ARBOL PETROQUMICO Y FERTILIZANTES A PARTIR DEL GAS NATURAL

ARBOL PETROQUMICO Y USO DEL GAS NATURAL PARA PRODUCIR AMONIACO Y REA ING. LUIS ASCOY VILLANUEVA18 -19 Abril 2013PRIMERA JORNADA DE PETROQUMICA Y RAMAS AFINESPromocin 1977 VICENTE DELFIN TIZN

EL GAS NATURALSe denomina "Natural" porque no ha sido sometido a ningn proceso de transformacin, slo a separacin de los condensables.QU ES EL GAS NATURAL?Es un combustible gaseoso constituido por una mezcla de hidrocarburos livianos (metano, etano, propano, sulfuro de hidrgeno, dixido de carbono).Su principal componente es el metano (CH4).3

COMPOSICIN PORCENTUAL DEL GAS NATURALUSOS DEL GAS NATURALRESIDENCIAL Y COMERCIALINDUSTRIALALIMENTOSTEXTILCERMICOSCEMENTOMETALRGICAVIDRIOGENERACIN ELCTRICACOGENERACINPETROQUMICAElaboracin: PropiaMateria PrimaCombustibleUSOS DEL GAS NATURALCOMENTARIOS PERIODSTICOS RESPECTO AL USO DEL GAS EN LA ELECTRICIDAD Y PETROQUMICAEL COMERCIO/Domingo 24 de febrero del 2013/9/ EN DEBATEEL GASODUCTO SUR ANDINODebemos pagarlo todos los peruanos?CESAR GUTIRREZEx Presidente de PETROPERUALFREDO DAMMERTEx Presidente de OSINERGMINEL COSTO BENEFICIO NO LO JUSTIFICAEL GASODUCTO DEL SUR ES NECESARIOManido tema ha resultado el gasoducto Sur peruano, con cambio de nombre y expectativas reprogramadas. La razn de fondo la falta de racionalidad econmica del proyecto. Ni el estado ha podido asumirlo dado que las reglas se basan en el costo beneficio que en este caso no es justificable.Hoy estamos ante un nuevo intento gubernamental de realizarlo sobre la base de una ley que ha que ha delimitado cinco tramos: Malvinas-Chimpirina, Kepashiato-Chiquintirca, Kepashiato-Quilabamba, Quillabamba- Anta y Anta-Ilo. Los dos primeros son redundantes a los exitentes, constituyendo una va que brindara seguridad al suministro centralizado hoy entre las regiones de Ica y Lima.De all hacia adelante, solo existe la necesidad de cumplimiento de una oferta electoral demaggica revestida de un discurso regionalista con toques de seudotecnicismo. que suena bien para el beneplcito de los ciudadanos de la zona, pero que no son seriosLa importancia de un ducto de gas natural en el sur del Per es grande. En primer lugar, la llegada de gas natural al sur es una necesidad para los pobladores y para las empresas. El gas natural, en muchos casos, es una alternativa ms econmica que otras fuentes, dando mayor competitividad a la industria y generando empleo en el sur. En segundo lugar , ms de la mitad de la electricidad en el sur proviene del centro del Per, lo cual da lugar a interrupciones y, en general, a problemas de suministro elctrico en la regin. Mayor generacin elctrica a partir del gas resolvera este problema.Aunque est por definirse las caractersticas del ducto de gas natural hacia el sur, se ha dicho que este tendr una capacidad de 420 millones de pies cbicos por da.En conclusin, considero que la construccin del del ducto de gas natural ser beneficiosa para el desarrollo del sur y para la estabilidad del sistema elctrico. Es importante, por otra parte que el ducto que se decida construirse tenga el menor costo. Ser dificil encontrar instituciones que quieran financiarlo, pues no recibiran ningn pago por sus prstamos durante los primeros anos.Csar GutirrezAlfredo DammertUn informe de Macroconsult nos recuerda que la petroqumica en el pas data desde la dcada de los setenta, cuando se dispona de plantas a cargo de Petroper (una planta negro de Humo, una planta de acetona y una planta de fertilizantes de urea y de amonia). En 1992 se cerraron debido a la falta de escala para reducir costos, tecnologas inadecuadas Desde la entrada en operacin comercial de Camisea en agosto de 2004 y, dado el potencial de gas natural (GN) que tiene el pas, se ha comenzado a poner inters en utilizar el GN, no solo como energtico (para la generacin elctrica, industria, transporte, etc.), sino tambin como insumo para la petroqumica.

EXPRESO.COMPer, rumbo a la PETROQUMICALunes, 10 de Diciembre de 2012, 1:16 Desde la entrada en operacin comercial de Camisea en agosto de 2004 y, dado el potencial de gas natural (GN) que tiene el pas, se ha comenzado a poner inters en utilizar el GN, no solo como energtico (para la generacin elctrica, industria, transporte, etc.), sino tambin como insumo para la petroqumica. El GN es una mezcla de hidrocarburos (mix de molculas de carbono y hidrgeno) constituido, principalmente, por metano y etano (GN seco que representa entre 70% y 90% del hidrocarburo) y otros elementos ms pesados, como propano, butano, pentano, etc. (conocidos como lquidos de gas natural o LNG). El metano y etano son los principales insumos para la petroqumica bsica y fina sobre la base de GN.El metano, que es el mayor componente disponible en el GN, es el principal insumo para producir amoniaco y producir urea (petroqumica bsica) o nitrato de amonio (petroqumica intermedia), con el fin de suministrar fertilizantes al sector agrcola y explosivos al sector mineroA la fecha existen en firme cuatro proyectos de inversin por US$6,300millones8GESTIONLunes, 10 de diciembre del 2012, 14:51El grupo peruano-chileno espera concretar el proyecto "en un periodo bastante corto".El consorcio peruano-chileno Nitratos del Per comenzara a operar un complejo petroqumico a inicios del 2012 con una inversin de 650 millones de dlares, luego de que el Gobierno aprobara su futuro emplazamiento en el sur del pas, inform un representante de la empresa.Nitratos del Per, controlado por el grupo peruano Brescia y el chileno Sigdo Koppers, busca que la planta de amonaco tenga una capacidad de produccin de 710,000 toneladas anuales (1,945 TM/Da), y que una de nitrato de amonio de grado industrial alcance una capacidad de 350,000 toneladas anuales (959 TM/Da).Per es uno de los mayores productores de metales del mundo y usa el amonaco y el nitrato de amonio como importantes insumos para la minera y la industria.Este es un proyecto originado fundamentalmente de la idea de que Per no puede seguir dependiendo de la importacin de nitrato de amonio, dijo Jaime Quijandra, representante del consorcio, segn reproduce la agencia Reuters.El proyecto tiene la posibilidad de convertirse en una realidad en un plazo bastante corto, agreg.Quijandra afirm que para financiar la planta, que estar en Pisco, en la regin de Ica, se obtendr un crdito de 400 millones de dlares. Para ello ya se tiene designado al banco de inversin que es el BNP Paribas, seal.

La energa para el polo petroqumico provendr del gas natural de los ricos campos de Camisea, que opera la argentina Pluspetrol, que firm un contrato de abastecimiento por unos 72 millones de pies cbicos diarios, luego de que la mexicana Protexa no llegara a un acuerdo de compra de gas.Pluspetrol tambin abastecer a la estadounidense CF Industries con 100 millones de pies cbicos de gas natural para desarrollar proyectos de rea y amonaco en Ica, con inversiones por 1,000 millones de dlares.El Gobierno peruano impulsa con fuerza el desarrollo de una industria petroqumica que aproveche los cuantiosos recursos del yacimiento de gas natural de Camisea, en la selva de la regin Cusco en el sureste peruano.

Nitratos operara Petroqumica desde 2102 en el pas.9EL ARBOL PETROQUMICO

USO DEL GAS NATURAL PARA PRODUCIR AMONACO Y REALa Urea, por su alto contenido de nitrgeno (46.6%), es considerado como el segundo fertilizante de importancia en la industria, razn por la cual su operacin fue estratgica para el pas, permiti ingresar al mercado nacional aproximadamente 150,000 TM de Urea/Ano con un considerable ahorro de divisas para el pas, e incremento del valor agregado del gas natural.INTRODUCCINInici Operaciones el 25 de febrero de 1975 y concluy en 1993, entre otras razones por falta de Gas Natural (CH4). Suministr al mercado nacional Urea Grado Fertilizante para el agro.El procesamiento del Gas Natural, en la reaccin de reformacin produce: amoniaco (NH3), dixido de carbono (CO2), hidrgeno (H2) y nitrgeno (N2).Se autoabasteca de agua destilada, obtenida teniendo como materia prima el agua de mar. Suministrando una cantidad considerable a la Refinera de Talara, para uso en el proceso de Refinacin del Petrleo.11OBJETIVODiseada para producir 300 TM/Da de amonaco y 510 TM/Da de rea para suministrar a la agricultura nacional.UBICACIN DE LA PLANTAEn la carretera hacia el Distrito de Lobitos, a 6 km. al norte de la ciudad de Talara - Piura Gas Natural de Proceso 7.3 MMPC/DGas Natural combustible 6.6 MMPC/DEnerga Elctrica 16.5 MWAgua Industrial: 48.0 TM/HAgua de Mar 137.1 MTM/DAgua de Enfriamiento 1650.0 TM/HAgua Destilada 2280.0 TM/D

DISPONIBILIDAD DE MATERIA PRIMA Y SERVICIOS La Planta de Fertilizantes necesita bsicamente de Gas natural de Proceso como materia prima y de los siguientes servicios: Gas natural combustible, energa elctrica y agua de mar. La necesidad, disponibilidad y requerimientos se exponen a continuacin:

Las necesidades de la planta son las siguientes:A continuacin se incluye un cuadro que detalla la capacidad de diseo, disponibilidad actual y requerimientos de los principales servicios para la operacin de la Planta:CUADRO N1: COMPLEJO DE FERTILIZANTES - DESCRIPCION GENERAL DEL PROCESO

CAPACIDAD DE LA PLANTAUNIDADES DE PROCESOPlanta de Fertilizantes cuenta con cuatro plantas operativas, que se distribuyeron en el denominado Complejo de Fertilizantes. Estas son:Planta de AmonacoPlanta de Servicios AuxiliaresPlanta de UreaSeccin de Movimiento de Productos y Contra Incendio.DESCRIPCIN DEL PROCESOEsta Planta se usa el proceso CHEMICO (Chemical Corporation).El reactor usado es el tipo TVA (Tennesse Valley Authority).La fabricacin del Amoniaco en esta planta se divide en 5 grandes etapas de procesos: (Ver Cuadro N2).SECCIN AMONACOPreparacin del Gas de Sntesis.Purificacin.Compresin .Sntesis de Amonaco.Refrigeracin.Ver Cuadro N2 PNG AMONIACOCUADRO N2: COMPLEJO DE FERTILIZANTES DIAGRAMA DE BLOQUES PLANTA DE AMONACO Preparacin del Gas de SntesisPosteriormente el Gas desulfurado es mezclado con vapor y precalentado, antes de ser introducido a travs del lecho cataltico de los tubos del Reformador Primario.En este horno de Reformacin, el gas natural reacciona con el vapor para formar hidrgeno y xidos de carbn, segn las siguientes reacciones:El gas natural es precalentado y luego es introducido a travs del desulfurador que dispone de un catalizador de ZnO que absorbe los compuestos sulfurosos.DesulfurizacinReformacin Primaria20El gas parcialmente reformado y caliente, es mezclado con aire comprimido caliente en la relacin de H/N=3/1 y luego reformado en el Reformador Secundario. El calor de Reaccin en ste equipo lo provee la reaccin de combustin de una pequena porcin del gas de proceso,El calor para esta reaccin endotrmica se provee a travs de la combustin de gas natural combustible y purga de gas disponiblePNG = 8,200 NM3Vapor = 25 Tm/HrAire = 11,200 NM3Efluentes Reformador Primario:

CH4 = 13.21 % vol.CO = 8.76CO2 = 10.47 H2 = 67.56Reformacin SecundariaEfluentes Reformador Secundario:

CH4 = 0.60 % vol.CO = 12.67CO2 = 7.69H2 = 56.33 N2 = 22.42 Ar = 0.2921PurificacinConversinLa Conversin Primaria , HTS (High Temperture Shift), es realizada a 390 C, en cambio la Conversin Secundaria, LTS (Low Temperature Shift), se realiza a 210 C; utilizando diferente catalizador para promover la reaccin.

La mayora del calor contenido en los gases que salen del Reformador Secundario y convertidores de CO es recuperado a travs de calderetas (waste heat- boilers) las cuales producen vapor para uso del proceso en la planta.

Conversin Primaria (HTS)Conversin Secundaria (LTS)Efluentes Reactor HTS:

H2 = 60.29 % vol.N2 = 20.39CO = 2.45CO2 = 16.60 CH4 = 0.55 Ar = 0.26Efluentes Reactor LTS:

H2 = 61.12 % vol.N2 = 19.96CO = 0.31CO2 = 17.82 CH4 = 0.54 Ar = 0.2523Remocin de CO2AbsorcinAlta Presin: 25 Kg/cm2Baja Temperatura: Entrada Gases, 120 C, Salida Gases 70 CCO2 + H2O = H2CO3H2CO3 + K2CO3 = 2KHCO3RegeneracinBaja Presin: 0.7 Kg/cm2Alta Temperatura: Entrada Gases, 120 C, Salida Gases 102 CKHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2Componentes de la Solucin CATACARBK2CO3: 25% peso (Absorbente)100-H: 5% volumen (Inhibidor de Corrosin)251-H: 12% volumen (Catalizador)30S/WBU: 0.5 lt/daMetanacinEntrada al Reactor:

H2 = 74.29 % vol.N2 = 24.26 CO = 0.38 ppmCO2 = 0.10 ppmCH4 = 0.66 % vol. Ar = 0.31 El reactor de la metanacin no se debe operar a una temperatura superior a 427 C, el catalizador es pirofrico, a temperatura menor a 150 CEfluentes del Reactor:

H2 = 73.89 % vol.N2 = 24.64 CO = 10.00 ppmCO2 = 10.00 ppm CH4 = 1.15 % vol.Ar = 0.32 En la seccin sntesis la mezcla de la corriente de gas fresco y gas de reciclo, es inicialmente enfriada con gases de amonaco, recalentada y pasada hacia el convertidor de amoniaco. En este equipo, parte del nitrgeno e hidrgeno reaccionan exotrmicamente en presencia de un catalizador para formar amonaco. Despus de pasar a travs del convertidor una parte del amonaco es condensado a la salida con la porcin remanente del gas de salida del convertidor retornado por el compresor de circulacin. El amonaco condensado es separado y enviado a la Planta de rea.CompresinSntesis de Amonaco Entrada Reactor Amonaco:

H2 = 57.81 % vol.N2 = 19.62 Ar = 5.53 CH4 = 13.08 NH3 = 3.96 Efluente Reactor Amonaco:

H2 = 49.11 % vol.N2 = 16.21 Ar = 5.60 CH4 = 14.55 NH3 = 14.53 El amonaco lquido es usado como lquido enfriante en la seccin sntesis para condensar los gases de sntesis reciclada. Luego, el amonaco liquido es vaporizado en los condensadores enfriadores de amonaco y comprimido por los compresores de refrigeracin, enfriado y licuado para usarlo posteriormente. Los gases de venteo y purga de la seccin sntesis tambin son enfriados con amonaco lquido para condensar los gases de amoniaco contenidos en ellos, antes de usar los gases no condensables como fuente de gas combustible en los quemadores del Reformador Primario. El amonaco refrigerado usado para este servicio es comprimido en un compresor booster a una presin conveniente para el compresor de refrigeracin principal.Refrigeracin29SECCIN SERVICIOS AUXILIARES

CUADRO N3: COMPLEJO DE FERTILIZANTES - DIAGRAMA DE BLOQUES SERVICIOS AUXILIARES30El complejo de Fertilizantes capta directamente agua del mar, desde un punto situado a 3.0 km de la Planta.El agua de mar es usado en el tren de intercambiadores como agua de enfriamiento, y en la Planta de Destilacin para producir agua destilada.A continuacin se describen brevemente las unidades con que cuenta la Planta de Servicios Auxiliares .UNIDAD DE CAPTACIN DE AGUA DE MARUNIDAD DE DESTILACIN AGUA DE MAREn esta unidad el agua de mar destilada en un Evaporador Flash de etapa mltiple, consistente de 25 etapas para obtener 130.0 TM/h de agua destilada, con una conductividad mxima de 10 micro mhos/cm.

31En esta unidad el agua destilada es desmineralizada por medio de resinas de intercambio inico. La conductividad del agua llega a valores mximos de 0.1 micro mhos/cm.UNIDAD DE DESMINERALIZACINUNIDAD DE GENERACIN DE VAPORUNIDAD DE GENERACIN DE CO232Este sistema es del tipo abierto, con enfriamiento del agua (cooling water) con 2 ventiladores de tiro forzado y esta alimentado continuamente con agua destilada (make up). La mayor parte de este fluido es usado para el enfriamiento de los intercambiadores de calor y bombas de la Planta de Amoniaco (80%) y planta de Urea (20%).SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTOSECCIN UREASntesisDescomposicinRecuperacin Cristalizacin y Prillado La Planta de Urea utiliza el proceso MITSUI TOATSU TOTAL RECYCLE C-IMPROVED PROCESS, de procedencia japonesa

La Planta puede dividirse en 4 grandes secciones:CUADRO N4: COMPLEJO DE FERTILIZANTES - DIAGRAMA DE BLOQUES PLANTA DE UREA

Seccin Sntesis de reaLa Urea es producida por una reaccin altamente exotrmica entre el amonaco y el dixido de carbono para formar carbamato de amonio, seguida posteriormente de una reaccin de deshidratacin, ligeramente endotrmica del carbonato de amonio, para formar rea. Las reacciones principales que ocurren son las siguientes:Estas reacciones qumicas son reversibles. Las variables principales que las afectan son: la temperatura, presin, composicin de las corrientes de alimentacin y tiempo de residencia.36La conversin de Urea es limitada por la presencia de agua en incrementada por un exceso de amoniaco. Esta reaccin qumica se realiza en un recipiente de alta presin donde el tiempo de residencia es de aproximadamente 25 minutos.Debido a que la reaccin de sntesis de rea es exotrmica debe tenerse especial cuidado en controlar la temperatura del reactor, esto se logra por la combinacin de los siguientes factores:Debido a la naturaleza corrosiva de los reactantes y productos de la reaccin el reactor est protegido por un Lining de titanio, a lo largo de todas las superficies en contacto con los fluidos de proceso.Normalmente, los reactantes pueden corroer el Titanio, pero la adicin de pequeas cantidades de oxgeno tiende a pasivarlo de tal manera que al final se obtiene un tiempo satisfactorio de vida de este equipo. Cantidad de amoniaco en exceso. (4/1 molar)Rgimen de solucin de Reciclo.Temperatura de precalentamiento del amoniaco lquido.Seccin DescomposicinLos productos de la reaccin de sntesis son: rea, Biuret (indeseable dmero de la rea), carbamato de amonio, agua y amoniaco en exceso. La siguiente etapa tiene como funcin separar la Urea de los productos de reaccin. Debido a que la hidrlisis consume rea, sta reaccin no es deseada y se debe controlar para minimizar las prdidas de producto. La reaccin de hidrlisis es favorecida a alta temperatura y baja presin, por lo que las condiciones de operacin deben ser cuidadosamente seleccionadas para evitar estos factores y mantener un alto rendimiento en la produccin de Urea.Esta reaccin de descomposicin se lleva a cabo a temperaturas entre 120C y 165C. El decrecimiento de la presin e incremento de la temperatura favorecen la descomposicin.Durante esta etapa se produce la reaccin de hidrlisis de la Urea de acuerdo a la siguiente reaccin:La formacin de Biuret es otro factor que debe ser considerado en la descomposicin. A baja presin parcial de amonaco y a una temperatura arriba de 90 C, la Urea se descompone para formar amonaco y biuret tal como lo muestra la siguiente reaccin:Esta reaccin es reversible y las principales variables que la afectan son la temperatura, la concentracin de amoniaco y el tiempo de residencia.La concentracin de Urea que ingresa al cristalizador es de 75% en peso.El biuret es fcilmente producido en la Urea fundida o solucin de Urea concentrada, a concentraciones bajas de amoniaco. Pero en el paso de sntesis, un exceso de amoniaco ayuda a mantener la concentracin de biuret baja.

En el proceso Mitsui Toatsu Total Recycle Improved Process, se usa el mtodo de reciclo de la solucin. La mezcla de gases de amoniaco y dixido de carbono proveniente de los descomponedores es absorbida en una solucin de Urea y agua en los respectivos absorbedores, y luego retornada al reactor de sntesis de Urea. Seccin de RecuperacinSeparacin y reciclo de gases.Separacin como gases y reciclo en una solucin o slurryEl amonaco en exceso es purificado en un absorbedor de alta presin y reciclado, separadamente al reactor.41Este licor madre despus de absorber los gases mencionados es finalmente retornado al reactor donde el biuret es convertido a rea, en presencia de un exceso de amoniaco y de acuerdo al la siguiente reaccin:Seccin Cristalizacin y PrilladoLa solucin de Urea que sale de los descomponedores es cristalizada al vaco y los cristales separados por medio de centrfugas.En esta etapa se usa eficientemente el calor de cristalizacin para evaporar agua a baja temperatura y cristalizar al vaco.Los cristales secos son transportados a la parte superior de la torre por medio de una tubera neumtica. Luego, son fundidos y pasados a travs de distribuidores (rociadores para formar el prill de Urea por enfriamiento de aire a contracorriente. La Urea recibida en el fondo de la torre es tamizada para remover los prills sobredimensionados, luego es enviada al rea de almacenamiento, donde ser envasada.Para efectuar este trabajo esta seccin cuenta con 2 mquinas cosedoras, una faja transportadora principal de 80 m. de longitud, 28 transportadores, un elevador de cangilones, dos balanzas envasadoras, adems de otros equipos menores. Es capaz de envasar hasta 1100 T.M/ da.Seccin Movimiento de ProductosEsta seccin tiene como objetivo envasar y almacenar o despachar la produccin de Urea, en sacos de 50.0 kg. Para lo cual dispone de la siguiente capacidad de almacenamiento:Urea a granel : 2,500 T.MUrea Envasada : 10,000 T.M.En el cuadro No 5 se muestra un diagrama simplificados de los equipos principales.

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CUADRO N5: COMPLEJO DE FERTILIZANTES - DIAGRAMA DE BLOQUES MOVIMIENTO DE PRODUCTOSPLANTA ELECTRICA La Planta de Fertilizantes consume aproximadamente 16.5 MW. Existiendo actualmente, una exportacin de 8.0 MW y por lo tanto aproximadamente de 24.5 MW de consumo.En esta planta existen tres unidades de generacin de corriente elctrica (turbinas MITSUBISHI) cada una de las cuales tiene una capacidad nominal de 18 Mega Watts (MW) de potencia. de las cuales tiene una capacidad nominal de 18 Mega watts (MW) de potencia. Operativamente slo dos turbinas trabajan, mientras la tercera se encuentra como Stand By. Esto significa que la capacidad de la planta elctrica es de slo 36 Mega Watts (MW).CATALIZADORES

EXPERIENCIAS DE PROBLEMAS PRESENTADOS LUEGO DE 20 ANOS DE OPERACINEvaporador de Destilacin Agua de Mar EV-101 Problema: Fallas en los tubos, cabezales de tubos, cajas de salmuera, Corrosin Tipos pitting/Crevice. Solucin: Mejora en la metalurgia, uso de nodos de sacrificio.2. Reformador Primario Tubos HK-40. Problema: Corrosin por alta Temperatura, luego de 100,000 horas de operacin Solucin: Recomendacin para reemplazo.Esferas de Almacenamiento de AmonacoProblema: Corrosin tipo PittingSolucin: Parchado provisional en los puntos de fuga.Reactor de reaProblema: Picadura del linnig de Titanio, por corrosin tipo PittingSolucin: Recomendacin para reemplazo485. Compresor de Recirculacin de Amonaco AK-603 Problema: Falla de los rodajes. Solucin: Efectuar inspeccin/cambio de rodajes cada 2 anos.6. Intercambiadores de Calor Problema: Corrosin y ensuciamiento de los Tubos de enfriadores interetapas de los compresores de gas de sntesis H2/N2. Solucin: Mejoramiento en el Tratamiento del cooling water.

Ensuciamiento de Intercambiador AE-603 B con slime

Hot Point en Ducto de entrada a Caldereta AE-10151