CAPITULO v Estudio de Ingenieria

Administración de Empresas

Ingeniería del Petróleo y Gas Natural

Gestión I/2013

CAPITULO VINGENIERIA

1 F.I.CH. “Facultad Integral del Chaco” U.A.G.R.M.



Gestión I/2013

Objetivo del capitulo

Objetivo General

Determinar el proceso de producción y la tecnología a utilizar para la obtención

de líquidos.

Objetivos Específicos

Estudiar el proceso Fischer Trospch y analizar las variables.

Determinar la función de producción que optimice el empleo de los recursos.




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PROPIEDADES DE MATERIAS PRIMAS Y PRODUCTOS

En el presente proyecto, el gas natural boliviano será la materia prima principal en el

diseño del reformador primario para la producción de gas de Síntesis por reformación

con vapor de agua para su posterior conversión en el reactor de Fischer Tropsch a

petróleo sintético o líquido sintético.

La composición del gas natural boliviano que se empleará en el presente proyecto es la

siguiente:

Tabla #. Composición del Gas Natural (P = 23.47 Bar, T = 62 ºf)

La transformación

de gas natural a combustibles líquidos ultra limpios es un proceso de pasos múltiples

que involucra procesos catalíticos, en algunos casos con una gran liberación de

energía, que separa las moléculas de gas natural (predominantemente metano) para

formar una mezcla gaseosa de hidrógeno y monóxido de carbono. Esta mezcla es

denominada gas de síntesis (syngas), y las vuelve a unir para dar lugar a moléculas

mas largas, debido al reacomodo de las moléculas de hidrógeno y carbono. Con esta


Nº Compuesto

Peso Molecular

% Molar Yi

1 CH4 16.04 93.55 0.93552 C2H6 30.07 4.20 0.04203 C3H8 44.10 0.84 0.00844 i-C4H10 58.12 0.01 0.00015 n-C4H10 58.12 0.03 0.00036 i-C5H12 72.15 0.01 0.00017 n-C5H12 72.15 0.01 0.00018 CO2 44.01 0.06 0.00069 N2 28.01 1.29 0.0129

17.0642 100.00 1.0000



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tecnología se pueden obtener dos tipos de productos principalmente: hidrocarburos

líquidos (diesel, nafta, queroseno, Jet-Fuel, parafinas) y Oxigenados (dimetileter y

metanol).

Para la obtención de estos productos, el proceso es igual hasta la generación del

syngas. Luego, dependiendo del producto que se desee, los procesos catalíticos y las

condiciones de la reacción cambian, ya que la polimerización de las cadenas es

diferente.

Tabla# .Propiedades del Diésel Sintético y Diésel Convencional

PROPIEDAD Diésel Sintético

Diésel Convencional

EspecificaciónNorteamerican

a(ASTM D 975)

Especificación

Europea(CEN 590)

Gravedad API a 60°F

51.9 35.86 - Max. 36

Aromáticos (%vol. total)

- 28.3 Max. 35 -

Poliaromáticos (% vol.)

- - - Max. 11

Oleofinas (%vol.) - 1.4 - -Saturados

(%vol.)>99 70.3 - -

Cont. de azufre, % peso

< 1 ppm 0.03 Max. 0.05 Max.0.035

Número de cetano (CN)

73.6 46.7 Min. 40 min. 51

Índice de cetano (CI)

74.1 46.6 Min. 40 -

Además, la densidad del combustible GTL es más baja que de los combustibles

convencionales (0.78 Kg/lt comparados a 0.82-0.85 Kg/lt) en el caso del diesel.

ETAPAS BÁSICAS EN LA TECNOLOGÍA GTL




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El proceso Fischer-Tropsch consta de tres etapas principales y una serie de sistemas

adicionales.

Primera etapa: Generación del Gas de Síntesis, el gas natural previamente

purificado, reacciona con oxígeno y/o vapor, dependiendo de la reacción

utilizada, para obtener una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono

Segunda etapa: Producción de petróleo sintético, la mezcla de gas obtenida

anteriormente es catalíticamente transformada en cadenas lineales largas de

hidrocarburos por medio de la síntesis de Fischer-Tropsch (FT).

Tercera etapa:Hidrocraqueo, el resultado de esta reacción es una mezcla de

moléculas que contiene de 1 a 50 o más átomos de carbono, que posteriormente

son convertidas en productos comerciales, por medio de técnicas

convencionales de refinación "upgrading".




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PRIMERA ETAPA

GENERACIÓN DEL GAS DE SÍNTESIS




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Las tecnologías para obtener el syngas, son procesos conocidos y han sido usados en

muchas aplicaciones comerciales como los primeros procesos para producir hidrógeno,

amoniaco y metanol (Korobitsyn, 2000). Actualmente existe una gran variedad de

procesos entre los que se destacan:

Reformado de vapor

El reformado de vapor es un proceso endotérmico realizado en presencia o no de un

catalizador (Ni/Al) a altas temperaturas (1023 - 1173 K), es usado ampliamente en la

industria aunque necesita de una gran cantidad de energía y por lo tanto es muy

costoso (Doria y Siallagan, 2000). La reacción que tiene lugar es:

CH4 + H2O CO + 3H2 ΔH ° 298=206 kj.mol-1


GENERACION DE VAPOR

REACTOR CATALITICO

ENFRIAMIENTO DEL GAS Y

RECUPERACION DE CALOR

GAS NATURAL

AGUA

GAS DE SINTESIS



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Oxidación parcial

En el proceso exotérmico de oxidación parcial, el gas natural es oxidado parcialmente

con oxígeno puro para producir hidrógeno y monóxido de carbono. Este proceso es

relativamente costoso debido a que el consumo de oxígeno puro requiere de una planta

de separación de aire y llevar a cabo, además, la reacción sin catalizador involucra alta

presión y alta temperatura. Por a esto, en algunos casos se usa como catalizador

generalmente el aluminio (Schlichting, 2003). La reacción que tiene lugar es:

CH4 + ½ O2 CO + 2H2 ΔH ° 298=-38 kj.mol-1

Reformado de CO2

El proceso de reformado de CO2 es más endotérmico que el reformado de vapor.

En éste se produce una fracción H2/CO de 1:1, esta relación es desventajosa para la

conversión Fischer- Tropsch. La reacción tiene utilidad en una planta para transportar

calor en forma química desde un lugar a otro dentro de la misma factoría. Se lleva a

cabo mediante la siguiente reacción:

CH4 + CO2 2CO + 2H2 ΔH ° 298= 247 kj.mol-1

Reformado auto térmico

El reformado auto térmico (ATR) une ligeramente la oxidación parcial y el reformado de

vapor, por lo cual ambas reacciones se llevan a cabo en un mismo reactor. Produce gas

de síntesis con una relación de H2/CO aproximadamente de 2, que parece ser la

óptima para la reacción Fischer- Tropsch. El aire puede ser usado directamente en

lugar de oxígeno puro y el resultado es un gas de síntesis disuelto con N2, en este

proceso se requieren reactores ligeramente más grandes que la oxidación parcial, pero




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se elimina la planta de separación para obtener oxígeno puro, de esta forma se reduce

el costo del capital para la construcción de la planta. La reacción se lleva a cabo con un

catalizador de níquel a altas temperaturas (1173 -1273 K) y presiones moderadas (1,6 -

2 MPa). Este proceso con aire es aplicado comercialmente por empresas como

Syntroleum, donde el nitrógeno es retirado después de realizar la conversión Fischer-

Tropsch.

Figura. Proceso de reformado auto térmico




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SEGUNDA ETAPASÍNTESIS DE FISCHER-TROPSCH

(FT)11 F.I.CH. “Facultad Integral del Chaco” U.A.G.R.M.



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En esta etapa el syngas es convertido por medio de un catalizador de hierro o cobalto,

a crudo sintético siguiendo principalmente la reacción de Fischer- Tropsch:


ALIMENTACION DE HIDROCARBURO

LÍQUIDO

REACTOR ENFRIAMIENTO DEL GAS Y SEPRACION DE

PRODUCTOS

GAS DE SINTESIS

AGUA

GAS DE SALIDA

DIESEL SINTETICO



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Los productos obtenidos dependen en gran medida de la composición del gas de

síntesis (fracción H2/CO), tipo de catalizador utilizado, tipo de reactor, condiciones de

operación (presión y temperatura) y del procesamiento final de la mezcla obtenida en

esta etapa. Si las condiciones de temperatura son bajas (473 -513 K) se obtiene

principalmente diesel, y si son altas (573 – 623 K) se obtiene principalmentegasolina.

Los productos de la síntesis Fischer-Tropsch forman una compleja mezcla

multicomponente con una variación sustancial en el número de carbono y tipo de

producto. Los productos principales son parafinaslineales y α-oleofinas. Según

(Anderson, 1956), la distribución de hidrocarburos en el producto se puede describir por

la ecuación de Anderson-Schulz-Flory (ASF): mn=(1-α) αn-1 con mn como la fracción

molar de un hidrocarburo con longitud de cadena n y factor de probabilidad de

crecimiento α independiente de n. El valor de α determina la distribución del número

total carbonos en los productos Fischer-Tropsch. El rango de α depende de las

condiciones de la reacción y del tipo de catalizador. (Dry, 198 2) reportó rangos típicos

de α para el Ru, Co, y Fe: 0,85-0,95, 0,70-0,80 y 0,50- 0,70, respectivamente.

REACTORES FISHER- TROPSH (FT)

La reacción FT es altamente exotérmica por lo cual el principal desafío para el diseño

de los reactores es remover el calor liberado, ya que si no se realiza eficientemente se

genera sobrecalentamiento, ocasionando altos depósitos de carbón sobre el catalizador

y una formación abundante de metano. Actualmente existen cuatro tipos de reactores,

dos de ellos consideran los requerimientos de las operaciones moderadas, y los otros

se utilizan en operaciones convencionales, debido a que se construyeron hace muchos

años.




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Originalmente los reactores de lecho fijo fueron utilizados para todas las operaciones a

baja temperatura; mas tarde fueron diseñados como reactores de lecho fijo multi-

tubulares; son utilizados comercialmente por Sasol en Sudáfrica quienes los denominan

ARGE, y Shell en Malasia, típicamente operan entre 453-523 K a un rango de presiones

entre 1 - 1,5 MPa.

Bajo estas condiciones el reactor opera en tres fases (gas, líquido y sólido). En cuanto a

los reactores a alta temperatura de lecho fluidizado que operan en dos fases (gas y

sólido), su interés en operaciones modernas ha disminuido drásticamente,

principalmente por los altos costos de operación y construcción que estos representan.

Lecho fijo

Uno de los más tempranos desarrollos en los reactores Fischer-Tropsch fue el lecho fijo

tubular, después de muchos años Ruhrchemie y Lurgi refinaron este concepto a lo que

hoy es conocido como el reactor ARGE de alta capacidad.

Estos reactores generalmente contienen 2000 tubos rellenos con catalizadores de

hierro inmersos en agua para remover el calor.

La temperatura del baño de agua es mantenida en el reactor por el control de la

presión, alta velocidades de entrada del syngas y con reciclo del gas obtenido de la

reacción. El syngas es introducido por la parte superior del reactor y los productos se

obtienen por la parte inferior. La eficiencia de la conversión se encuentra en un 70%.

Los reactores operan a 2-3 MPa, y 493-533 K. El tiempo de vida de los catalizadores es

de 70-100 días y su remoción es muy difícil.

Reactor fase Slurry

Este, es otro diseño de reactor a baja temperatura y fue considerado desde los años 50

por su pionero Kolbel. El reactor Slurry opera en tres fases y consiste en un lecho de

catalizadores suspendidos y dispersos en líquido (Productos FT). El gas de síntesis es

burbujeado desde la parte inferior del reactor, logrando un excelente contacto con los




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catalizadores. Los reactores Slurry son optimizados con los catalizadores. Los reactores

Slurry o reactores Fischer-Tropsch son optimizados a baja temperatura para una

producción alta de ceras y baja de metano.

Comparado con el reactor ARGE, el Slurry ofrece las siguientes ventajas:

Mayor control de la temperatura

Fáciles de construir

Sencillos de operar

Bajo costo (75% menos)

Alta conversión de productos

Menor carga y mayor tiempo de vida de los catalizadores. Debido a que el

reactor trabaja en tres fases, en la corriente de salida de productos se obtiene

una pequeña cantidad de catalizadores, los cuales son recuperados y cargados

nuevamente al reactor.

Lecho fluidizado circulante

Estos reactores operan a 623 K y 2,5 MPa. La corriente combinada de syngas y gas de

reciclo entran al reactor por la parte inferior y se ponen en contacto con los

catalizadores que bajan de la tubería vertical por medio de una válvula.

La alta velocidad del gas arrastra los catalizadores (ocasionando que se lleve a cabo

la reacción) hasta la zona donde el calor es removido; luego son transportados hasta

una tolva de gran diámetro donde los catalizadores se asientan y los productos

gaseosos salen del reactor por medio de un ciclón, para que luego su temperatura se

disminuya y se obtengan los productos líquidos. Los reactores SYNTHOL son

físicamente muy complejos e involucran circulación de una gran cantidad de

catalizadores. Además, poseen capacidad limitadas de 1,200 m3 por día.

Lecho fluidizado




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Estos reactores fueron diseñados por Sasol, y han remplazado los reactores de lecho

fluidizado circulante (SYNTHOL convencional). Su funcionamiento se representa asi: el

syngas es introducido dentro de un distribuidor y luego inyectado en un lecho fluidizado

de catalizadores, los cuales se encuentran suspendidos debido a la velocidad de los

gases.

En el momento en que se suspenda el sistema, los catalizadores caen sobre una malla;

después de producida la reacción, los gases producidos salen por la parte superior,

antes pasando por unos ciclones, que permiten separar, las pequeñas cantidades de

catalizadores, arrastrados por los gases producidos. El calor dentro del reactor es

removido por un intercambiador de calor inmerso en el lecho. Los nuevos reactores

comparados con los convencionales son casi la mitad en cuanto a costos de

construcción y tamaño para la misma capacidad de producción, poseen mejor eficiencia

térmica con menores gradientes de temperatura y presión a lo largo del reactor, operan

a más bajo costo y con mayor flexibilidad (en cuanto a distribución de productos).




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CATALIZADORES FT

Los metales más activos para la síntesis Fischer - Tropsch son el níquel (Ni), hierro

(Fe), cobalto (Co) y rutenio (Ru), pero se ha comprobado que los más adecuados para

producir hidrocarburos de mayor peso molecular (en el rango de destilados medios),

son el hierro y el cobalto.

La producción de gas de síntesis en modernos gasificadores de carbón (como los de la

empresa Sasol o Shell) y de residuos de petróleo pesado, tienen un alto contenido de

CO comparado con el gas de síntesis obtenido del gas natural.

- Si el syngas posee una fracción de H2/CO menor de 2, entonces la reacción del

CO con el vapor de agua

(CO + H2O ↔ CO2 + H2)

es denominada WGS por sus siglas en inglés Water Gas Shift, es importante debido a

que se aumenta la cantidad de hidrógeno, por lo cual se utilizan los catalizadores de

hierro ya que poseen una alta actividad en presencia de esta reacción.

- Por otra parte, si la fracción de H2/CO es 2, se utilizan los catalizadores de

cobalto, los cuales no poseen actividad en presencia de esta reacción.

Principales catalizadores utilizados en la reacción Fisher- Tropsh




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QUÍMICA DE LA SÍNTESIS DE FT

La parte intrínseca de la cinética de la síntesis Fis-cher-Tropsch (FT) es el gradual

aumento de la cadena, en efecto, es una polimerización de los grupos metilo (-CH2-)

en presencia del catalizador. La reacción de Fischer-Tropsch es una manera muy fácil

de repre-sentar lo descrito anteriormente, pero realmente se llevan a cabo reacciones

simultáneas para producir un amplio rango de oleofnas, parafnas, y componentes

oxigenados (alcoholes, aldehídos, y ácidos). También se realiza la reacción de

Bourdouard (2CO ↔ Cs + CO2), la cual es la responsable de producir el carbón que se

deposita sobre los catalizadores ocasionando su desactivación (Stuart, 2003). Además,

como se men-cionó anteriormente, si se utilizan los catalizadores de hierro se genera la

reacción secundaria denominada WGS. Teóricamente sólo el metano puede producirse

en un 100%; el otro producto que se puede producir a una alta fracción son las ceras




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pesadas, lo cual se logra principalmente utilizando catalizadores de Co, el cual poseen

una probabilidad de crecimiento de la cadena mayor que el Fe. La gasolina tiene un

valor máximo de 48% en peso, la máxima fracción de diesel es de aproximadamente

40% y varía dependiendo del número de carbonos.

Fig. Probabilidad de distribución de productos por catalizador




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La probabilidad de crecimiento de la cadena (α) puede ser evaluada por la pendiente

del diagrama log X n versus n.

La Tabla #, muestra que para cada temperatura existen dos probabilidades de

crecimiento de la cadena α: Uno para los hidrocarburos alrededor de 8 átomos de

carbono y otra para mayor número de átomos de carbono (cadenas más largas).

Tabla # .Probabilidad de crecimiento de la cadena para diferentes temperaturas

Temperatura Probabilidad de Crecimiento de la Cadena




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(ºC) (α)C3 – C8 C9 – C18

200 0.68 0.97225 0.78 0.94250 0.80 0.88

Con el incremento de temperatura, la probabilidad de crecimiento de la cadena

disminuye para los hidrocarburos de cadena larga y aumenta para los hidrocarburos

de hasta 8 átomos de carbono (C), respectivamente. Por lo tanto, más hidrocarburos

con cadenas largas son formados a bajas temperaturas.

Tabla # .Distribución de productos para tres temperaturas de reacción diferentes

Temperatura (ºC)

Fracción molar, % molar de carbono

Metano

C2 + GLP

C5 – C10 (Gasolina)

C11 – C20 (Fracción de

diesel)

C21+ (Ceras)

200 2.1 3.9 4.7 12.6 76.7

225 3.7 7.0 13.0 23.0 53.3

250 6.4 12.4 26.9 31.7 22.6

La Tabla # muestra un resumen de los diferentes hidrocarburos en grupos de

productos. A una temperatura de reacción de 200 ºC, más del 75% de los productos

formados son ceras y solamente pequeñas cantidades de gasolina y de diesel-oil son

producidas. A 250 ºC, la distribución del producto es totalmente diferente: Solamente

23% de los hidrocarburos producidos son ceras y cerca del 30% son gasolina y diesel,

respectivamente. Por lo tanto, la distribución de los productos de la síntesis Fischer-

Tropsch depende fuertemente de la temperatura de reacción.




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El diesel-oil con un número de cetano de más de 70 tiene una buena calidad. La cera

no contiene azufre u otras impurezas y es una alimentación excelente para el

hydrocracking y así producir destilados medios como diesel-oil y jet fuel.

Tabla # . Propiedades de los combustibles de procesos fischer-tropsch

Constituyente (%) Peso

Densidad (%)Oleofinas

Peso Mol. Promedio

NºCarbonos

Presión BajaGasol (C3+C4) 12 - 50 - (C3+C4)Gasolina a 185 ºC 49 0.689 37 100 C4-C10Gasolina a 200 ºC 54 0.693 34 115 C4-C11Dieseloil, 185-220 ºC 29 0.760 15 190 C11-C18Dieseloil, 185-320 ºC 24 0.766 13 205 C12-C19Cera liviana, 320-450 ºC

7 0.900 Lodine 2 - >C18

Cera pesada 3 0.930 Lodine 2 - -

Presión MediaGasol (C3+C4) - - 30 - 66 % C4,

33% C3

Gasolina a 185 ºC 35 0.685 20 100 C4-C10Gasolina a 200 ºC 40 0.689 18 115 C4-C11Dieseloil, 185-220 ºC 35 0.760 10 190 C11-C18Dieseloil, 185-320 ºC 35 0.766 8 205 C12-C19Cera liviana, >320 ºC 30 0.900 Lodine 2 - >C18

Cera liviana, >330 ºC 25 0.900 Lodine 2 - >C19




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TERCERA ETAPAHIDROCRAQUEO




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La última etapa es la unidad de mejoramiento del producto, en la cual se utiliza un

hidrocraqueador, a un costo menor comparado con una refinería de crudo, debido a la

calidad de las cadenas largas de hidrocarburos.

En este proceso se consume una pequeña cantidad de H2 y se produce una pequeña

cantidad de gas. Aparte de esto, es independiente de las unidades de todo el proceso

ya que la generación del gas de síntesis debe estar sincronizada con la síntesis de

Fischer-Tropsch.

En esta instancia las ceras obtenidas de la etapa anterior se convierten en los

productos finales como: nafta, diesel y lubricantes, para luego ser comercializados en

mercados internacionales o locales. Estos productos poseen mejores propiedades

comparadas con los obtenidos de la refinación convencional de crudo; los productos

líquidos tienen menor cantidad de aromáticos, no contienen azufre, nitrógeno y

metales, y están constituidos principalmente de parafinas. Estas características colocan

a los productos en un lugar privilegiado en el mercado, debido principalmente a las

especificaciones y regulaciones, que en el presente y en el futuro cercano están

exigiendo los entes medioambientales y los acuerdos internacionales entre países

desarrollados.

El diesel GTL se puede obtener en una planta de este tipo hasta en un 70% - 80%.

Este es incoloro, inodoro, y de baja toxicidad. Por las características del diesel GTL,

este se convierte en un producto con un amplio mercado internacional, ya que presenta

mejores especificaciones de calidad, y menor descarga en emisiones de partículas

contaminantes, que las requeridas en el futuro, por los entes reguladores ambientales

(Japón y Estados Unidos, 30 ppm de contenido de azufre para el año 2008). La nafta

es el segundo producto en cantidad que se produce en una planta GTL y varía entre el

15 y el 25% de la producción total, dependiendo del tipo de proceso que se utilice. Este

producto es de muy alta calidad y altamente parafínico; pero con la desventaja que

presenta un bajo octanaje y por lo tanto no es adecuado para abastecer motores a




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gasolina. Por otra parte es ideal como alimento para la manufactura de etileno y

parafina natural. La nafta GTL posee un octanaje (ROM) de 40, mucho menor que el

octanaje de la gasolina convencional de 83.

Pequeñas cantidades de productos oxigenados (principalmente etanol, metanol, n-

propanol, n-butanol y acetona) pueden también ser obtenidos a partir de la corriente del

agua de reacción. Por otro lado, las ceras obtenidas en el proceso, mediante

hidroprocesamiento, pueden ser convertidas en cantidades adicionales de queroseno,

jet fuel, solventes y productos especializados.




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DISEÑO DE LA PLANTA


TANQUE DE DIESEL

TANQUE DE NAFTA

SALA DE HQS

Administración de EmpresasIngeniería del Petróleo y Gas Natural

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DIAGRAMA DEL PROCESO




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MAQUINARIA Y EQUIPOS

A continuación se presenta la lista de los equipos necesarios para la construcción

de una planta de GTL.

Tabla # .Maquinaria y Equipo

EQUIPO DETALLE CANTIDAD

Reformador de Metano Dimensiones:21.834*35.49*12 m P =

2900 Kpa

2

Separador

Bifásico (Vertical)

D = 2.60 m; L = 10.7 m P = 2369.83 Kpa 2

Torre Absorbedora de

CO2

D = 3.20 m; H = 8.4 m; 11 platos P =

2369.83 Kpa

2

Columna Regeneradora

de MDEA

D = 3.53 m; H = 7.62 m; 10 platos P =

101.325 Kpa

2

Reboiler P = 135.799 Kpa 4

Condensador P = 66.85 Kpa 4

Separador Bifásico

(Horizontal)

D = 3.81 m; L = 4.038 m P = 66.75 Kpa 2

Intercambiador de

Coraza y tubos

P = 2438.8 Kpa 2

Intercambiador de

Coraza y tubos

P = 2404.33 Kpa 2

Intercambiador de

Coraza y tubos

P = 66.851 Kpa 2

Intercambiador de

Coraza y tubos

P = 135.799 Kpa 2

Bomba Centrífuga 3600 rpm; PSAL = 2369.83 Kpa 12




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Válvula Isentálpica P = 2369.83 Kpa 12

Compresor centrífugo Potencia = 3266 Hp; 1800 rpm 2

Reactor de F-T D = 7 m; H =29.7 m; P =2500 Kpa 2

Separador Trifásico D =1.7 m; H =7.8 m; P =2305 Kpa 2

Fraccionamiento de Petróleo Sintético 1

Varios

TOTAL 57

TECONOLOGIA IPC (INGENIERÍA, PROCURA Y CONSTRUCCIÓN)

Es un servicio global de desarrollo de proyectos "llave en mano". A través de este

servicio el cliente puede disfrutar de las ventajas de delegar en un único proveedor

la responsabilidad del diseño, construcción y puesta en marcha de su proyecto.

Para que el cliente sólo tenga que preocuparse de operar la Planta o proceso

industrial. Las empresas que trabajan con estas tecnologías IPC, se encargan de

diseñar y ejecutar todas las actuaciones previas para entregarla en perfectas

condiciones, todo ello realizado y supervisado por un equipo de profesionales

altamente calificado. Para así evitar pérdidas de tiempo y dinero en la

construcción. La implicación como único responsable, garantiza evitar problemas

de coordinación y los sobrecostes que conlleva la diversificación de

responsabilidades.

La ingeniería incluye las labores desde el movimiento de suelos hasta la

instalación de las máquinas sobre sus bases; la procura consta de las tareas de

contrato, adquisición y traslado de los equipos hasta el predio donde funcionará la

planta y la construcción abarca las obras civiles necesarias para la instalación de

las máquinas.




Gestión I/2013

Responsabilidades:

La empresa de fiscalización asumirá la responsabilidad total por la Fiscalización el

seguimiento, control, verificación de la Ingeniería, la Procura, Construcción,

Puesta en Marcha y Operación de las tareas requeridas incluidas en el alcance.

Alcance:

El alcance de las tareas a realizar por la fiscalización, consistirá en la presentación

de todos los servicios necesarios para la fiscalización, seguimiento, control,

verificación para la ejecución y completamiento del Proyecto en referencia

(Ingeniería, Procura, Construcción, Puesta en Marcha y Operación).

Normas Aplicables:

Los trabajos deberán ajustarse a la Legislación Boliviana, a los estándares de

ingeniería, estándares y códigos internacionales, además de la Normas

Internacionales de Calidad, Seguridad, Salud Ocupacional y Medio Ambiente (ISO

9001, ISO 14001, OHSAS 18001), las mejores prácticas de ingeniería, legislación

sobre los aspectos de salud, seguridad y medio ambiente, aplicando las últimas

versiones de estándares, códigos y prácticas recomendadas en la industria

detallándose a continuación y sin ser limitativas:

ASTM: American Society for Testing and Materials

NACE: National Association of Corrosion Engineers

NFPA: National Fire Protection Association

IEC : International Electro technical Commission

ISA : Instruments Society of America

API : American Petroleum Institute

ANSI: American National Standards Institute

ASME: American Society of Mechanical Engineers




Gestión I/2013

EPA : Environmental Protection Agency

MSS : Manufacturers Standardizations Society of the Valve an Fittings

Industry

NEC : National Electrical Code

NB : Normas Bolivianas

Considerando que la construcción del Proyecto es una actividad de alta

responsabilidad, compromiso y jerarquía, el personal asignado a la misma deberá

guardar en todo momento el compromiso de una buena gestión demostrando un

alto grado de responsabilidad, profesionalismo, educación, cooperación,

cumplimiento de las normas técnicas y conducta.

Ingeniería de Detalle:

Al inicio del Proyecto la fiscalización elaborará un Plan de fiscalización de la

Ingeniería de Detalle, el cual será revisado y aprobado por GTL BOLIVIA S.A.M.

El mismo contemplará la planificación de la ingeniería de la Contratista del IPC y

del Proveedor, las cuales serán comentadas para optimizarlas.

La Fiscalización realizara el seguimiento a las actividades de la ingeniería de

detalle elaborada por el Contratista y el Proveedor realizando el análisis,

revisiones, comentarios, a la documentación generada, salvaguardando los

intereses del Contratante y el objeto de la contratación.

Este plan definirá todos los requisitos asociados a procedimientos (metodologías,

sistemas de gestión de documentos, formatos, etc.) relacionados sin ser limitativo:

Revisar el listado maestro de los planos y documentos en general de la

ingeniería de detalle a ser desarrollados por el Contratista y el Proveedor.

Revisar todos los tangibles de la ingeniería de los procesos.

Revisar el diseño de detalle de los equipos principales para realización de

la procura.




Gestión I/2013

Revisar el diseño de detalle de los principales equipos que impactan las

garantías del proceso.

Procura:

Al inicio del Proyecto, la Fiscalización deberá elaborar un Plan de Fiscalización de

Suministros el cual será revisado y aprobado por GTL BOLIVIA S.A.M. Dicho plan

definirá principalmente las metodologías de fiscalización de las compras para el

Proveedor y la Contratista del IPC.

El Encargado de Suministros deberá reportar al Coordinador de Fiscalización en

forma directa y coordinará con el Encargado de Ingeniería de Fiscalización la

asistencia que se requiera del equipo de ingeniería.

La Fiscalización deberá realizar el seguimiento de las compras realizadas por la

Contratista de IPC y el Proveedor, garantizando que se cumplan las normativas

establecidas tanto desde lo técnico como desde lo formal y que las mismas se

encuentren dentro del cronograma del Proyecto.

Adicionalmente, el plan establecerá las medidas para minimizar los retrasos en el

Proyecto

El plan deberá contener una lista de los materiales críticos. Para estos, serán

aplicados los siguientes lineamientos:

- Todas las actividades requeridas para la gestión de compras de estos ítems

tendrán especial prioridad y que serán manejadas independientemente del

resto de los suministros. Esto incluye el seguimiento especial de los procesos

de evaluación de las propuestas y su documentación.

- La planificación propuesta para estos ítems será seguida con mayor detalle en

conjunto con el Contratista del IPC y el Proveedor.

- Los procedimientos de envío, inspección y verificación.

- Revisión del plan de logística con suficiente antelación para evitar retrasos

asociados.




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- El Personal de Fiscalización deberá realizar seguimiento al transporte de los

equipos desde el Puerto correspondiente hasta las oficinas de la Aduana y

lugar de emplazamiento en la Obra previa verificación de un funcionario de

Aduanas.

- Verificara que todos los materiales y equipos lleguen con toda su

documentación en orden: certificaciones de calidad, de pruebas, manuales,

etc.

- El encargado de Construcción deberá reportar al Coordinador de Fiscalización

en forma directa y coordinará con el Encargado de Ingeniería la asistencia que

se requiera del equipo de ingeniería durante el periodo de fabricación.

La Fiscalización debe prestar asistencia técnica a GTL BOLIVIA S.A.M.

recibiendo, procesando, evaluando las eventuales consultas u observaciones

técnicas, relativas al diseño, fabricación u otro factor generadas por el Proveedor

generando las recomendaciones necesarias directamente a GTL BOLIVIA S.A.M.

Construcción:

El Encargado de Construcción junto con su equipo de soporte deberá fiscalizar el

avance de las tareas en base de un Plan de Fiscalización de Construcción

aprobado por YPFB no siendo limitativas.

Dicho plan definirá principalmente las metodologías de fiscalización para la

Construcción y la forma de asegurar que cumplan con las especificaciones

técnicas, normas internacionales de ingeniería, calidad, seguridad, salud y medio

ambiente y lo establecido en las Especificaciones Técnicas adjuntas.

La Fiscalización realizara el seguimiento, control, verificación en obra a tiempo

completa.

La Fiscalización verificara el cumplimiento de lo solicitado en el pliego de

especificaciones técnicas y sus documentos anexos del IPC, en lo referente a la

movilización, instalación de campamento, oficinas, talleres, almacenes, áreas de




Gestión I/2013

acopio y otros, para que todas las actividades que sean desarrolladas estén

dentro de las exigencias de calidad, seguridad, salud, medio ambiente.

La Fiscalización controlara que todos los trabajos de construcción, procesos de

montaje, soldadura, pintado, aislación, pruebas hidráulicas, etc., sean ejecutados

en estricto cumplimiento de la Ingeniería de Detalle y la aplicación de las Normas

de

Calidad, Seguridad, Salud y Medio Ambiente, incluidas las medidas de

prevención, mitigación y control ambiental según el EEIA.

Validara la instalación definitiva de los equipos tras haber verificado el

posicionamiento, la verticalidad y nivelación según la tolerancia de montaje

permitido.

Debe asegurar que en los Reportes Diarios de Obra consten todas las

informaciones relativas a las fechas efectivas de inicio y conclusión de las tareas

o etapas de la obra, los avances diarios de actividades y otras informaciones que

se generan en la actividad diaria de la fase de trabajo y que luego se plasmarán

en el RDO para su correspondiente registro y observaciones.

La Fiscalización deberá elaborar los Informes Diarios de Fiscalización (IDF`s) en

formato propio o de GTL BOLIVIA S.A.M., donde se indiquen las labores

específicas realizadas por cada Fiscal en su área, así mismo las observaciones,

clima, cantidad de equipos y herramientas del contratista, novedades relevantes,

las deficiencias o falta de los recursos (mano de obra, equipos, herramientas,

instrumentos, materiales, insumos, etc.) Identificación de desvíos tanto de

Calidad como de SMS y las actividades a programar para el día siguiente.

De igual manera deberá verificar que la documentación técnica utilizada en la

ejecución de los trabajos corresponde a la última revisión aprobada, y verificar

que la Contratista del IPC dispone de un sistema de gestión documental que




Gestión I/2013

asegura que los documentos técnicos utilizados por los Subcontratistas

corresponden a la última edición.

La Fiscalización deberá participar en el análisis del avance ejecutado por la

Contratista del IPC, verificando la conformidad con los plazos contractuales, con

los recursos materiales, equipos y de personal colocados a disposición de la obra.

La Fiscalización deberá elaborar un Plan de Planificación y Control de Costos

para realizar el seguimiento y control al Contratista del IPC y al Proveedor.

Asimismo analizara, y evaluara el avance físico de la obra, identificando e

informando anticipadamente a GTL BOLIVIA S.A.M., cualquier desviación y/o

riesgo en el cronograma establecido, recomendando acciones necesarias, para

garantizar el cumplimiento de los plazos contractuales.

La Fiscalización revisara los informes semanales y mensuales, analizando y

comentando el avance físico y financiero de las obras y recomendando

providencias a ser tomadas por GTL BOLIVIA S.A.M. en relación a la Contratista

de IPC para la corrección de eventuales deficiencias en la ejecución de los

servicios.

Coordinar y participar activamente en las reuniones semanales y mensuales de

proyecto emitiendo criterios y recomendaciones a GTL BOLIVIA S.A.M. sobre las

desviaciones o deficiencias identificadas como parte de su labor de Fiscalización.

Asistir de forma efectiva a GTL BOLIVIA S.A.M. en el proceso de medición de los

servicios, verificando, aprobando y certificando las cantidades y volúmenes

efectivamente ejecutados.

La Fiscalización debe prestar asistencia técnica a GTL BOLIVIA S.A.M.

Recibiendo, procesando, evaluando las eventuales consultas u observaciones

técnicas, relativas al diseño, construcción u otro factor generadas por la

Contratista del IPC generando las recomendaciones respectivas directamente a

GTL BOLIVIA S.A.M.




Gestión I/2013

Llevar a cabo la fiscalización de los servicios ejecutados por el Contratista del IPC

de acuerdo con las especificaciones contractuales en las diferentes fases, dando

el soporte necesario en todas las fases de la obra, verificando y evaluando el

cumplimiento a las normas y requisitos contractuales.

Cualquier divergencia eventual encontrada o medida preventiva/correctiva

necesaria, deberá ser notificada directamente a GTL BOLIVIA S.A.M.

Puesta en Marcha y Operación:

La empresa de Fiscalización deberá realizar seguimiento y control de la puesta en

marcha y operación a ser desarrolladas por la Contratista de IPC en base de un

Plan de Fiscalización aprobado por GTL BOLIVIA S.A.M.

Con suficiente anticipación al comienzo de la puesta en marcha y operación, el

equipo de la Fiscalización verificara y analizara toda la documentación

desarrollada por la Contratista del IPC y el proveedor, para detectar cualquier

desvío de forma oportuna y evitar retrasos en estas fases.

Posteriormente la Fiscalización desarrollara las siguientes actividades, dentro de

las cuales se incluye sin ser limitativas:

Seguimiento de la planificación del pre comisionado.

Seguimiento del registro de temas pendientes y del cierre de los mismos por parte

de la Contratista de IPC.

Desarrollo del Punch List (Lista de trabajos pendientes) de inspección.

El monitoreo de la puesta en marcha de los equipos en conformidad con los

instructivos de funcionamiento de los proveedores.

La observación de la secuencia de puesta en marchar de las unidades.

Identificar los problemas mecánicos de arranque y recomendar un programa de

corrección.




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Analizar y evaluar los resultados de desempeño y operación comparando los

mismos contra las garantías de la Contratista del IPC y el Proveedor.

Recomendar la aceptación o rechazo de los resultados de desempeño y

operación, verificar la recepción del correspondiente certificado al finalizar la

prueba.

Realizar un monitoreo del programa de capacitación de los operadores en

conformidad con los requerimientos del Contrato con el Contratista del IPC y el

proveedor.

Notificar a GTL BOLIVIA S.A.M. que las instalaciones se encuentran “listas para la

puesta en marcha”.

Las operaciones de puesta en marcha serán dirigidas por la Contratista del IPC en

coordinación con el Proveedor. La Fiscalización deberá realizar dichas tareas y

deberá asistir a GTL BOLIVIA S.A.M. con el personal que sea requerido.

Personal:

Para la Fiscalización de las actividades de Ingeniería, Procura, Construcción y

Puesta en Marcha y Operación de la planta GTL SANTA CRUZ, la Empresa

proponente adjudicada deberá asignar personal profesional idóneo para que, en

estrecha coordinación con GTL BOLIVIA S.A.M. puedan fiscalizar dichas

actividades.

Según el requerimiento, deberá incluir en su propuesta, un Coordinador de

Fiscalización, quien tendrá la función de gerenciamiento del proyecto, de modo de

asegurar una buena relación con GTL BOLIVIA S.A.M. y facilitar el desarrollo de

las tareas.

El Coordinador de Fiscalización tendrá la responsabilidad de llevar adelante las

tareas requeridas para lograr los objetivos planteados para la cual desarrollará el

Plan de Ejecución del Servicio del Proyecto y Plan de Calidad.




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Organización:

Junto con la Oferta, el Contratista presentara un Organigrama con descripción

clara de Puestos clave y personal comprometido, adjuntando los Currículos Vitae

con sus respaldos del personal clave propuesto como ser:

Coordinador de Fiscalización

Encargado de Fiscalización de Ingeniería

Encargado de Fiscalización de Calidad, Seguridad, Salud y Medio Ambiente

Encargado de Fiscalización de Planificación y Control de Costos

Encargado de Fiscalización de Suministros,

Encargado de Fiscalización de Fabricación y Construcción

Encargado de Fiscalización de Pre comisionado, Comisionado, Puesta en marcha

y Operación.

El personal clave necesariamente deberá cumplir con experiencia especificada en

el DBC.

EMPRESAS QUE TRABAJAN CON LA TECNOLOGÍA IPC

Aesa-Linde

OAS-Tecnimont

Saipem-Sinopec

Técnicas Reunidas

Hyundai

Samsung

CONCLUSION.

Después de haber observado las características de cada una de las tecnologías

utilizables para la generación de combustibles sintéticos se decidió utilizar el

reactor de lecho de lodos con catalizador de hierro debido a que es más ventajoso




Gestión I/2013

para nuestro proyecto y económicamente más barato y estos superan

notablemente a las demás tecnologías en cuanto a la amplia experiencia industrial

que es muy importante para la seguridad tecnológicas y económica del proyecto.

Otro aspecto muy importante que se tomó en cuenta fue, la disponibilidad de

datos, características propias de cada tecnología, cinéticas de los fluidos en los

equipos y otras variables que serán aplicadas para el diseño del reactor. Esto nos

da mayor confianza al utilizar estas tecnologías pues las demás aún están en

desarrollo y también porque el reactor de Lodos con Columnas Burbujeantes es

una de las últimas tecnologías probadas al escala industrial y que ha dado

excelentes resultados.

Después de analizar los aspectos importantes de las diferentes tecnologías, se

concluye que en el proyecto, se utilizará la tecnología referida al Reactor de Lodos

para la generación de petróleo Sintético pues ésta posee ventajas muy amplias en

cuanto a la experiencia industrial, parte económica y cierta disponibilidad de datos

para su operación y posterior diseño.

El catalizador utilizado será el Hierro (Fe) que es también el más atractivo para el

proceso debido a su tendencia de formar cadenas más pesadas de hidrocarburos

sintéticos.

Con respecto a la construcción de la planta se utilizara la tecnología IP (Ingenieria,

Procura Y Construccion) para asi evitar perdidas de tiempo y dinero en la

construcción. La implicación como único responsable, garantiza evitar problemas

de coodinacion y los sobre costes que conlleva la diversificación de

responsabilidades.




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Reactor de Lodos de Columna Burbujeante (Reactor de Fischer – Tropsch):

Las correlaciones y ecuaciones fueron desarrolladas de conceptos básicos, es

decir, conservación de masa y equilibrio, combinados con la cinética de la

reacción del catalizador de hierro así como los coeficientes de transferencia de

masa, gas, líquido, y retención de la fase sólida, las constantes de la ley de

Henrry, velocidad mínima de fluidización, y la velocidad final obtenidas de

correlaciones empíricas. Los perfiles de concentración y conversión fueron

determinados por la variación de variables importantes en el proceso:

Velocidad de la fase liquida y constante de velocidad.

El reactor de lodos de columna burbujeante (SBC) es actualmente el mejor

para la síntesis de F-T y hasta el momento ha demostrado superioridad sobre

el lecho fijo y otros diseños de reactores por numerosas razones

Flexibilidad para la operación en modo continuo o semicontinuo.

Alta capacidad térmica para la eliminación de calor y mantenimiento

de condiciones isotérmicas.

Capacidad de funcionamiento sobre una amplia gama de

temperaturas y presiones.

Buen mezclado.

Reducida velocidad de desactivación del catalizador debido al efecto

de lavado del líquido en el catalizador.

Facilidad de reemplazo del catalizador.

Alta eficiencia del catalizador, y bajo capital de costo.




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El modelo de operación de la síntesis de F-T en un reactor de lodos de

columna burbujeante es una parte importante del diseño y permite la predicción

de su comportamiento sin la experimentación y puede ayudar a la optimización

de variables de operación y parámetros de diseño

Propiedades de materias primas y productos:

El reactor de lodos de columna burbujeante, que se presenta en el grafico 37,

consiste de tres fases: gas (α), líquido (β), y sólido (γ). La fase gas comprende la

mezcla de los reactantes, CO e H2 y otros como inertes, que se levanta a través

del lodo liquido/sólido en forma de una burbuja.




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Grafico # 37. Reacción de Fischer-Tropsch en un reactor de lodos de

columna burbujeante.

- Iiα (z) es la transferencia de la especie i a partir de la faseα a la fase β;

- Iiβ (z) es la transferencia de la especie i a partir de la faseβ a la faseℽ

- Giℽ (z) es el índice heterogéneo de la reacción de la especie i.

- El uso de una alta capacidad calorífica de hidrocarburos líquidos e

intercambiadores de calor permite el fácil mantenimiento de las

condiciones isotérmicas para la reacción de F – T altamente exotérmica.

El balance de equilibrio (cantidad de movimiento), que es considerado más

adelante, permitirá la determinación de la caída de presión a través del reactor

y proporcionará una valoración del caso limitante de la velocidad mínima de

fluidización.

El balance de energía térmica no será considerado debido al fácil

mantenimiento de las condiciones isotérmicas. Puesto que el volumen de los

tubos intercambiadores de calor es pequeño comparado al volumen vacío del

reactor, su efecto sobre la hidrodinámica puede ser despreciable.

CONDICIONES DE ALIMENTACION AL REACTOR DE F-T

P0 = 2500 Kpa

T0 = 523 °K


°K352=TaKp0 = 234FP



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Grafico # 38. Esquema del reactor de Fischer-Tropsch

Mediante la operación práctica, la corriente líquida que sale del reactor de lodos

de columna burbujeante se recircula y vuelve a la entrada del reactor La mayoría

de los reactores de fase lodosa utilizan partículas de catalizador menores a 0.005

m.

Aunque el uso de partículas finas de catalizador con diámetros en el margen de 2

– 50 µm permite a las partículas suspender en la fase líquida sin recirculación del

flujo líquido; las partículas finas crean un problema y desafío en la separación de

la corriente líquida.

Determinación de los flujos a la salida del reactor de Fischer – tropsch:

Generalmente las reacciones toman lugar bajo temperaturas moderadas (200 a

300 ºC) y presiones moderadas (10 a 40 Bares; 145 a 580 Psia) utilizando

catalizadores de Fe o Co. La longitud de la cadena de los hidrocarburos de

Fischer – Tropsch depende de factores como temperatura, tipo de catalizador y

tipo de reactor empleado.

Dependiendo de las condiciones de la reacción y el tipo de catalizador, serán

obtenidos algunos productos adicionales. En el caso de utilizar catalizador de Fe,

se podrán obtener cantidades pequeñas de olefinas, alcoholes y algunas veces

aromáticos. Cetonas y ácidos serán obtenidos en concentraciones mínimas.


CAPITULO v Estudio de Ingenieria

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