República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la

Fuerza Armada

(UNEFA)

Extensión – Zaraza

Profesor: Participantes:

Mendoza, Luis Lima, Margrelia

Sección: 1 (Normal) Padrino,

Eumelys

ING DE GAS Rondón,

Leonardo

Torrealba,

Elizabeth

Zaraza Abril de 2011

Índice

Pág.

Introducción………………………………………………………………….

.

Gas Natural Licuado

GNL……………………………………………………4

Licuefacción………………………………………………………………….

..4

El proceso de licuación en una

planta………………………………………...6

Pre-tratamiento del

gas………………………………………………………7

Ciclos frigoríficos……………………………………………………………....8

Las etapas del ciclo

frigorífico………………………………………………..10

Los diferentes refrigerantes usados en el proceso de

enfriamiento………....11

Circuito en cascada de tres

etapas…………………………………………...12

Proceso de enfriamiento del

Gas……………………………………………..13

Almacenamiento del

GNL……………………………………………………..15

Transporte del

GNL…………………………………………………………...16

Regasificación del

GNL……………………………………………………….17

Conclusión…………………………………………………………………....

...21

Bibliografía…………………………………………………………………...

23

Introducción

La licuefacción de gases incluye una serie de fases

utilizada para convertir un gas en estado líquido. Los procesos

se utilizan para fines científicos, industriales y comerciales.

Muchos de los gases se pueden poner en estado líquido a

presión atmosférica normal por simple refrigeración y otros

como el dióxido de carbono, requieren presurización.

La licuefacción de los gases es un proceso complicado

que utiliza diferentes compresiones y expansiones para lograr

altas presiones y temperaturas muy bajas, utilizando por

ejemplo turboexpansores.

Este proceso logró mejorar la eficiencia y bajar los costos

de la producción de aire líquido, gracias a su importancia en la

producción de oxígeno, nitrógeno y otros gases. Cabe destacar

que los encendedores y las garrafas, entre otros artículos

utilizados en la vida cotidiana, contienen gas líquido que fue

obtenido gracias a la licuación

El gas alimentado a la planta de licuefacción viene de los

campos de producción. Los contaminantes que se encuentran

en el gas natural se extraen para evitar que se congelen y

dañen el equipo cuando el gas es enfriado a la temperatura

del LNG (-161ºC) y para cumplir con las especificaciones

técnicas del gasoducto en el punto de entrega.

Gas Natural Licuado GNL

El gas natural licuado (GNL) es el gas natural que ha sido

procesado para ser transportado en forma líquida o para ser

almacenado cómo reserva para luego ser vaporizado

nuevamente.

Es la mejor alternativa para abaratar costos en sitios

apartados, donde no es económico llevar el gas al mercado

por gasoducto.

El gas natural es transportado como líquido a presión

atmosférica y a -161 °C donde la licuefacción reduce en 632

veces el volumen de gas transportado.

Hoy en dia las operaciones de GNL están ampliándose

rápidamente en todo el mundo, y cada vez hay más plantas en

construcción o en vías de desarrollo.

Actualmente se consumen 104 millones de toneladas

anuales de GNL en el mundo. Las proyecciones varían pero se

espera para 2010 que la producción se pueda duplicar.

Licuefacción

Cuando se extrae el gas natural de los yacimientos

subterráneos, a menudo contiene otros materiales y

componentes que deben ser eliminados antes de que pueda

ser licuado para su uso:

Helio por su valor económico y por los problemas que

podría producir durante el licuado;

Azufre, corrosivo a equipos, dióxido de carbono que se

solidifica en las condiciones de licuefacción, y mercurio,

que puede depositarse en instrumentos y falsificar las

mediciones;

Agua, que al enfriar el gas se congelaría formando hielo

o bien hidratos que provocarían bloqueos en el equipo si

no se eliminaran;

Hidrocarburos pesados, llamados condensado, que

pueden congelarse al igual que el agua y producir

bloqueos del equipo y problemas en la combustión del

gas.

El GNL producido debe ser usado en procesos de combustión y

por lo tanto hay que extraer algunos hidrocarburos para

controlar su poder calorífico y el índice de Wobbe.

Dependiendo del mercado final, la remoción de etano, propano

y otros hidrocarburos debe estar controlada mediante una

unidad de remoción de líquidos que puede estar integrada en

el proceso de licuefacción.

El proceso de licuación en una planta puede resumirse

de la siguiente manera:

1) Etapa de extracción de CO2:

Para evitar que se generen productos sólidos con la

reducción de la temperatura, se realiza la purificación del

gas por adsorción del dióxido de carbono y el agua

existentes en el mismo, por medio de la aplicación de una

corriente inversa de solución de mono-etanol-amina (MEA)

2) Etapa de deshidratación y filtrado:

Se le extrae la humedad al gas hasta lograr valores

menores a 1 ppm. Luego se realiza un filtrado para extraer

trazas de mercurio y partículas sólidas, y además se produce

la separación de los hidrocarburos pesados por condensación

parcial.

3) Etapa de licuación y almacenamiento:

Se produce el enfriamiento necesario para su licuación. El

GNL producido se envía al tanque de almacenamiento, el cual

lo mantiene a su temperatura de licuación, operando a una

presión de 20 a 70 mbar. El GNL es almacenado en tanques de

paredes dobles a presión atmosférica, que más bien es un

tanque dentro de otro. El espacio anular entre las dos paredes

del tanque está cubierto con un aislante. El tanque interno en

contacto con el GNL, está fabricado con materiales

especializados para el servicio criogénico y la carga estructural

creada por el propio peso del GNL.

Pre-tratamiento del gas

El gas natural que se extrae de los yacimientos contiene

diversas sustancias disueltas que pueden ser perjudiciales en

el curso de su transporte, proceso o utilización final; también

ocurre que algunas de estas sustancias pueden tener un valor

económico más alto si se venden por separado. En principio,

una buena parte de los hidrocarburos líquidos asociados al gas

natural se separan en la plataforma de producción y se

almacenan y transportan de manera independiente; asimismo,

en la zona de producción el gas se acondiciona para su

transporte por gasoducto en fase gaseosa a alta presión (70 a

150 bar) y temperatura ambiente, eliminando agua, gases

ácidos e inertes así como comprimiéndolo en caso necesario.

Puede hablarse entonces de dos etapas de pre-

tratamiento: una en las cercanías del pozo y otra a la entrada

de la planta de licuación.

Las condiciones del gas en la planta de licuación van a ser

diferentes a las de producción y transporte, ya que los equipos

y materiales que se van a utilizar son mucho más sensibles a

algunas impurezas. En primer lugar, el agua que satura la

corriente de gas a su llegada a la planta puede congelarse

provocando obturaciones en varias partes de la misma;

además las bajas temperaturas favorecen la formación de

hidratos al aumentar la condensación de vapor de agua (los

hidratos se destruyen a presión atmosférica, pero en las

plantas de GNL a presión ha de mantenerse elevada hasta el

final del proceso). Por ello el punto de rocío que se considera

admisible en gasoductos no vale como criterio de diseño en

plantas de GNL: en éstas normalmente se requiere un punto

de rocío de -50°C para el gas que entra en la zona de

refrigeración.

Ciclos frigoríficos

Es sabido que si se aporta calor a una sustancia su

temperatura aumenta. Este principio tiene una excepción en

los puntos en los que se produce un cambio de estado. A la

temperatura de ebullición (o a la de fusión) el proceso de

calentamiento se estanca y aunque sigamos aportando calor

la temperatura no sube hasta pasado un tiempo. El calor

aportado en ese espacio de tiempo se llama calor latente de

ebullición (o de fusión) y representa la energía necesaria para

cambiar la disposición de las moléculas, rompiendo la

cohesión previa, cuando pasa de líquido a vapor (o de sólido a

líquido). Para dar una idea de la importancia del calor latente

diremos que para transformar 1 m3 de GNL a gas a -161°C y

presión atmosférica necesitamos 50 millones de calorías (es

decir, si se aportan 50 millones de calorías a 1m3 de GNL que

se encuentra a -161°C, lo que se obtiene finalmente es esa

misma masa de gas natural en fase gaseosa a -161°C),

mientras que para aumentar 100°C la temperatura de esa

masa de gas solamente necesito 20 millones de calorías.

Resumiendo, hay tres conceptos directores del proceso

de licuación, que son los siguientes:

1) A la temperatura de ebullición (o a la de fusión) el

proceso de calentamiento se estanca y aunque se

siga aportando calor la temperatura no sube hasta

pasado un tiempo

2) El cambio de fase líquido-vapor de un fluido se

produce de distinta manera dependiendo de las

condiciones de presión

3) El efecto Joule-Thomson: la temperatura de un as a

presión disminuye sensiblemente al expandirlo a

través de una válvula reguladora.

Estos son los principios termodinámicos que se

aprovechan en los ciclos frigoríficos de

evaporación/condensación, ya sea en frigoríficos domésticos o

plantas de licuación, con la única diferencia del tamaño de los

equipos.

Las etapas del ciclo frigorífico son:

1) Compresión: aumento de la presión del gas refrigerante

(que se encuentra en su totalidad en fase gas, a baja presión y

a la temperatura del foco frío), en un compresor. En esta fase,

que es la que “mueve” todo el ciclo, el trabajo mecánico se

transforma en aumentar la energía interna del fluido

refrigerante (presión y temperatura)

2) Condensación: enfriamiento y condensación del gas a alta

presión, por medio de ventiladores (si el foco caliente es la

atmósfera) o intercambiadores (si el foco caliente es otro

fluido). Esto es posible porque la temperatura a la salida del

compresor es mayor que la del foco caliente. En esta fase el

refrigerante cede calor al exterior, especialmente durante la

transformación de gas a líquido (el calor latente del cambio de

fase)

3) Expansión: disminución de la presión del –ahora líquido-

refrigerante, en una válvula laminadora (la cual se sitúa a la

entrada del vaporizador para que el proceso sea lo más

adiabático posible). Al bajar la presión baja la temperatura y,

de acuerdo con el diagrama de Mollier, el nuevo punto de

equilibrio se establece en un punto en el que una parte del

líquido se ha vaporizado (la temperatura también disminuye

pero en mucha menor proporción)

4) Vaporización: la vaporización del refrigerante continúa en

el foco frío hasta que toda su masa pase a estado gaseoso. La

expansión de la etapa anterior –o mejor dicho, la relación de

compresión inicial se calcula para que la temperatura final del

refrigerante resulte inferior a la del producto o ambiente que

se quiere enfriar en el foco frío, por lo que el producto o

ambiente a enfriar cede calor al refrigerante en el

intercambiador (cambio de fase a temperatura constante).

Los diferentes refrigerantes usados en el proceso

de enfriamiento

El enfriamiento del gas natural se consigue utilizando

diferentes ciclos de enfriamiento. Podemos hablar por ejemplo

del uso de refrigerantes gaseosos utilizados en

intercambiadores de calor como medio para enfriar el gas

natural, y del el método de tres ciclos de enfriamiento en

cascada. En tales cascadas, la refrigeración puede ser

proporcionada por metano, etileno y propano en secuencia.

Otro sistema conocido usa gases de hidrocarburos como

propano, etano y metano en un único ciclo y un ciclo de

refrigeración de propano separado para proporcionar

enfriamiento de la mezcla de refrigerante y gas natural. El uso

de hidrocarburos como refrigerantes es peligroso

especialmente en ambientes confinados.

Un método alternativo es el desvelado por la US Patent

6023942, que propone el uso de dióxido de carbono como

refrigerante. Este método puede utilizarse en tierra pero

presenta problemas en plataformas marinas. Ya que depende

de un proceso de expansión en bucle abierto como medio

principal para enfriar el chorro de GNL. Los procesos de

expansión como este no permiten se alcancen temperaturas lo

suficientemente bajas y por ello el GNL tiene que mantenerse

a muy altas presiones para mantenerlo en forma de líquido.

Por motivos de seguridad y económicos estas altas presiones

no son apropiadas para ambientes industriales

Un método alternativo es la utilización de procesos

basados en el ciclo del nitrógeno (ver US Patent

6631626), pero tiene la desventaja significativa de una

eficiencia térmica mucho más baja que en un sistema basado

en hidrocarburos. Asimismo, ya que el nitrógeno tiene una

baja transferencia de calor, se requiere una gran área de

transferencia de calor para disipar el calor residual del proceso

en un medio de enfriamiento. Hay que indicar también que en

cualquier proceso de licuefacción de chorros de GNL la

presencia de nitrógeno es problemática debido a la solubilidad

de estos componentes en el GNL presurizado.

La US Patent 7386996 utiliza recientemente un nuevo

proceso basado en dióxido de carbono como refrigerante pero

con un circuito de pre-enfriamiento proporcionado con una

disposición en cascada con el circuito de enfriamiento

principal. Este ciclo evita el peligro de los hidrocarburos en el

circuito de refrigeración principal, a la vez que reduce

sensiblemente el consumo energético. Como indicábamos

anteriormente, en una disposición en cascada, el circuito de

enfriamiento se lleva a cabo por una serie de ciclos de

refrigeración que están típicamente en forma de sistema de

bucle cerrado. La disposición es tal que el chorro de gas pasa

a través de una serie de intercambiadores de calor

interrelacionados que están dispuestos de forma que al menos

un chorro de refrigerante pasa a través de una pluralidad de

intercambiadores de calor en secuencia.

Circuito en cascada de tres etapas

La US Patent Application 20080006053 desvela un

método para licuefacción de gases ricos en hidrocarburos. En

este proceso el gas fluye a través de una cascada de tres

etapas de refrigeración, cada etapa comprendiendo un circuito

de refrigeración y un compresor, donde al menos parte del

flujo de refrigerante del segundo circuito se usa para el pre-

enfriamiento del gas rico en hidrocarburos en la primera etapa

de refrigeración. De esta forma se equilibra la carga en cada

compresor. Estandarizando las unidades de impulsión y los

compresores de los tres circuitos de refrigerante, es posible

maximizar la capacidad de licuefacción del proceso usando

unidades de transmisión y compresores probados. Este

método puede aplicarse a cascadas de refrigerantes mixtos y

circuitos con pre-enfriamiento de dióxido de carbono.

Proceso de enfriamiento del Gas

Para convertir el gas natural en líquido, se enfría el gas tratado

hasta aproximadamente -161 °C, que es la temperatura a la

cual el metano su componente principal se convierte a forma

líquida.

El proceso de licuefacción es similar al de refrigeración

común: se comprimen los gases refrigerantes por intermedio

de un compresor, estos gases ingresan a una torre llamada

caja fria en forma gaseosa y liquida por distintas cañerias y en

los intercambiadores que posee ésta caja fria los gases se

convierten en líquidos fríos, tales como propano, etano etileno,

metano, nitrógeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan

a medida que intercambian calor con una corriente

independiente de gas natural que es el que va a ser licuado al

llegar a los -161 °C.

De este modo, el gas natural se enfría hasta el punto en

que se convierte en líquido. Una vez que el gas ha sido licuado

se almacena a presión atmosférica.

El diseño de estas plantas está gobernado por normas

estrictas, en la industria de GNL hay cuatro diseñadores de

plantas que se usan industrialmente: proceso con

intercambiados de tubos en espiral de Air Products (APCI y

APX), la cascada optimizada de Phillips, el triple ciclo

refrigerante de Linde y el proceso de caja fría con mezcla

refrigerante de Black and Veatch (PRICO).

Todos estos procesos son usados en la industria y

competencias de diseño son realizadas para seleccionar el

proceso que va a generar el proyecto más rentable a lo largo

de toda su vida útil.

Almacenamiento del GNL

El GNL se almacena a -161 °C y a presión atmosférica en

tanques criogénicos especiales para baja temperatura. El

típico tanque de GNL tiene doble pared: una pared externa de

hormigón armado, recubierto con acero al carbono, y una

pared interna de acero niquelado al 9%. La seguridad y la

resistencia son las consideraciones de diseño primarias al

construir estos tanques, los cuales se diseñan para soportar

terremotos y fuertes vientos.

Las funciones que debe cumplir un tanque de almacenamiento

son:

− Retención del líquido

− Estanqueidad del gas

− Aislamiento térmico

− Seguridad del entorno

La permanencia media del GNL en los tanques varía

desde días en las terminales europeas y americanas hasta un

mes en las terminales japonesas.

La función de retención requiere una estructura capaz de

soportar la carga hidrostática del líquido, densidad próxima a

0,5 Kg/m3, y además soportar las bajísimas temperaturas15.

Para asegurar la resistencia estructural al peso del

líquido, se realiza una prueba hidráulica con agua.

La estanqueidad del gas se garantiza con una prueba de

estanqueidad con N2. Los hormigones, que son más porosos

que el acero, llevan una capa metálica como barrera de vapor.

El aislamiento térmico se consigue con aislantes como

perlita, foamglas y fibra de vidrio.

La seguridad se garantiza con condiciones muy estrictas

en el diseño del tanque, las cuales consideran el efecto

sísmico, el impacto de proyectiles y el incendio.

Además, el almacenamiento debe regular las

discontinuidades de la carga / descarga de buques,

permitiendo un tasa estable de producción.

Transporte del GNL

El GNL se transporta a presión atmosférica en buques

especialmente construidos con casco doble. El sistema de

contención de carga se diseña y construye utilizando

materiales especiales para el aislamiento y tanque, para

asegurar el transporte seguro de esta carga criogénica.

El GNL en los tanques de carga del buque se mantiene a su

temperatura de saturación (-161 °C) a lo largo de toda la

navegación, pero se permite que una pequeña cantidad de

vapor se disipe por ebullición, en un proceso que se denomina

"autorrefrigeración". El gas evaporado se utiliza para impulsar

los motores del buque.

Aproximadamente 40% de los buques de GNL

actualmente en servicio cuentan con sistemas de contención

de carga del tipo de membrana, de modo que tienen un

aspecto muy similar al de otros cargueros. El resto de los

buques tienen un sistema de contención de carga más

particular, que incluye cuatro o más tanques esféricos

grandes. Ambos tipos de sistema de contención poseen

antecedentes de operación extremadamente seguros y

confiables.

Regasificación del GNL

Una vez que el buque-tanque de GNL llega a la terminal

de regasificación en la zona de mercado, el GNL es bombeado

desde el barco hasta los tanques de almacenamiento. Los

tanques de GNL son similares a los utilizados en la terminal de

licuefacción.

Luego, el GNL vuelve a su estado gaseoso original. Para

ello, se bombea desde los tanques de almacenamiento y se

calienta con vaporizadores que son unas piletas llenas de agua

la cual recibe calor por intermedio de tres quemadores, a su

vez, se hace circular el GNL por una serpentina que está

sumergida en la pileta antes mencionada. Gracias a éste

proceso el GNL es vaporizado e inyectado al gasoducto.

Puede decirse que las dos partes principales de una planta

de regasificación son los tanques de almacenamiento de GNL

y el muelle de atraque para los buques metaneros.

El resto de la planta puede dividirse en los siguientes grupos:

− Sistemas de captación y descarga de agua de mar

− Equipos principales (regasificadores, relicuador)

− Tuberías

− Servicios auxiliares

− Edificios

Una planta de estas características tiene como misión la

recepción del gas natural licuado, que llega en los buques

metaneros, y después de un período de almacenamiento,

transformarlo a gas para inyectarlo a presión en las redes de

transporte.

Asimismo, después de almacenarlo en los tanques, el

GNL también pude enviarse, mediante camiones cisterna, a

plantas satélite.

Las funciones que debe asegurar un Terminal de regasificación

son:

Descarga.

Por medio de brazos de descarga criogénicos, se hace la

transferencia a los tanques, utilizando las bombas de los

metaneros.

Almacenamiento.

El GNL recibido se almacena durante varios días en

tanques especiales diseñados para condiciones criogénicas.

El bombeo.

Desde los tanques hasta el relicuador o hasta la estación

de carga de camiones lo realizan las denominadas bombas

primarias, que se encuentran sumergidas en los tanques de

almacenamiento. Desde el relicuador hasta la red de gas –

previo paso por los vaporizadores- lo realizan las bombas

secundarias o de alta presión.

Regasificación.

El GNL líquido es calentado bajo presión en los

vaporizadores y transformado en gas a la presión de emisión.

Medida.

El gas se mide a la salida de la planta mediante

contadores de turbina y se regula la presión de emisión.

Odorización.

Las vaporizaciones que se producen en la planta (tuberías,

brazos de descarga, tanques y equipos) son utilizadas, durante

la descarga para devolver gas al barco y se recuperan

mediante compresores, inyectándolos en el relicuador para su

posterior vaporización.

conclusion

Cuando se extrae el gas natural de los yacimientos

subterráneos, a menudo contiene otros componentes que

deben ser eliminados antes de que pueda ser licuado para su

uso:

Azufre, mercurio hidrocarburos pesados, especialmente

benzeno, y dióxido de carbono que puede congelarse y

producir bloqueos en el equipo de licuefacción .

El proceso de licuefacción es similar al de refrigeración

común: se comprimen los gases refrigerantes por intermedio

de un compresor, estos gases ingresan a una torre llamada

caja fria en forma gaseosa y liquida por distintas cañerias y en

los intercambiadores que posee ésta caja fria los gases se

convierten en líquidos fríos, tales como propano, etano etileno,

metano, nitrógeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan

a medida que intercambian calor con una corriente

independiente de gas natural que es el que va a ser licuado al

llegar a los -161 °C.

De este modo, el gas natural se enfría hasta el punto en

que se convierte en líquido. Una vez que el gas ha sido licuado

se almacena a presión atmosférica.

El diseño de estas plantas está gobernado por normas

estrictas, en la industria de GNL hay cuatro diseñadores de

plantas que se usan industrialmente: proceso con

intercambiados de tubos en espiral de Air Products (APCI y

APX), la cascada optimizada de Phillips, el triple ciclo

refrigerante de Linde y el proceso de caja fría con mezcla

refrigerante de Black and Veatch (PRICO).

Todos estos procesos son usados en la industria y

competencias de diseño son realizadas para seleccionar el

proceso que va a generar el proyecto más rentable a lo largo

de toda su vida útil.

Bibliografía

http://todoproductividad.blogspot.com/2009/07/sobre-

las-ultimas-tecnologias-de.html

http://www.imiq.org/documentos/4102007103044.pdf

http://koweindl.com.ar/kya_articulos/

introduccion_al_gas_natural_licuado.pdf

http://www.iae.org.ar/archivos/educ_gnl.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/

Proceso_del_gas_natural_licuado

http://definicion.de/licuacion/