa 
necessária para a realização do processo é enorme, pois a quantidade de energia 
contida nesta matéria-prima é muito menor que a contida no carvão ou no gás natural 
(RIBEIRO, 2017). Este empecilho está sendo resolvido através da técnica da 
torrefação, que além de aumentar a moagem da biomassa também é considerado um 
processo ambientalmente sustentável (TROP et al., 2014). 
Durante a pirólise, há formação de alcatrão em uma parcela muito maior que 
durante a etapa via carvão. Se conduzido para a etapa da gaseificação, o alcatrão 
pode causar a polimerização de estruturas mais complexas que dificultem a produção 
de gás hidrogênio, por isso vários estudos buscam alternativas para solucionar este 
problema. Algumas das sugestões que vêm trazendo resultados satisfatórios 
envolvem o craqueamento térmico do alcatrão em temperaturas acima de 1000 °C e o 
38 
uso de aditivos como a dolomita, que auxiliam na diminuição da emissão do composto 
indesejado (BOZZANO; MANENTI, 2016). 
Outra maneira de produzir gás de síntese de fontes renováveis é através do 
licor preto, que resulta da mistura de produtos químicos (licor branco) com a polpa da 
madeira, esse é um estágio inicial da produção de papel. Esse licor pode ser 
gaseificado e seguir as mesmas etapas mencionadas acima para produzir o gás de 
síntese. O licor branco pode ser recuperado e reutilizado (RIBEIRO, 2017). 
 
2.4.1.4.2 Preparação do gás de síntese 
 
 Assim como na preparação via carvão, também é necessário haver um ajuste 
nos coeficientes H2:CO:CO2 e realizar uma limpeza dos componentes indesejados ao 
gás de síntese (BASILE; DALENA, 2017). A principal diferença com relação à via 
anterior é que não há tanto enxofre na composição da biomassa e consequentemente 
a quantidade de compostos com este elemento a serem retirados nesta etapa é menor 
(RIBEIRO, 2017). 
 
2.4.1.5 Vias alternativas 
 
 A maioria dos métodos alternativos de produção do metanol buscam evitar a 
“pegada de carbono” pulando a etapa de produção do gás de síntese para não 
emitirem dióxido de carbono. Na realidade, estes métodos consistem na captura de 
CO2 da atmosfera ou de emissões industriais e sua consequente utilização em uma 
determinada reação para sintetizar o metanol (MEUNIER et al., 2019). 
 
2.4.1.5.1 Metanol a partir da hidrogenação catalítica do CO2 
 
 O composto metanol pode ser obtido através da equação 2.28: 
𝐶𝑂2 + 3𝐻2 → 𝐶𝐻3 + 𝐻2𝑂 (2.28) 
A reação acima é reversível e a entalpia dada é referente a temperatura de 298 
K e a pressão de 1 bar. O reagente H2 necessário para a equação pode ser obtido 
através da eletrólise da água usando energias renováveis (solar, eólica, térmica) como 
fonte de eletricidade para a ocorrência de 2.29 (BASILE; DALENA, 2017): 
39 
2𝐻2𝑂 → 2𝐻2 + 𝑂2 (2.29) 
 Já existem algumas plantas piloto de produção industrial do metanol no mundo 
que fazem uso deste método. As projeções são de expansão destas plantas e aumento 
das suas produções (CARBON RECYCLING INTERNATIONAL, 2017). 
 
2.4.1.5.2 Gás de coqueria 
 
 É um tipo de combustível obtido a partir do carvão. Ainda está em fase de 
pesquisa, mas a síntese de metanol a partir desta matéria-prima possui potencial para 
uso industrial. O processo de produção do gás de síntese é muito similar ao do gás 
natural, no entanto requer menos energia e emite menos CO2 (BERMÚDEZ et al., 
2013). 
 
2.4.1.5.3 Co-gaseificação 
 
 O uso combinado do carvão e da biomassa como matérias-primas para 
produção do gás de síntese permite economizar na produção, ter estabilidade 
operacional, diminuir o impacto ambiental e aumentar a eficiência térmica para o 
processo (CHMIELNIAK; SCIAZKO, 2003). Algumas indústrias já fazem uso da 
combinação destes combustíveis (RODRIGUES; MUNIZ; MARCILIO, 2016). 
 
2.4.1.6 Outros métodos 
 
 Novas alternativas para a produção de metanol estão em constante processo 
de evolução e descobertas. Duas delas que demonstram a possibilidade de serem 
aplicadas em um futuro próximo são o processo Carnol e a oxidação direta de metano 
a metanol. No primeiro caso, utiliza-se a captura do dióxido de carbono e de hidrogênio 
(obtido a partir da decomposição do metano) como reagentes para síntese de metanol. 
Ainda se busca uma forma de fazer este processo tornar-se financeiramente viável. Já 
no segundo método, a matéria prima para produção do metanol é o próprio metano 
como demonstrado na equação reversível 2.30, a 198 K e 1 bar (RIBEIRO, 2017): 
𝐶𝐻4 +
1
2
𝑂2 → 𝐶𝐻3𝑂𝐻 ∆𝐻 = −126,4 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.30) 
40 
 
 
 Ainda é preciso encontrar um catalisador que viabilize a reação, devido a alta 
reatividade do produto que pode se oxidar, formando água e dióxido de carbono 
(RIBEIRO, 2017). 
 
2.4.2 Síntese do metanol bruto 
 
O primeiro processo industrial de síntese de metanol no mundo foi operado em 
1923 sob a catálise de óxido de zinco (Zn2O3) e óxido de cromo (Cr2O3), em uma 
unidade industrial construída pela BASF, na Alemanha. O metanol era manipulado em 
altas pressões e temperaturas (RIBEIRO, 2017). 
O processo usado atualmente é em baixas pressões e temperaturas,se 
comparado com as condições da primeira planta industrial. Esse processo com 
condições de baixas temperaturas e pressões foi desenvolvido em 1966 pela Imperial 
Chemical Industries (ICI) e isso deve-se à alta atividade catalítica de Cu/ZnO/Al2O3. 
Esse processo exige controles eficientes de temperatura e pressão pois em 
temperaturas elevadas o catalisador é desativado (RIBEIRO, 2017). 
A partir do gás de síntese, o metanol é sintetizado em um reator, esse reator 
pode ser: adiabático, steam-rasing, quench e tube-cooled. Cada um desses tipos de 
reatores apresenta configurações diferentes que irão depender do tamanho da 
indústria, quantidade de produção e outras características (RIBEIRO, 2017). 
As reações desse processo são a hidrogenação do monóxido de carbono (2.31) 
e a hidrogenação do dióxido de carbono (2.32) (KLIER, 1982): 
𝐶𝑂 + 2𝐻2 → 𝐶𝐻3𝑂𝐻 ∆𝐻298𝐾 = −100,46 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.31) 
𝐶𝑂2 + 3𝐻2 → 𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝐻2𝑂 ∆𝐻298𝐾 = −61,59 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 (2.32) 
O rendimento de metanol obtido é de 61% nesse processo e, além disso, há 
alguns produtos advindos do gás de síntese com baixas proporções como o nitrogênio 
(AQUINO, 2008). Por esta baixa taxa de conversão, faz-se necessário o reciclo da 
corrente de saída do reator, o que aumenta os custos de produção, assim como a 
necessidade de resfriamento do metanol bruto após a saída do reator (BASILE; 
DALENA, 2017). 
41 
 
2.4.3. Purificação do metanol 
 
Independente da rota pela qual o metanol foi sintetizado, é necessário que a 
corrente advinda do reator da síntese desse álcool seja submetida à uma etapa de 
purificação que envolvem equipamentos como vasos de separação e destiladoras. Em 
um primeiro momento, essa corrente passa por um equipamento purificador para que 
subprodutos leves saiam pelo topo e em segundo momento, a corrente contendo 
majoritariamente água e metanol é levada até uma coluna, onde o metanol sairá pelo 
topo enquanto a água é que sai desse processo é submetida à uma etapa de 
tratamento (RIBEIRO, 2017). 
 
2.5 ANÁLISE DAS ROTAS 
 
Qualquer matéria que tenha grande fonte de carbono pode ser convertida em 
gás síntese e esse em metanol. Com isto, a biomassa devido as suas características 
pode se tornar fonte de metanol no futuro, já que é um meio alterativo com menos 
danos ao meio ambiente (RIBEIRO, 2017). 
Comparado ao carvão, a biomassa possui menos enxofre, mas apresenta 
desafios operacionais. Desta forma, há necessidade de uma estratégia de controle 
de acordo com a sua composição (RIBEIRO, 2017). 
 Além do mais devido ao Brasil estar localizado em uma zona intertropical, é 
favorável ao cultivo em quase todo território nacional de plantas com grande potêncial 
energético em todas as épocas do ano, oque favorece a utilização da biomassa. 
(EICHLER, 2015). 
A síntese do Metanol a partir de gás natural pode ser obtida por reforma a 
vapor, oxidação parcial, reforma autotérmica e a reforma seca. Seu processo 
consiste em reagir o metano com água para obter os gases de síntese que são o 
monóxido de carbono e o hidrogênio, em seguida esses gases realizam uma nova 
reação entre si para obter o metanol (PELEGRIN, 2017). 
Há desvantagens no emprego do gás natural para a produção do gás síntese, 
já que o mesmo é uma fonte não-renovável que apresenta contaminantes tóxicos. 
Deste modo, no decorrer dos anos seu uso vem se tornando um empecilho 
42 
econômico. Além do mais, existem vários problemas no seu processo de produção, 
desde a exploração, processamento até o transporte que pode gerar grandes 
impactos no ambientais (LYRA, 2014). 
A fabricação de gás síntese que ocorre através do carvão é muito utilizada 
para produções em larga escala no meio industrial, devido ao alto custo do sistema 
de produção. Sendo esse método empregado para a obtenção do metanol em vários 
países, a China em especial tem ênfase nesse processo. Porém sua utilização sofre 
graves problemas com emissão de CO2, e outros gases poluentes causadores do 
efeito estufa, além do aumento do desmatamento (RIBEIRO, 2017; XIANG et al., 
2020). 
Através dos anos aumento da geração de CO2 e sua influência no clima 
mundial, torna-se necessário a busca por fontes renováveis para combustíveis. Deste 
modo, levando em consideração que o Brasil é um país com grande potencial para 
produção de biomassa, a rota com maior vantagem para síntese do metanol se dá a 
partir da biomassa. 
 
43 
 
3 PRODUÇÃO DE METANOL COM GÁS DE SÍNTESE OBTIDO A PARTIR DA 
BIOMASSA 
 
A seção a seguir tem como objetivo principal analisar a planta de produção de 
metanol descrita pelo fluxograma a seguir. 
 
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44 
3.1 MEMORIAL DESCRITIVO DA PLANTA 
 
O gás de síntese oriundo da biomassa, para que seja transformado em 
metanol, precisa primeiramente passar por um processo de preparação, conhecido 
como up stream, em seguida por uma etapa reacional que é considerada o centro da 
planta e por último, por uma etapa de purificação, conhecida como down stream, 
essas três fases do processo constituem o sistema produtivo do metanol. 
Nessa planta iremos considerar o processo de produção de metanol a partir 
do gás de síntese pronto, não sendo exposto nesse memorial descritivo o processo 
produtivo desse gás pois, independente da rota que ele foi produzido, o processo de 
preparação, reação e purificação na produção de metanol terão as mesmas bases. 
 
3.1.1 Preparação do gás de síntese 
 
Anteriormente à reação do gás de síntese que originará o metanol, o syngas 
precisa passar por processos de ajustes de temperatura e pressão para que chegue 
ao reator com características ideais que renderão um processo eficiente. Essa estapa 
de preparação é constituída por um compressor, um trocador de calor e um forno. 
Na alimentação dessa planta temos a corrente 1 composta pela mistura de 
monóxido e dióxido de carbono, hidrogênio e nitrogênio, esses compostos formam o 
gás de síntese, como explicitado em tópicos anteriores. Essa corrente é submetida a 
um compressor (CP1) que irá aumentar a pressão da mesma de 40 bar para 52 bar e 
também a temperatura de 120 °C para 183 °C. 
Em seguida, a corrente 1 se junta com a corrente 6, onde acontece uma 
diminuição de temperatura até 54 °C devido ao equílibrio termodinâmico, originando 
a corrente 2 que será conduzida até um trocador de calor com o objetivo de aumentar 
a temperatura até 220 °C, o calor que irá aquecer essa corrente é originado do fluido 
que sai do reator, que é usado como fluido de aquecimento. 
Com ajuda do fluido de aquecimento diminui-se a quantidade de carga térmica 
necessária na utilização do forno, a corrente advinda do trocador de calor é 
direcionada ao forno com o intuito de aumenta sua temperatura de 220 °C até 240 °C, 
sua é pressão mantida a 52 bar. Finalizando assim etapa denominada up stream 
(sistema de preparação). 
45 
3.1.2 Síntese do metanol 
 
A síntese do Metanol ocorre no reator, por meio das seguintes reações 
entre o gás síntese, Hidrogênio (H2) com Óxidos de carbono (CO e CO2), 
provenientes da corrente de corrente de alimentação previamente aquecida no 
forno. 
Ambas as reações de síntese do Metanol, 3.1 e 3.2, são exotérmicas, 
assim o processo é favorecido com a diminuição da temperatura do reator e 
aumento da pressão. Para aumentar o rendimento o gás de síntese é reciclado 
após a remoção do produto e dos subprodutos na unidade de purificação. 
O princípio do processo de síntese do Metanol é demonstrado na FIGURA 3.1: 
 
FIGURA 3.1 - DIAGRAMA DE BLOCOS DO PROCESSO DE SÍNTESE 
 
 
FONTE: Adaptado de ORNELAS (2007). 
 
A temperatura do reator é cuidadosamente controlada para manter a 
melhores condições de equilíbrio químico, temperaturade operação é comumente 
de 200 a 300 ºC e pressão de 45 a 100 bar, dependendo do catalisador. Após a 
reação os produtos de ambas as reações, CH3OH e H2O, junto com reagentes que 
não foram totalmente consumidos, CO e H2,e N2 que se mantém inerte durante a 
reação são direcionados a corrente 3 para iniciar a etapa de purificação. 
 
3.1.3 Purificação do metanol 
 
46 
Após o término da reação, os produtos advindos do reator são encaminhados 
até uma unidade de purificação para que o metanol seja separado dos demais 
compostos, obtendo assim um produto puro pronto para ser comercializável. A 
unidade dessa planta é composta por dois vasos separadores e uma torre de 
destilação que irão remover os compostos indesejados. 
A corrente 3, que sai do reator com uma temperatura de 260 °C, precisa ser 
resfriada para que possa ser encaminhada para o primeiro vaso separador (VS-1). 
Para isso, essa corrente passa por um primeiro trocador de calor (TC-1) que utiliza o 
fluido da corrente 3 como fluido de aquecimento para a corrente 2, com isso, a 
temperatura da corrente 3 diminui para aproximadamente 107 °C. E por fim, essa 
corrente passa por mais um trocador de calor (TC-2) que diminui a temperatura para 
4 °C. 
A corrente 3, que agora está a 4 °C, contendo metanol e água em estados 
líquidos e nitrogênio, monóxido de carbono e hidrogênio em estados gasosos, é 
encaminhada para o primeiro vaso separador (VS-1) bifásico que irá separar os gases 
dos líquidos, no topo sairá a corrente gasosa e no fundo a líquida, com as mesmas 
temperaturas da entrada. 
No topo desse vaso sai a corrente 5 que é composta pelos gases reagentes e 
uma pequena fração de metanol e água que não são recuperados; uma parte dessa 
corrente volta como reciclo para a alimentação, constituindo a corrente 6, e a outra vai 
para um processo de purga formando a corrente 7. 
A corrente 4, que sai no fundo do vaso, é líquida e contém majoritariamente 
metanol e água, com pequenas frações de monóxido de carbono, hidrogênio e 
nitrogênio. Em seguida, essa corrente passa por um outro trocador de calor (TC-3) 
que irá aumentar a temperatura da corrente de 4°C para 40°C, para que seja 
direcionada até um segundo vaso separador. 
O segundo vaso separador dessa planta (VS-2) também tem por objetivo 
diminuir a concentração dos gases de hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio 
na mistura líquida de metanol e água advindas do vaso separador anterior. Nessa 
unidade, a corrente líquida também sairá no fundo, enquanto a gasosa sairá no topo, 
ambas com pressões e temperaturas diferentes da corrente de entrada. 
Na corrente de topo, marcada como 9 nessa planta, prevalece a presença dos 
gases de hidrogênio, monóxido de carbono e de nitrogênio com apenas uma pequena 
parcela de água e metanol que não são recuperados. Já a corrente 8 sai pelo fundo 
47 
no estado líquido contendo metanol e água na maior parte de sua composição com 
traços dos gases reagentes que não condensaram para o topo do separador. 
Essa corrente é encaminhada para uma destiladora que irá separar o metanol 
da água e da parcela de gases de reagentes que não foram eliminados nos vasos 
separadores. Pelo princípio de diferenças de temperaturas de ebulição e pelas 
condições do processo, a corrente de fundo é líquida e a de topo é gasosa. 
A corrente gasosa 12 que sai do topo da destiladora, composta por metanol, 
hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio, passa por um trocador de calor (TC-4) 
que tem por objetivo condensar o metanol para que esse seja separado dos demais 
gases, que são incondensáveis nessa temperatura e pressão, essa mistura é 
encaminhada para um tanque de separação (TS), que irá desagregar o metanol 
líquido dos gases. 
O metanol já puro, compondo a corrente 13, é bombeado pela bomba B1 para 
o seu tanque de armazenamento (TQ-2), e também atua no refluxo da destiladora. Já 
os gases de hidrogênio, monóxido de carbono e nitrogênio seguem pela corrente 12 
até o tanque TQ-1. 
No fundo da destiladora sai a corrente 10 composta majoritariamente por água 
e apenas uma pequena parcela de metanol que é perdido no processo, essa corrente 
é bombeada pela bomba B2 até o tanque TQ-3. 
 
 
3.2 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DAS SUBSTÂNCIAS E COMPOSTOS 
ENVOLVIDOS NO PROCESSO 
 
As principais propriedades físico-químicas de todos os componentes do 
processo além do metanol são pontuadas nas TABELAS 3.1 e 3.2 a seguir. 
 
TABELA 3.1 – PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS COMPOSTOS 
(contínua) 
Composto CO CO2 H2O 
Calor de formação a 273 K (kJ/mol) -110,53 393,7 285,890 
Condutividade térmica a 298 K (W/(m.K)) 2,48 x 10-2 1,69 x 10-2 1,79 x 10-2 
Densidade a 273 K (g/cm3) - - 0,9979751 
Densidade a 273 K e 101,3 kPa (g/L) 1,2501 1,976 - 
Fator acêntrico ω 0,066 0,239 0,344 
 
48 
TABELA 3.1 – PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS COMPOSTOS 
(conclusão) 
Composto CO CO2 H2O 
Limite inferior de inflamabilidade no ar (%) 12,5 - - 
Limite superior de inflamabilidade no ar (%) 74,2 - - 
Massa molar (g/mol) 28,01 44,009 18,015 
Massa monoisotópica (g/mol) 27,994915 43,989829 18,010565 
Pressão crítica (bar) 35 73,8 221,2 
Solubilidade em metanol a 298 K e 101,3 
kPa 
3,76 - - 
Temperatura crítica (K) 132,9 304,1 647,3 
Temperatura de autoignição (K) 882 - - 
Temperatura de ebulição (K) 81,65 194,5 373 
Temperatura de fusão (K) 68,09 - 273 
Viscosidade a 298 K (cP) - 0,015 0,8949 
Viscosidade a 73 K (cP) 0,21 - - 
Volume crítico (cm³/mol) 93,2 93,9 57,1 
FONTE: Adaptada de KIRK-OTHMER (2004); REID, R. C.; PRAUSNITZ, J. M.; POLING (1987) 
e UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (2020). 
 
TABELA 3.2 – PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DAS SUBSTÂNCIAS 
Substância H2 N2 
Condutividade térmica a 298 K e 1 bar 
(W/(m.K)) 
1,75 x 10-1 2,55 x 10-2 
Densidade a 273 K (mol/cm3) x 103 0,04460 - 
Fator acêntrico ω -0,216 0,039 
Massa molar (g/mol) 2,016 28,014 
Massa monoisotópica (g/mol) 2,01565 28,006148 
Pressão crítica (bar) 12,9 33,9 
Temperatura crítica (K) 33,0 126,2 
Temperatura de ebulição (K) 20,39 77,35 
Temperatura de fusão (K) 14,05 63,25 
Viscosidade a 273 K (cP) 7749,2 - 
Viscosidade dinâmica K (cP) - 15,9 x 10⁻³ 
Volume crítico (cm³/mol) 64,3 89,8 
FONTE: Adaptada de KIRK-OTHMER (2004); REID, R. C.; PRAUSNITZ, J. M.; POLING 
(1987) e UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (2020). 
 
 
 
 
49 
4 MEMORIAL DESCRITIVO DO BALANÇO DE MASSA 
 
Essa seção dedica-se aos cálculos do balanço de massa da planta de 
produção de metanol. 
 
4.1 SISTEMA DE PREPARAÇÃO (UP STREAM) 
 
O presente balanço de massa foi desenvolvido respeitando a “Lei de 
conservação da massa”, que estabelece que massa não pode ser destruída e nem 
criada. Assim para o desenvolvimento dos cálculos adotou-se a equação geral 
descrita a seguir, que considera a entrada, a saída, a presença de reação química e 
o acúmulo (FELDER, 2005): 
∑𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + ∑ 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜 − ∑𝑆𝑎í𝑑𝑎 − ∑𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜
= 𝐴𝑐ú𝑚𝑢𝑙𝑜 
(4.1) 
 Como o processo químico abordado nesse memorial de cálculo é 
contínuo, as entradas e saídas fluem continuamente, não havendo acúmulo (FELDER, 
2005), assim obtemos a equação para cálculo de massa em sistemas com reação: 
∑𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + ∑𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜 − ∑𝑆𝑎í𝑑𝑎 − ∑𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 = 0 (4.2) 
 
Para sistemas de operação em que não há reação química e acúmulo temos 
que: 
∑𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = ∑𝑆𝑎í𝑑𝑎 (4.3) 
 A partir das equações descritas foi desenvolvido um balanço de massa 
para a produção de 10.000 kg de metanol de acordo com os dados fornecidos e as 
condições impostas pelo processo em questão. 
 Analisando os dados da corrente 1 (corrente de alimentação da planta), 
composta unicamente por reagentes, temos fixadas as frações molares do dióxido de 
carbono (CO2) e do nitrogênio (N2), iguais a 0,01 e 0,02, respectivamente. Dessa 
forma, iniciaram-se os cálculos do balanço de massa na corrente 2 (corrente