abasto, logística y distribución de hidrocarburos...
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Mejoras Tecnológicas en Planta Criogénica No. 2
CPG Ciudad Pemex
24-26 enero 2018
Villahermosa, Tabasco
Parque Tabasco Dora Maria
“Sustentabilidad Energética”
Ing. Luis Santiago Caro Castillo
Abasto, Logística y Distribución
de
Hidrocarburos, PetrolíferosY Petroquímicos
1er Congreso y Exposición
Introducción
Gas Natural
Metano
Etano
Propano
n_Butano
i_Butano
n_Pentano
i_Pentano
Hexanos +
Bióxido de Carbono
Ácido Sulfhídrico
Agua
Mercurio
Gas Natural
Componentes deseados
Nitrógeno Componentes no deseados
Introducción
Dependiendo de la naturaleza de los contaminantes, se seleccionan los
procesos necesarios para su remoción:
Comúnmente, el gas amargo contiene cantidades importantes de ácido
sulfhídrico (H2S), que es muy corrosivo y por lo tanto, es necesario retirar
del gas natural para poder continuar el procesamiento.
El proceso empleado para eliminar el H2S es conocido como Girbotol o
proceso de “endulzamiento”, en donde se emplea una torre de proceso
para que un solvente (amina) entre en contacto con el gas, el solvente es
afín al H2S y lo retira del gas dejando la corriente con una cantidad mínima
del contaminante, el gas resultante es denominado “gas dulce”.
Introducción
La corriente de solvente contiene el H2S removido del gas, por lo que se
requiere eliminar del solvente para volverlo a emplear.
La remoción del H2S del solvente “rico” se realiza mediante calentamiento
en una torre “regeneradora”, la corriente de solvente sin H2S es
denominada “pobre” y puede volver a emplearse para el tratamiento del
gas.
La corriente de gas con el H2S, se conoce como gas ácido y es la materia
prima principal para el proceso de recuperación de azufre.
Antecedentes
Dentro del sistema de procesamiento de gas dulce, la recuperación de
licuables mediante procesos criogénicos destacan por que mediante ellos es
posible separar con alta eficiencia, los hidrocarburos pesados en forma
líquida y permiten la obtención de gas limpio que se puede emplear como
gas combustible.
Endulzamiento
Recuperación de
Azufre
Recuperación
licuables
(Criogénicas)
Eliminación de
Nitrógeno
Fraccionamiento
Gas Natural
(Amargo )
Gas Natural con bajo
contenido de Nitrógeno
Etano
Gas Natural Licuado (LPG)
Naftas
Azufre
Gas dulce
Gas Natural seco
Líquidos del Gas
Gas ácido
Antecedentes
La fase líquida resultante del proceso criogénico puede estar constituida,
por los componentes, a partir del etano y más pesados, o en casos
especiales a partir del propano y más pesados; por lo que la fase gaseosa la
constituyen los componentes ligeros contenidos en el gas de alimentación.
El procesamiento posterior de los líquidos del gas, se realiza en plantas
fraccionadoras, donde los diferentes componentes de la mezcla de
hidrocarburos son separados.
Planta Criogénica No. 2
La Planta Criogénica No. 2 del CPG Ciudad Pemex, se construyó durante los
años 1997-1998 para recuperar la capacidad de procesamiento perdida por
un severo accidente en el CPG Cactus en el que se destruyó una planta
criogénica.
La planta se diseñó para recuperar en fase líquida, los componentes a
partir del propano; la capacidad de procesamiento fue de 600 mmpcd;
dentro de los principales adelantos tecnológicos que se incluyeron se
encontraban:
➢ Empleo de Caja fría (cold box)
➢ Recuperadores de Calor en los equipos de turbocompresión.
Intercambiadores de calor
EA-2153
FríaCaliente
Fría
Fría
Caliente
Caliente
Planta Criogénica No. 2
Durante más de 16 años, la Planta Criogénica No. 2, se mantuvo como la
planta de mayor recuperación de propano dentro del sistema; sin embargo, a
partir del año 2010, la demanda de etano en el mercado nacional se
incrementó, dando lugar al surgimiento de un mercado atractivo para el
etano, que hasta ahora, se enviaba como parte del gas residual a nuestros
clientes.
Adicionalmente, Pemex debía cumplir con contratos que debido a la
apertura comercial, se tienen firmados con algunos particulares (BRASKEM-
IDESA, Mexicana de Vinilo, etc.)
Por lo anterior, surgió la necesidad de modificar el proceso para incrementar
la oferta de etano.
Planta Criogénica No. 2
Dentro de las actividades que Pemex realizó para atender la creciente
demanda de etano; la Planta Criogénica No. 2 del CPG Ciudad Pemex, se
modificó para recuperar hidrocarburos líquidos a partir del etano, con la
premisas siguientes:
➢ Mantener la capacidad de procesamiento de gas (600 mmpcd)
➢ Lograr una recuperación de mínima 90% de etano
➢ Emplear la mayor cantidad de los equipos existentes
La contratista responsable de las modificaciones fue ICAF, quien también
participó como el licenciador y constructor inicial de la planta.
Dados los requerimientos de recuperación en forma líquida de un
componente más ligero que el de diseño, la planta debe ser capaz de enfriar
mas el gas de alimentación, para lograr que el etano pueda licuarse y
manejarse en fase líquida.
Planta Criogénica No. 2
C C C H
HHH
HHH
H C C H
HH
HH
H
Propano Etano
Temp de ebullición: -42 °C
Peso Molecular: 44 Kg/kgmol
Temp de ebullición: -89 °C
Peso Molecular: 30 Kg/kgmol
Planta Criogénica No. 2
El enfriamiento adicional que la planta requiere para recuperar etano, se
obtiene al dividir en dos corrientes el flujo total de alimentación, enfriando
la mayor mediante una modificación en el sistema de refrigeración y la parte
restante con un nuevo intercambiador de placas y aletas (Caja Fría).
Los líquidos fríos del fondo de la columna absorbedora, se emplean para
intercambiar calor con la corriente de mayor flujo del gas de alimentación,
logrando enfriarlos aun mas.
El expansor continua siendo estratégico para alcanzar el subenfriamiento del
gas de alimentación y condensar una buena parte de los hidrocarburos
pesados contenidos en el gas de carga.
Planta Criogénica No. 2
Para atender estas premisas, ICAF aplicó la tecnología RGR (Recycle Gas
Residual) que consiste en reflujar la columna “absorbedora” con una
corriente subenfriada de metano que al autoevaporse en el domo de la
columna provee una refrigeración adicional que condensa el etano que se
encuentre presente y permite incrementar la recuperación.
Lo anterior, implica recircular parte del gas residual de la planta, hacia un
intercambiador de placas y aletas (en una caja fría), reducirle la presión y
enviarlo como reflujo al domo de la columna.
Para efectuar el reciclo, se requiere el empleo de servicio de compresión
disponible en la planta.
Enfriamiento del gas de alimentación
DA-2101
P= 24 kg/cm2
EA-2151 EA-2152
C3 C3 EA-2154
FA-2102 GC-2101
A DA-2102
De
DA-2102
Gas Dulce
EA-2153
30%
70%
Gas Reciclo (C1)
Gas Residual (C1)Metano
T= -102 °C
T= -107.1°CT= 19.5 °C
T= 32 °C
T= 40 °C
T= -5 °C T= -25 °C
T= -38 °C
T= -35 °C
T= -53 °C
T= -59 °C
T= -75 °C
T= -35 °C
EA-2153
DA-2101
Gas Reciclo
Gas Dulce
Gas Residual
Esquema de reflujo a DA-2101
FV-441
FV-440
P= 24 kg/cm2
T= -102 °C
T= -111 °C
T= -86.3 °C
P= 63.7 kg/cm2
T= -87.0 °C
P= 66.0 kg/cm2
T= -106 °C
T= 32 °C
P= 66.7 kg/cm2
T= 38 °C
P= 64.4 kg/cm2
T= -107.1°C
P= 25.02 kg/cm2
T= 19.5 °C
P= 23.1 kg/cm2
Gas de reciclo
Gas residual a LB
DA-2101Gas residual
Gas dulce
EA-2153
GB-2102-A/B/C
EA-2109-A/B/C
FD-2103-A/B
Gas de reciclo
TURBINA
Planta Criogénica No. 2
Algunas secciones de tubería debieron ser reemplazados por la condición de
menor temperatura a la que ahora se opera, por lo que el aislamiento de las
columnas fue removido y sustituido por un material especial, menor espesor y
mayor eficiencia (Criogel). El domo de la columna DA-2101, operaba a -62°C
ahora opera a -102°C.
El material empleado, permitió mantener el mismo espesor del aislamiento
sin incrementar las pérdidas de energía.
DA-2101 DA-2101
Columna DA-2101
Con la nueva configuración de la planta criogénica No. 2, se debe tener la
precaución de ajustar correctamente el flujo de gas de reciclo, ya que en
caso de exceder el recomendado, se provoca arrastre de hidrocarburos
pesados, con la consecuente reducción de eficiencia.
DA-2101Gas dulce
+
Gas de reciclo
Recuperación de etano
Durante las pruebas de comportamiento, se logró demostrar que la planta
es capaz de recuperar hasta 95% del etano contenido en el gas de
alimentación; no obstante, es preciso que se cumplan las siguientes
premisas:
➢ Alta presión en el gas de alimentación
➢ Presión de la sección de baja menor de 27.5 kg/cm2
➢ Flujo estable de gas de reciclo
➢ Carga total a través del Expansor
El personal operativo, se avoca al cumplimiento de estas premisas en la
operación diaria para alcanzar los objetivos.
Actividades adicionales
Las modificaciones realizadas en la planta criogénica No. 2, incluyeron una
serie de actividades adicionales para el personal responsable de la
operación:
✓ Actualización de Procedimientos de Operación y Mantenimiento
✓ Modificación de la filosofía de control
✓ Actualización de Diagramas de Tubería e Instrumentación
✓ Capacitación al personal
✓ Actualización de Procedimientos de emergencia
Diagrama de flujo (Antes)
Sistema de
Deshidratación
EA-2101-A/B FA-2101-A/B
DA-2111-A/B/C/D FD-2101/02-A/B
FA-2104
EA-2102
EA-2102-FA-1 GA-2101-A/B/C
GA-2102-A/B/C
DA-2102
DA-2101
FA-2102
GB-GC-2101
GB-2102-A/B/C
EA-2106 EA-2107 EA-2108s
EA-2105
FA-2106
GA-2104-A/B
EA-2103EA-2104
EA-2109-A/B/C
PV-102
Gas Residual a ductos
Líquidos del Gas (NGL)
Gas Húmedo Dulce
FA-2103Propano
FA-2181s
Diagrama de flujo (Después)
Sistema de
Deshidratación
EA-2101-A/B FA-2101-A/B
DA-2111-A/B/C/D FD-2101/02-A/B
FA-2104
GA-2101-A/B/C
DA-2102
DA-2101
FA-2102
GB-GC-2101
GB-2102-A/B/C
EA-2105
FA-2106
GA-2104-A/B
EA-2109-A/B/C
PV-102
Gas Residual a ductos
Líquidos del Gas (NGL)
Gas Húmedo Dulce
FA-2181s
Propano
EA-2151 EA-2152
EA-2154
EA-2153
FD-2103-A/B
EA-2101-C
EA-2106
Equipos y líneas nuevas
Gracias