Gas Natural y Condensados

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA GAS NATURAL Y CONDENSADOS

1

RESUMEN

En este trabajo se estudiar el procesamiento del gas de Camisea. Como el gas de Camisea contiene cantidades considerables de etano y propano y pequeas cantidades de hidrocarburos mas pesados, se realizar la separacin de lquidos de gas natural en la planta de las MALVINAS (cerca al campo de extraccin), luego el gas seco es transportado por ductos hacia la planta de la MELCHORITA (ubicada en Pisco) donde es licuefactado, almacenado y distribuido a los buques metaneros para la exportacin. En este informe se realiza el estudio de separacin de lquidos de Gas Natural por

turboexpansin criognica y el estudio de la licuefaccin del gas seco por el proceso de refrigeracin en cascada optimizada PHILLIPS utilizando el software

CHEMCAD, versin 6.

Asumiremos que el Gas Natural de alimentacin tendr un flujo de 5 millones de m3 estndar/da, ingresa a 20C y 50bar y tendr la siguiente composicin:

TABLA 4.1: Composicin del gas de yacimiento (gas de Camisea)

Consideraremos tambin que:

La extraccin del CO2 y de deshidratacin (hasta un valor menor a 1ppm) se lleva a cabo antes de la separacin de lquidos de Gas Natural y no presentaremos la evaluacin (simulacin) de estas etapas, pero si utilizaremos la composicin del gas luego de esta extraccin como alimentacin al proceso de separacin.

No se realiza la extraccin del nitrgeno ya que este no trae problemas importantes de solidificacin.

Hay que aclara que es importante eliminar el nitrgeno para aumentar el poder calorfico del gas.

COMPONENTES DEL GAS % MOLAR

Agua 0.0046 Nitrgeno 0.7374 Dixido de carbono 0.2754 Metano 82.2577 Etano 9.2444 Propano 5.0785 i-Butano 0.7007 n-Butano 1.1229 C5+C6+CX 0.5784


2

CAPITULO I

1.1- CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1.1.1 Gas Natural

El gas natural es un combustible fsil, que esta constituido por un conjunto de hidrocarburos que, en condiciones de reservorio, se encuentran en estado gaseoso en disolucin con el petrleo. El gas natural puede presentarse en su estado natural como gas natural asociado y gas natural no asociado. Puede ser hmedo si tiene condensado, o ser seco si no lo contiene. Este trmino tambin es usado para designar el gas tratado que se abastece a la industria y a los usuarios comerciales y domsticos y tiene una calidad especificada.

1.1.2 Reservorios del Gas Natural

Los reservorios de petrleo o del gas natural estn constituidos por rocas porosas y permeables ubicadas en el subsuelo. Un conjunto de reservorios similares constituyen un yacimiento, que puede ser de dos tipos:

Yacimiento de gas asociado, donde el producto principal es el petrleo.

Yacimiento de gas no asociado.

En la costa norte del Per (Talara) existen yacimientos de gas natural asociado. En la selva central (Aguayta) y en la selva sur (Camisea) existen yacimientos de gas no asociado.

1.1.3 Componentes del Gas Natural

El principal componente del gas natural es el metano y usualmente el contenido de metano en el gas natural es no menor del 80%. Loa otros componentes del gas natural, adems de metano, son el etano, el propano, el butano y otras fracciones mas pesadas como el pentano, el hexano, el heptano, entre otros. La composicin tpica del gas natural puede variar dependiendo del hecho que el gas este o no asociado al petrleo, o de haber sido o no procesado en unidades industriales. Generalmente se lo encuentra con bajas cantidades de contaminantes como el nitrgeno, dixido de carbono y compuestos de azufre. Las cantidades de los componentes del gas son importantes en el diseo de las unidades de procesamiento del gas natural.


3

1.1.4 Explotacin del gas natural

El gas natural, por sus precios competitivos y su eficiencia como combustible, permite alcanzar considerables economas a sus consumidores.

Es el combustible de origen fsil ms limpio, permitiendo una menor contaminacin atmosfrica.

Es una alternativa energtica que destacar en este siglo por su creciente participacin en los mercados mundiales de la energa.

Gracias a los avances tecnolgicos desarrollados, los procesos de produccin, transporte, distribucin y utilizacin del gas no presentan riesgos ni causan impacto ambiental apreciable.

El alto valor comercial de los LGN justifica su recuperacin de la corriente de gas natural de pozo. La maximizacin de la produccin de estos lquidos, resuelve el problema del dficit de hidrocarburos lquidos.

La explotacin del gas natural permite el desarrollo de todas las industrias que emplean combustibles y tambin el desarrollo de la industria petroqumica y siderrgica, que emplean componentes del gas natural como materia prima.

1.1.5 Derivados del Gas Natural

Gas Seco

Gas con relativamente pocos hidrocarburos diferentes al metano. Y los que contiene no se licuarn a temperatura y presin ambiente. El poder calorfico es tpicamente alrededor de 1,000 Btu/pie cubico estndar.

Lquidos del Gas Natural

Los lquidos del Gas Natural (LGN) o Liquefied Petroleum Gas (LPG), es una mezcla de porcentajes variables de propano y butano, que se comercializa en forma licuefactada.

Para el consumo domstico el GLP se distribuye a una presin promedio de 120 psig.

Condensados

Es una mezcla de hidrocarburos constituida por pentano y mas pesados que permanece en estado lquido a condiciones atmosfricas y que se fraccionan en combustibles tales como gasolina, kero/turbo y diesel.


4

1.1.6 Transporte y Distribucin de los derivados del Gas Natural

Transporte y Distribucin del Gas seco

El gas seco se transporta por medio de ductos. Los cuales estn diseados en funcin a los volmenes de gas a ser transportado, distancias al mercado y caractersticas del fluido. La convivencia del transporte por medio de ductos es su economa y seguridad.

El gas seco se licua y transporta en buques, cuando no es econmico el transporte por gasoducto.

El gas seco se distribuye a los usuarios finales por medio de ductos.

Para poder transportarlo o distribuirlo por medio de cilindros estos tendran que tener especificaciones especiales y diferentes a los cilindros que transportan GLP, lo que implicara costos de infraestructura, para envasarlo tendra que licuarse lo que alterara su rango de seguridad.

Transporte de Lquidos del Gas Natural

Para grandes volmenes de produccin de GLP y condensados es adecuado el transporte por ductos o martimo, ya que el transporte por carretera, ferrocarril o fluvial es utilizado solo para pequeos volmenes.

Distribucin de productos de fraccionamiento de los LGN

El GLP se distribuye en camin tanque, o en balones de 24 o 100 libras.

Los dems combustibles resultantes del fraccionamiento de los LGN se distribuyen en camiones tanque.


5

1.2.- GAS NATURAL LICUADO

El GNL es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma lquida. Es la mejor alternativa para monetizar reservas en sitios apartados, donde no es econmico llevar el gas al mercado directamente por gasoducto o indirectamente, transformado en electricidad. El gas natural es transportado como lquido a presin atmosfrica y 160 C. La licuacin reduce en 600 veces el volumen de gas transportado.

Se dice que el GNL es un lquido criognico. El trmino criognico significa baja temperatura, generalmente por debajo de -73C.

El GNL es un lquido puro, con una densidad de alrededor del 45% de la densidad del agua.

Existen estudios que demuestran la conveniencia econmica del transporte de gas a travs de gasoducto o como GNL, segn la distancia a recorrer.

Los siguientes grficos permiten comparar econmicamente el transporte de gas por gasoducto o en fase lquida (GNL).

Figura 1: Transporte por gasoducto vs. GNL

Elaborado por la empresa ENI y se utiliz como base de estudio una capacidad de transporte de 1010 m3/ao

El eje de abscisas se refiere a millas nuticas.

Una milla nutica equivale a 1,852 kilmetros.


6


(Elaborado el Instituto Francs del Petrleo)



7

1.2.2 cadena integrada del GNL

La cadena integrada del gas natural licuado se compone por tres eslabones: La licuacin del gas, generalmente en una zona cercana al pozo y lindante

con la lnea costera. El transporte en buques metaneros. La regasificacin e introduccin a la red de transporte del pas comprador.

En la etapa de licuacin, el gas natural se lleva a temperaturas inferiores a -160C. En esta condicin de temperatura, y a presin atmosfrica, el gas natural sufre un cambio de estado, de gas a lquido, reduciendo 600 veces su volumen. Puede decirse que el rendimiento medio del proceso de licuacin es del 90%. Esto quiere decir que el 10% del gas natural que ingresa a la planta de licuacin, se pierde o se utiliza como fuente de energa para el proceso. El transporte en buques metaneros es el segundo eslabn de la cadena integrada del gas natural licuado. Actualmente hay dos tipos de barcos que se utilizan para el transporte de GNL. Los de membrana y los de esferas. Las capacidades de transporte rondan los 150.000 m3 de GNL por buque. Se estima que se llegar a una capacidad mxima de 250.000 m3. sta se considera el lmite de lo tcnicamente posible, ya que buques de mayor tamao seran prcticamente innavegables. Actualmente, las operaciones de transporte estn tomando importancia en la cuenta de resultados de las empresas que abarcan los tres eslabones de la cadena integrada del GNL. Como valor promedio, puede decirse que el transporte del gas natural licuado tiene un rendimiento del 95%. La regasificacin es la tercera y ltima etapa. En sta el volumen del gas aumenta 600 veces al pasar de estado lquido a gaseoso. Adems, se le da al gas la presin con la que ingresar a la red de transporte por gasoductos. La regasificacin presenta el rendimiento ms alto dentro de la cadena integrada del GNL: 98%. En las Figuras siguientes se presentan dos esquemas de la cadena integrada del gas natural licuado.

Figura 4: Esquema de la cadena integrada del GNL


8

Figura 5: Esquema de la cadena integrada del GNL (Tomado de gas de Francia)


9

CAPITULO II

2.1- PROCESAMIENTO DEL GAS NATURAL

El gas natural que se obtiene principalmente en bateras de separacin, esta constituido por metano y proporciones variables de otros hidrocarburos (etano, propano, butanos y condensados C5+) y de contaminantes diversos.

Al salir del yacimiento del gas natural debe someterse a tratamiento que le permita cumplir especificaciones para su transporte, procesamiento y consumo. El gas debe ser seco (sin hidrocarburos licuables a condiciones del transporte), dulce (se remueve el CO2 y el H2S) y deshidratado (sin vapor de agua).

Las etapas principales de procesamiento de gas son:

Deshidratacin o remocin del vapor de agua para prevenir la formacin de slidos hidrocarburo/agua llamados hidratos y la corrosin de la tubera de transporte y de los equipos de procesamiento. La deshidratacin con glicol suele realizarse en la mayora de los casos.

La eliminacin de compuestos cidos (H2S y CO2) debido a sus propiedades corrosivas que afectaran a los ductos de transporte y a los usuarios finales. El gas alimentando se denomina amargo, el producto gas dulce y el proceso se conoce como endulzamiento.

Remocin de mercurio cuando esta presente en el gas.

Recuperacin del azufre de los gases cidos que se generan durante el endulzamiento.

Remocin de nitrgeno para incrementar el poder calorfico del gas, lo cual a la vez disminuye el volumen a ser transportado.

La recuperacin o separacin de etano e hidrocarburos licuables mediante alguna tecnologa adoptada.

En la actualidad, para los procesos de recuperacin de LGN, se dispone de las siguientes tecnologas:

Refrigeracin Simple. Refrigeracin en Cascada. Absorcin Simple. Absorcin Refrigerada. Absorcin Mejorada. Turbo Expansin Criognica.

Las propiedades fsicas de los hidrocarburos que se emplean en el procesamiento del gas natural son muy importantes para el diseo de equipos e instalaciones.


10

2.2 PROCESOS PARA LICUACIN DE GAS NATURAL

El gas que alimenta a la planta de licuacin, viene de los campos de produccin. Los contaminantes que se encuentran en el gas natural se extraen para evitar que se congelen y daen el equipo cuando el gas es enfriado a la temperatura del GNL (-161C) y para cumplir con las especificaciones tcnicas del gasoducto en el punto de entrega. El proceso de licuacin puede ser diseado para purificar el GNL a casi 100% metano. El proceso de licuacin consiste en el enfriamiento del gas purificado mediante el uso de refrigerantes. La planta de licuacin puede consistir en varias unidades paralelas, llamadas trenes. El gas natural es licuado a una temperatura aproximada de -160C. Al licuarse el gas, su volumen se reduce por un factor de 600, lo que quiere decir que el GNL utiliza 1/600 del espacio requerido por una cantidad comparable de gas a temperatura ambiente y presin atmosfrica. El GNL se almacena en tanques de paredes dobles a presin atmosfrica. El tanque de almacenaje es en realidad un tanque dentro de otro tanque. El espacio anular entre las dos paredes del tanque est cubierto con un aislante. El tanque interno en contacto con el GNL, est hecho de materiales especializados para el servicio criognico y la carga estructural creada por el GNL. Estos materiales incluyen acero al 9% nquel, aluminio y concreto pre-tensado. El tanque exterior est hecho generalmente de acero al carbono y concreto pre-tensado. El proceso de licuacin en una planta puede resumirse de la siguiente manera: 1) Etapa de extraccin de CO2: para evitar que se generen productos slidos

con la reduccin de la temperatura, se realiza la purificacin del gas por adsorcin del dixido de carbono y el agua existentes en el mismo, por medio de la aplicacin de una corriente inversa de solucin de mono-etanol-amina (MEA)

2) Etapa de deshidratacin 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 partculas slidas, y adems se produce la separacin de los hidrocarburos pesados por condensacin parcial.

3) Etapa de licuacin y almacenamiento: se produce el enfriamiento necesario para su licuacin. El GNL producido se enva al tanque de almacenamiento, el cual lo mantiene a su temperatura de licuacin, operando a una presin de 20 a 70 mbar. El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presin atmosfrica, que ms bien es un tanque dentro de otro. El espacio anular entre las dos paredes del tanque est cubierto con un aislante. El tanque interno en contacto con el GNL, est fabricado con materiales especializados para el servicio criognico y la carga estructural creada por el propio peso del GNL.


11

La siguiente figura muestra el procedimiento tpico para la obtencin de GNL.

PROCESOS PARA LICUACIN DE GAS NATURAL

Los procesos de licuacin de gas natural, a grandes rasgos, pueden dividirse en:

2.2.1 Procesos con refrigerante mixto Es un ciclo de refrigeracin tradicional simple- que utiliza como fluido refrigerante a una mezcla de propano, etileno, metano y nitrgeno.

2.2.2 Procesos en cascada Presenta dos primeras etapas (una de propano y otra de etileno) que respetan el ciclo frigorfico tradicional. La tercera etapa se basa en los trabajos realizados por Carl von Linde para licuar aire (lo que consigui finalmente en 1895). El fluido frigorfico, en este caso es metano, pero el ciclo no es cerrado sino semi-abierto ya que la corriente de gas natural a licuar (CH4 en un 95% aproximadamente) se mezcla con el fluido frigorfico (metano puro) a la entrada del condensador y, lgicamente, no se puede licuar ya que intercambia calor con el propio metano. La licuacin se produce al final por el efecto Joule-Thomson, al dejar expandir el gas hasta la presin atmosfrica. As, en este caso, el vaporizador no es un intercambiador como en los casos anteriores sino una vlvula laminadora asociada a un cilindro de expansin o el mismo tanque de GNL.


12

En 1959 el ruso A. P. Klimenko demostr experimentalmente que el proceso de licuacin de gas natural en cascada de 3 ciclos (3 refrigerantes, 3 compresores) se poda simplificar utilizando un slo compresor con un nico refrigerante: ste consista en una mezcla de los tres refrigerantes anteriores y N2, en un proceso que l llam en cascada de 1 ciclo pero que ahora todo el mundo conoce como de refrigerante mixto.

2.2.3 Actualmente En la prctica, los procesos de licuacin son complicadas combinaciones de etapas de enfriamiento en cascada o en paralelo, utilizando o no refrigerantes mixtos. Las diferencias entre los procesos que hoy se utilizan se relacionan con:

1) El nmero de circuitos de refrigeracin 2) El tipo de refrigerante utilizado 3) El tipo de intercambiador

Entre los procesos mas utilizados, podemos mencionar:

v Tres refrigerantes puros en cascada / Optimized Cascade Phillips Petroleum

v Refrigerante mixto nico con ciclo de pre-enfriamiento / APCI C3-MR Air Products and Chemical Inc.

v Dos refrigerantes mixtos en cascada / Double Mixed Refrigerant (DMR) Shell

v Tres refrigerantes mixtos en cascada / Mixed Fluid Cascade (MFC) Linde / Statoil


13

CAPITULO III

3.1 CONSIDERACIONES TCNICAS

En un proyecto de licuacin de GNL el cliente o propietario de la planta aporta nicamente cuatro datos: la composicin del gas a la entrada, la capacidad nominal de la planta, los requisitos de calidad de los productos y la zona del emplazamiento. El diseador tiene que definir, a partir de esos datos, los siguientes conceptos bsicos: Tamao y nmero de trenes de licuacin Mtodos de eliminacin de gases cidos y agua Proceso de enfriamiento y licuacin (incluye intercambiadores

criognicos) Tipo y tamao de turbinas para los compresores Medio refrigerante exterior (aire o agua) Tamao y nmero de los tanques de almacenamiento

La capacidad unitaria de los trenes de licuacin ha ido aumentando con los aos, desde los 200.000 Nm3/h de gas que eran capaces de procesar en los aos 60 y 70 como mximo, hasta los 800.000 Nm3/h que son normales hoy en da. Los factores que limitan el crecimiento son el tamao del intercambiador criognico (o cajas fras en otros casos) y la capacidad de los compresores. El nmero de trenes a instalar se decide conjuntamente con la capacidad de cada uno de ellos de forma de obtener el volumen total de GNL que se haya conseguido para comercializar. Todo estudio tecnolgico dirigido a evaluar distintas tecnologas y seleccionar la ms adecuada para un proyecto concreto debe partir de unas mismas Bases de Diseo, en particular: v Composicin del gas natural a licuar v Condiciones en lmite de batera de la planta, tanto de entradas como

salidas v Condiciones del emplazamiento (temperaturas, humedad, etc.) v Especificaciones de los productos (GNL, GLP, Condensado) v Eficacia de los compresores de refrigeracin v Criterios econmicos


14

A continuacin, para efectuar la seleccin definitiva se deben analizar comparativamente los siguientes parmetros:

Capacidad instalada Potencia especfica y eficacia Posible capacidad del tren Recuperacin de GLP Disponibilidad / fiabilidad Flexibilidad del diseo y la operacin Necesidad de espacio Plazo de entrega Inversin y coste especfico del GNL

La otra gran eleccin, junto con el proceso de licuacin, son los compresores de los refrigerantes y el motor que los mueve. Otro tema es la refrigeracin exterior el foco caliente del ciclo- puede ser al agua del mar o el aire atmosfrico. Hasta hace 10 aos todas las plantas utilizaban agua, pero en la actualidad las ventajas han disminuido gracias a la disponibilidad de aero-refrigerantes muy potentes y de una energa elctrica auto generada y ms barata. Finalmente es necesario fijar el tamao y nmero de los tanques de almacenamiento de GNL. Para ello lo primero que se hace es un estudio del transporte martimo. Cuestiones de seguridad impuestas por los cdigos aplicables, as como limitaciones en los materiales y mtodos de construccin, impiden sobrepasar un tamao determinado; no obstante, actualmente ya se construyen tanques de 160.000 m3 de capacidad (y se anuncian de 200.000 m3).


15

CAPITULO IV

4.1 DESARROLLO DE LOS PROCESOS

Se estudiar el procesamiento del gas de Camisea. Como el gas de Camisea es un gas asociado, se realizar una separacin de lquidos de gas natural en la planta de las MALVINAS (cerca al campo de extraccin), luego el gas seco es transportado por ductos hacia la planta de la MELCHORITA (ubicada en Pisco) donde es licuefactado, almacenado y distribuido a los buques metaneros para la exportacin. En este informe se realiza el estudio de separacin de lquidos de Gas Natural por turboexpansin criognica y el estudio de la licuefaccin del gas seco por el proceso de refrigeracin en cascada optimizada PHILLIPS utilizando el software CHEMCAD, versin 6.

Asumiremos que el Gas Natural de alimentacin tendr un flujo de 5 millones de m3 estndar/da, ingresa a 20C y 50bar y tendr la siguiente composicin:

TABLA 4.1: Composicin del gas de yacimiento (gas de Camisea)

Consideraremos tambin que:

La extraccin del CO2 y de deshidratacin (hasta un valor menor a 1ppm) se lleva a cabo antes de la separacin de lquidos de Gas Natural y no presentaremos la evaluacin (simulacin) de estas etapas, pero si utilizaremos la composicin del gas luego de esta extraccin como alimentacin al proceso de separacin.

No se realiza la extraccin del nitrgeno ya que este no trae problemas importantes de solidificacin. Hay que aclara que es importante eliminar el nitrgeno para aumentar el poder calorfico del gas.

COMPONENTES DEL GAS % MOLAR Agua 0.0046 Nitrgeno 0.7374 Dixido de carbono 0.2754 Metano 82.2577 Etano 9.2444 Propano 5.0785 i-Butano 0.7007 n-Butano 1.1229 C5+C6+CX 0.5784


16

Por tanto, una vez extrados el CO2 y el H2O, la composicin del gas ser:

TABLA 4.2: Composicin del Gas Natural luego de la extraccin de CO2 y H2O

(4.986 millones de m3 estndar/da)

4.1.1 PROCESO DE SEPARACIN

Utilizaremos un proceso de separacin criognica de una torre, el cual se describe a continuacin:

El gas natural hmedo ingresar a la planta de separacin a una presin de 50 bar y una temperatura de 25C, siendo luego expandido hacia una menor presin a travs del expansor N-1, el lquido condensado es separado en un separador vertical S-1 y expandido a travs de una vlvula de expansin para luego entrar a la seccin mas baja de la columna deetanizadora T-1 (plato # 22). El vapor separado en S-1 es dividido en dos porciones (en relacin de 7 a 13). La primera porcin es expandida en N-3 e ingresa a la columna deetanizadora en el plato #10. La segunda porcin es enfriada con los intercambiadores E-1 y E-2 produciendo la condensacin parcial del vapor. Esta mezcla es separada en S-2, el lquido es expandido a travs de una vlvula e introducido en la columna en el plato #5. El vapor sobrante es expandido en N-2 y finalmente introducido en el tope de la columna deetanizadora (plato # 2). La corriente de tope de la columna deetanizadora constituye el gas seco, que luego de enfriar una corriente de proceso pasa a dos compresores (C-1, C-2) y finalmente es almacenado o inyectado en las tuberas de distribucin.

COMPONENTES

% MOLAR

Agua 0

Nitrgeno 0.7395

Dixido de carbono 0

Metano 82.4287

Etano 9.2704

Propano 5.0928

i-Butano 0.7027

n-Butano 1.1261

C5+C6+CX 0.5800


17

DIAGRAMA DEL PROCESO DE SEPARACIN CIOGNICO DE UNA TORRE


18

SIMULACIN DEL PROCESO DE SEPARACIN

Es necesario definir un seudocomponete que represente a los compuestos mas pesados que el butano (C5+). De acuerdo a la composicin del gas, la masa molar promedio de estos compuestos es igual a 85.754g/mol, la cual es informacin suficiente para el simulador CHEMCAD.

Las composiciones de los productos del proceso de separacin se muestran en la tabla 4.3 y el balance de materia global de la unidad de separacin se muestra en la tabla 4.4.

TABLA N 4.3 Composicin del Gas Seco y de los Lquidos del Gas Natural obtenidos en el proceso de separacin criognica de una torre (% molar) para 4.986 millones de m3 estndar/da de gas natural alimentado a 20C y 50 bar.

CHEMCAD 6.0.1

Job Name: SEPARACION Date: 10/30/2009 Time: 15:51:51

Stream No. 19 17 Stream Name GAS SECO LIQUIDOS

Temp C -3.3424 74.7077 Pres bar 29.0000 17.6520 Enth MJ/sec -189.96 -14.967 Vapor mole fraction 1.0000 0.00000 Total kmol/sec 2.4424 0.1323 Total kg/sec 44.4963 7.0862 Total std L m3/h 502.8852 46.0654 Total std V m3/h 197076.56 10673.49

Component mole %

Water 0.000000 0.000000 Nitrogen 0.779520 0.000000 Carbon Dioxide 0.000000 0.000000 Methane 86.956197 0.000001 Ethane 9.770489 0.035916 Propane 2.410149 54.624653 I-Butane 0.049185 12.768544 N-Butane 0.034442 21.281603 C5+ 0.000020 11.289289

TABLA N 4.4 Balance de materia de la unidad de separacin

CANTIDAD(Kg/s)

ALIMENTACION DE LA UNIDAD 51.5826

PRODUCCIN DE GAS NATURAL SECO 44.4963

PRODUCCIN DE LQUIDO DE GAS

NATURAL 7.0862


19

En los siguientes cuadros se especifican las condiciones ptimas de operacin:

CUADRO N 4.1.- Recipientes del proceso de separacin criognico de una

torre (CAPACIDAD DE LA PLANTA: 5 millones de m3 estndar/da)

IDENTIFICACIN S-1 S-2

EQUIPO SEPARADOR

FLASH VERTICAL SEPARADOR

FLASH VERTICAL

PRESION DE

OPERACIN (bar) 29.42 29.42

TEMPERATURA DE

OPERACIN (C) -6.21 -50.41

IDENTIFICACIN T-1

EQUIPO DEETANIZADORA

PRESION DE OPERACIN (bar) 17.65

TEMPERATURA EN EL TOPE (C) -54.84

TEMPERATURA EN EL FONDO (C) 74.65

NMERO DE PLATOS 30

PLATO DE ALIMENTACIN

LNEA 5

LNEA 7

LNEA 12

LNEA 14

22

10

5

2


20

CUADRO N 4.2.- Equipos de transferencia de calor del proceso de separacin

criognico de una torre

IDENTIFICACIN E-1 E-2

EQUIPO INTERCAMBIADOR

DE CALOR INTERCAMBIADOR

DE CALOR

CARGA TRMICA (MJ/s) 3.97 1.47

Tent/Tsal tubos (C) -6.21/-40.00 -54.84/-40.00

Tent/Tsal coraza (C) -42.05/-42.05(*) -40.00/-50.42

U(KW/m2C) 581.5 374.18

REA TOTAL (m2) 587.75 314.83

PRESIN DE OPERACIN

(bar)

Tubos

Cascos

29.42

1.03

17.65

29.42

(*) Punto de ebullicin normal del propano

IDENTIFICACIN E-3

EQUIPO REBOILER de

T-1

CARGA TRMICA(MJ/s) 2.91

RELACION DE REFLUJO 1.50

PRESIN DE OPERACIN

Tubos

Cascos

1.03

17.65

MEDIO DE

CALENTAMIENTO Dowtherm Q


21

CUADRO N 4.3.- Compresores del proceso de separacin criognico de una

torre

IDENTIFICACIN C-1 C-2

Presin de entrada (bar) 17.65 20.50

Presin de salida (bar) 20.50 29.00

Potencia real (KW) 804.59 1991.80

Eficiencia % 80 80

CUADRO N 4.4.- Expansores del proceso de separacin criognico de una

torre

IDENTIFICACIN N-1 N-2 N-3

Presin de entrada (bar) 50.00 29.42 29.42

Presin de salida (bar) 29.42 17.65 17.65

Potencia real (KW) 2109.71 854.41 669.35

Eficiencia % 80 80 80


22

4.1.2 PROCESO DE LICUEFACCIN

La alimentacin a este proceso es el gas seco obtenido en la separacin de los LGN. La presin elevada del gas seco obtenido es con el fin de inyectarlo directamente al gasoducto para que pueda llegar hasta planta de la Lobera.

Si a su llegada a la planta de licuefaccin an tiene una alta presin, se puede utilizar para generar electricidad con turbinas, pues para la licuefaccin no se necesitan presiones elevadas.

Suponiendo que el gas que alimenta al proceso de licuefaccin ingresa a esta etapa a 5 bar y 12C (sugerencia del profesor), el proceso de licuefaccin en cascada optimizado PHILLIPS se describe a continuacin:

El gas seco que llega a travs del gasoducto ingresa 12C y 5 bar al primero de tres intercambiadores de calor en serie, donde hay tres corrientes de refrigerantes puros: Uno de propano, otro de etileno y el ltimo de metano. El gas enfriado -32C pasa al segundo intercambiador donde se enfra an ms con dos de las tres corrientes de enfriamiento mencionadas, estas son: La corriente de etileno y la de metano. Finalmente ya mas fro (-96C), es gas ingresa al tercer y ltimo intercambiador de calor con refrigerante metano puro, de donde sale a -155C. Esto se muestra en el siguiente esquema.

DIAGRAMA DEL PROCESO DE LICUEFACCIN


23

SIMULACIN DEL PROCESO DE LICUEFACCIN

El gas de alimentacin tiene las condiciones de presin, temperatura y la composicin indicada en el siguiente cuadro:

CHEMCAD 6.0.1

Page 1

Job Name: LICUEFACCIN P4 Date: 04/11/2009 Time: 03:09:15

Stream No. 1 Stream Name GAS SECO Temp C 12.0000* Pres bar 2.0000* Enth MJ/sec -186.82 Vapor mole fraction 1.0000 Total kmol/sec 2.4424 Total kg/sec 44.4963 Total std L m3/h 502.8853 Total std V m3/h 197076.67

Component mole fractions

Nitrogen 0.007795 Methane 0.869562 Ethane 0.097705 Propane 0.024101 I-Butane 0.000492 N-Butane 0.000344 Ethylene 0.000000

Las cantidades de refrigerante que se deben utilizar para licuar este gas, son las siguientes:

REFRIGERANTE FLUJO MSICO (kg/s) Metano 45.0 Etileno 22.0 Propano 10.0


24

RESULTADOS

MODELOS PARA EL CLCULO DE PROPIEDADES TERMODINMICAS

CHEMCAD 6.0.1 Page 1

Job Name: LICUEFACCIN PF Date: 04/11/2009 Time: 03:04:46

COMPONENTS

ID # Name Formula 1 46 Nitrogen N2 2 2 Methane CH4 3 3 Ethane C2H6 4 4 Propane C3H8 5 5 I-Butane C4H10 6 6 N-Butane C4H10 7 22 Ethylene C2H4

THERMODYNAMICS

K-value model : UNIFAC No correction for vapor fugacity Enthalpy model : Latent Heat Liquid density : Library

Std vapor rate reference temperature is 0 C. Atmospheric pressure is 1.0132 bar.

* Component ID 46 does not have UNIFAC subgroups. * Component ID 2 does not have UNIFAC subgroups. * Component ID 22 does not have UNIFAC subgroups.

PRODUCTO CHEMCAD 6.0.1

Page 1


Stream No. 7 Stream Name LNG Temp C -154.3922 Pres bar 2.0000 Enth MJ/sec -210.64 Vapor mole fraction 0.61401 Total kmol/sec 2.4424 Total kg/sec 44.4963 Total std L m3/h 502.8853 Total std V m3/h 197076.67

Component mole fractions

Nitrogen 0.007795 Methane 0.869562 Ethane 0.097705 Propane 0.024101 I-Butane 0.000492 N-Butane 0.000344 Ethylene 0.000000


25

A continuacin mostramos los balances de materia y energa, as como las condiciones de operacin ptimas.

BALANCE GLOBAL DE MATERIA:

CHEMCAD 6.0.1

Page 1


Calculation mode : Sequential Flash algorithm : Normal

Equipment Calculation Sequence

1 10 11 3 4 5 6 9 2 12 7 8

Equipment Recycle Sequence 1 10 11 3 4 5 6 9 2 12 7 8

Recycle Cut Streams 19 13 6 10

Recycle Convergence Method: Direct Substitution

Max. loop iterations 40

Recycle Convergence Tolerance

Flow rate 1.000E-003 Temperature 1.000E-003 Pressure 1.000E-003 Enthalpy 1.000E-003 Vapor frac. 1.000E-003

Recycle calculation has converged.



Overall Mass Balance kmol/sec kg/sec

Input Output Input Output Nitrogen 0.019 0.019 0.533 0.533 Methane 2.124 2.124 34.073 34.073 Ethane 0.239 0.239 7.176 7.176 Propane 0.059 0.059 2.596 2.596 I-Butane 0.001 0.001 0.070 0.070 N-Butane 0.001 0.001 0.049 0.049 Ethylene 0.000 0.000 0.000 0.000

Total 2.442 2.442 44.496 44.496


26

BALANCE DE ENERGA EN LOS COMPRESORES

CHEMCAD 6.0.1

Page 1


Compressor Summary

Equip. No. 10 7 4 Name

Pressure out bar 45.0000 19.0000 7.0000 Type of Compressor 1 1 1 Efficiency 0.7500 0.7500 0.7500 Actual power kW 28988.7383 6635.4658 1178.9373 Cp/Cv 1.3481 1.3060 1.1514 Theoretical power kW 21741.5527 4976.5991 884.2029 Ideal Cp/Cv 1.3323 1.2873 1.1342 Calc Pout bar 45.0000 19.0000 7.0000 Calc. mass flowrate 45 21 10

(kg/sec)

BALANCE DE ENERGA EN LOS CONDENSADORES



Heat Exchanger Summary

Equip. No. 11 8 5

Name 1st Stream VF Out 0.1000 0.0500 0.0100 Calc Ht Duty MJ/sec -41.6873 -14.1716 -4.7697 LMTD Corr Factor 1.0000 1.0000 1.0000 1st Stream Pout bar 45.0000 19.0000 7.0000

Gas Natural y Condensados

Documents

Transcript of Gas Natural y Condensados