Alternativas Tecnológicas para la Obtención de

Gas y Gasolina en Especificación

Juan Martín Pandolfi | Tecnajpandolfi@tecna.com

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Introducción

¿Cómo hago para obtener Gas Natural en condiciones de transporte ycomercialización?

¿Es relevante la composición del Gas producido?

¿Existen alternativas para el Tratamiento de Gas? ¿Vale la penaexplorarlas?

¿Cuál es la manera más eficiente (económica) de tratar una corrientede Gas Natural?

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¿Qué Gas Voy a Producir?Ventana de Gas y Petróleo en Vaca Muerta

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Gas RicoComp. %molC1 83,88C2 6,52C3 3,09iC4 1,05nC4 0,96iC5 0,59nC5 0,34C6+ 0,65N2 1,54CO2 1,37MW 20,3

Gas PobreComp. %molC1 89,60C2 5,16C3 1,72iC4 0,63nC4 0,52iC5 0,32nC5 0,26C6+ 0,54N2 0,81CO2 0,44MW 18,7

Ventana de GasGas PobreC3+ < 5%

Ventana de PetróleoGas Rico C3+ > 5%

3,99 % 6,68 %

Especificación de Gas Natural

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Gas Natural en Especificación – Res. 259/08 (ENARGAS)

Parámetro Requisito Flexibilizada

Vapor de Agua (H2O) 65 mg/Sm3 =

Dióxido de Carbono (CO2) 2,0% mol(*) 2,5% mol 3,0% mol

Total de Inertes 4,0% mol(*) 4,5% mol N/A

Oxígeno (O2) 0,2% mol =

Sulfuro de Hidrogeno (H2S) 3 mg/Sm3 6 mg/Sm3

Azufre Entero 15 mg/Sm3 20 mg/Sm3

Hidrocarburos Condensables (HC) -4°C a 5500 kPa(a) (*)

Poder Calorífico Superior (PCS) Min 8850 kcal/Sm3Max 10200 kcal/Sm3 N/A

Temperatura 50°C =

Partículas sólidas y líquidas Sól <5 micrones =

Indice de Wobbe (PCS/d^0.5) Mín 11300 kcal/Sm3Máx 12470 kcal/Sm3 =

Ajuste de Punto de Rocío

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Trat. GasGas Natural Gas Tratado

(On Spec)

Condensado

(¿On Spec?)

Pto Rocío HC

-4°C @ 55 bara

Especificación de Condensado/ Gasolina Natural

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Condensado / Gasolina Natural en Especificación

Parámetro GPA Res 44/91 SE Otras

Presión de VaporReid (RVP) 10 a 34 psia 15 psia 14 psia

Evap a 140FEvap a 275F

25 a 85%vol> 90%vol

C4- < 6 %vol

Punto Final < 375F < 375F

Agua 1% Sin Agua Libre

Sales 100 mg/m3

Condensado / Gasolina Natural en Especificación

Presión de VaporReid (RVP) 12 psia

Emisiones Atmosféricas NO

Ajuste de Punto de Rocío y Estabilización de Condensado

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Trat. Gas(Pto de Rocío)

Trat. Condensado

(Estabilización)

Gas Natural Gas Tratado

(On Spec)

Off-Gas(Off Spec)

Condensado

(On Spec)

Condensado

(Off Spec)

Pto Rocío HC

-4°C @ 55 bara

RVP

12 psia

Reciclo Mezcla

Ajuste de Punto de Rocío- Alternativas Tecnológicas - Visión General -

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ENFRIAMIENTO Y SEPARACIÓN Refrigeración Mecánica (MRef) Auto-refrigeración Válvula de Expansión (VExp) Turbo-Expansión (TExp) Otros (Vortex Tube, Supersonic

Separation/Twister)

ABSORCIÓN Lean Oil Refrigerated Lean Oil

ADSORCIÓN TSA (Temperature Swing Adsorption) PSA (Pressure Swing Adsorption)

DIFUSIÓN Membranas

Caso de Estudio

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Condiciones de Borde

Caudal Entrada 5,0 MMSm3/d

Presión Entrada 72,4 barg

Temperatura Entrada 25°C

Composición

Gas Pobre:18,7 g/gmol

Gas Rico:20,3 g/gmol

Presión Gas Salida Mínimo 70 barg

Gas Pto de Rocío:-4 @ 55 bara

Condensado RVP:12 psia

Refrigeración Mecánica Convencional- Esquema de Reciclo vs Mezcla -

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Refrigeración Mecánica Convencional- Parámetros Clave - Reciclo vs Mezcla -

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ParámetrosGas Pobre Gas Rico

Reciclo Mezcla Reciclo Mezcla

Gas en Especificación, 10^6 4,96 Sm3/d 4,96 Sm3/d 4,93 Sm3/d 4,93 Sm3/d

Gasolina en Especificación 8,6 Sm3/h 8,5 Sm3/h 14,6 Sm3/h 14,7 Sm3/h

Caudal de Off-Gas, 10^6 0,11 Sm3/d(2,2 %)

0,11 Sm3/d(2,2 %)

1,04 Sm3/d(20,8 %)

3,29 Sm3/d(65,7 %)

Calor intercambiado en integración térmica (E1+E3) 4767 kW 5309 kW 8294 kW 6659 kW

Enfriador de Gas con Propano(E-2) 1228 kW 1216 kW 3447 kW 10790 kW

Evaporador de Columna Estabilizadora (E-13) 942 kW 893 kW 4699 kW 7860 kW

Compresión (Refrigeración, Reciclo) 891 kW 964 kW 3717 kW 18321 kW

Consumo de gas combustible 682 Sm3/h 701 Sm3/h 2256 Sm3/h 6381 Sm3/h

El Impacto del Off-Gas

En composiciones de Gas Pobre el destino del Off-Gas proveniente dela estabilización tiene un impacto menor.

En composiciones de Gas Rico el destino del Off-Gas proveniente dela estabilización es muy significativo.

La opción óptima en una planta con Gas Rico es recircular el Off-Gas ala entrada del proceso.

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Ajuste de Punto de Rocío- Explorando Alternativas Tecnológicas -

Refrigeración Mecánica Convencional

Válvula de Expansión

Refrigeración Mecánica con Doble Separador

Turbo-Expansión

Refrigeración Mecánica con Reciclo Líquido

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Esquema de Proceso- Refrigeración Mecánica Convencional -

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Esquema de Proceso- Válvula de Expansión -

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Esquema de Proceso- Refr. Mec. con Doble Separador -

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Esquema de Proceso- Turbo-Expansión -

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Esquema de Proceso- Refr. Mec. con Reciclo Líquido -

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Comparación de Alternativas Tecnológicas- Parámetros Claves -

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PARAMETROS CLAVE(para Gas Rico)

Refr.Mecánica

Válvula de Expansión

Doble Separador

Turbo-Expansión

RecicloLíquido

Gas en Especificación, 10^6 4,93 Sm3/d 4,93 Sm3/d 4,94 Sm3/d 4,94 Sm3/d 4,94 Sm3/d

Gasolina en Especificación 14,6 Sm3/h 14,3 Sm3/h 14,3 Sm3/h 14,4 Sm3/h 13,9 Sm3/h

Caudal de Off-Gas (% Gas de Entrada) 20,8 % 7,0 % 10,8 % 8,0 % 4,4 %

Calor intercambiado en integración térmica (E1+E3) 8294 kW 4497 kW 5919 kW 4456 kW 4315 kW

Enfriador de gas con propano (E-2) 3447 kW 0 kW 2535 kW 0 kW 1868 kW

Evaporador de Columna Estabilizadora (E-13) 4699 kW 2717 kW 3175 kW 2746 kW 1785 kW

Compresión (Refrigeración, Reciclo, Gas de Salida) 3717 kW 6383 kW 2397 kW 3256 kW 1436 kW

Consumo de gas combustible 2256 Sm3/h 2307 Sm3/h 1229 Sm3/h 936 Sm3/h 773 Sm3/h

Comparación de Alternativas Tecnológicas- Costo Diferencial -

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CAPEX DIFERENCIAL[MMUSD]

Refr.Mecánica

Válvula de Expansión

Doble Separador

Turbo-Expansión

RecicloLíquido

Intercambiadores de Calor Línea de Gas 2,72 1,34 2,31 1,34 1,98

Otros Equipos (Separador, Válvula JT, Turbo-Expander) 0,62 0,65 1,24 2,39 1,57

Sistema Propano Refrigerante 5,68 - 4,86 - 4,15

Estabilización y Fluido Térmico 4,17 3,17 3,43 3,19 2,57

Sistema Gas de Reciclo 5,37 3,51 4,06 3,62 2,74

Sistema Compresor Salida - 13,36 - 4,12 -

Total CAPEX Diferencial,MMUSD 18,56 22,04 15,89 14,66 13,01

Comparación de Alternativas Tecnológicas- Costo Diferencial -

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CAPEX / OPEX DIFERENCIAL [MMUSD]

Refr.Mecánica

Válvula de Expansión

Doble Separador

Turbo-Expansión

RecicloLíquido

Total CAPEX Diferencial,MMUSD 18,56 22,04 15,89 14,66 13,01

Beneficio CAPEX,MMUSD 0,00 -3,48 2,67 3,90 5,55

Gas Combustible (@ 5USD/MMBTU), MMUSD / Y 3,40 3,47 2,31 1,71 1,16

Beneficio OPEX,MMUSD / Y 0,00 -0,07 1,09 1,69 2,24

∆VAN (10%, 5Y),MMUSD -31,45 -35,19 -24,65 -21,15 -17,41

Beneficio VAN (10%, 5Y),MMUSD 0,00 -3,74 6,80 10,30 14,04

Comparación de Alternativas Tecnológicas- Aspectos Complementarios -

Algunas restricciones adicionales podrían afectar la ponderacióneconómica de las posibles configuraciones o incluso descartarlas porser técnicamente inviables.

Disponibilidad / Criterio de Equipos de Reserva

Rango de Operación / Capacidad Mínima

Capacidad de Equipos Estándar / Equipos No disponibles para lascapacidades deseadas

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Comparación de Alternativas Tecnológicas- Extrapolando Resultados -

El impacto positivo de las diferentes configuraciones posibles para GasRico también se evidencian para composiciones de Gas Pobre.

La implementación de cambios de configuración en plantas existentespodría permitir,

Procesar composiciones distintas a las de diseño,

Aumentar la capacidad de tratamiento de gas,

Reducir el consumo de gas combustible (costos operativos),

Aumentar la eficiencia energética.

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Resumen

Existen múltiples alternativas posibles para la configuración de unaplanta de tratamiento de Gas Natural con una dada composición deentrada.

La composición de gas tiene un impacto substancial en laconfiguración del proceso óptimo económico.

La solución energéticamente más eficiente no necesariamente es la demayor costo de implementación

Las soluciones de estantería con procesos convencionales no siempreson las más económicas. Existen procesos más eficientes(económicos) que la configuración clásica.

Vale la pena explorar las posibles soluciones.24