refinacion del gas natural
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El desarrollo de la Industria del Gas Natural esta limitado por las dificultades en el transporte
del Gas Natural. Muchas fuentes de Gas Natural están localizadas en áreas remotas, a
grandes distancias de los mercados comerciales los que los
hacen difíciles su producción y extracción.
El Gas Natural debe previamente ser sometido a diversos procesos-antes del transporte- luego
estos son transportados por ductos como gas comprimido o como gas licuado. Otro medio
de transporte del Gas Natural-En estado Liquido- es por medio de Buques
Metaneros. Ademas se puede transformar el gas en Energía Eléctrica.
El TRANSPORTE POR DUCTOS:
Tal vez sea la solución mas simple, pero requiere la instalación de red de
ductos conectando los puntos de producción con los puntos de recepción ello implica el
transporte y el sistema de distribución.
EL transporte por buques metaneros es la practica normal después de haberse licuado
el gas-El gas se transforma a Liquido bajo ciertas condiciones de presión y temperatura-.
La Licuación del Gas permite una significativa reducción de volumen de aproximadamente de
600 veces, lo que hace el transporte eficiente. Para producir el GAS LICUADO se utiliza el
PROCESO DE LICUACIÓN.
El transporte del metano por buques requiere la liquefaccion del Gas Natural, el cual
es transportado en fase liquida a presión atmosférica a aproximadamente a una
temperatura de -160°C. El transporte por buque de gas natural presurizado es limitado por
razones de costos y seguridad.
Las fracciones liquidas pueden ser transportadas en la forma de GLP, si
consisten básicamente de C3 y C4 o pueden ser mezcladas con el crudo para una fraccion C5+
separada de un gas asociado. Es posible transformar el Gas Natural químicamente en un
producto liquido a condiciones del ambiente, tales como Metano, gasolina o diesel.
CONVERSIÓN ELÉCTRICA:
Es también posible convertir el calor de combustión del Gas Natural en energía eléctrica-las
centrales térmicas-. En ausencia de un fraccionamiento , el transporte por ductos es
posible en dos fases -gas y líquidos o como un fluido supercritico, a mayores presiones
que el criconderbar , eliminando así cualquier riesgo de condensación.
LICUACIÓN DEL GAS NATURAL:
La licuación de los gases es parte importante de la refrigeración Muchos procesos a
temperaturas criogenicas (temperaturas bajo -100°C) depende de la liquefaccion de los
gases. A temperaturas sobre el punto critico, una sustancia existe solo en fase gaseosa. Las
temperaturas criticas del Helio, Hidrógeno y Nitrogeno (tres
gases licuefactibles usados comúnmente son -268, -240 y -147°C. Por lo tanto, ninguna de
estas sustancias existirá en forma liquida a condiciones atmosféricas Ademas, bajas
temperaturas de estas magnitudes no pueden ser obtenidas
con técnicas de refrigeración ordinarias. Las Técnicas que pueden ser usadas son: Sistema
de Refrigeración en Cascada, Sistema con Refrigerante Mixto, etc.
El proceso de liquefaccion generalmente comprende una zona criogenicas con uno o mas
ciclos de refrigeración en donde el gas natural es enfriado en una o mas etapas desde la
temperatura ambiente hasta la temperatura de condensación del Gas Natural o algo menor.
Esta temperatura es normalmente alrededor de -160·C.
Los sistemas de refrigeración generalmente hacen uso de fluidos refrigerantes, que pueden
ser un constituyente puro o una mezcla. El refrigerante es tipicamente vaporizado en uno o
mas intercambiadores de calor criogenicas en el cual el Gas Natural es enfriado. El
refrigerante vaporizado es subsecuente mente comprimido a altos niveles de presión y
temperatura. El refrigerante es enfriado mediante agua o aire y posteriormente enfriado
por expansión. Es común en los procesos de licuación con ciclos múltiples que los ciclos
de refrigeración consecutiva sean enfriados pro el refrigerante del primer ciclo. Normalmente,
las corrientes de Gas Natural son primeros descontaminados de agua, gases ácidos e
hidrocarburos pesados.
CICLO DE REFRIGERACIÓN:
El ciclo de refrigeracion puede dividirse en 4 etapas:
Etapa de Expansion: En la etapa de expansion se inicia con la disponibilidad de un
refrigerante al estado liquido. Mediante esta etapa, la presion y temperatura son reducidas
mediante el FLASHEO del liquido a travez de una valvula de control ( Valvula Joule-
Thompson). No ocurre cambio de energia debido a que la entalpia al inicio y al final
permanecen iguales (PROCESO ISOENTALPICO). En la salida coexisten ( liquido y gas).
Etapa de Evaporacion: El vapor generado durante la expansion no provee ninguna
refrigeracion al proceso. El calor adsorvido en esta etapa es causado por la evaporacion
de la fase liquida y del gas natural, por lo tanto, el gas natural se llega a enfriar a esa
temperatura, y el refrigerante pasa todo al estado de vapor saturado.
Etapa de Compresion: Los vaporares refrigerantes dejan el Chiller o Intercambiador de
Calor a la presion de saturacion. Todos los vapores son
comprimidos ISOENTROPICAMENTE (bajo entropia constante) hasta una presion mayor o
igual al de la inicial.
Etapa de Condensacion: El refrigerante sobrecalentado es enfriado a presion
constante hasta la temperatura del DEW POINT y los vapores refrigerantes empiezan a
condensar a temperatura constante.Durante la reduccion de calentamiento y proceso de
condensacion, todo el calor y trabajo aumentado al refrigerante durante los procesos de
Compresion y Evaporacion, deben ser removidos de modo que el ciclo pueda ser
completado alcanzando el Punto Inicial.
CONDICIONES DE LICUEFACCION DEL METANO:
Generalmente, el metano a las condiciones de salida del yacimiento esta a 15.6°C y 5500
KPa y se desea convertirlo a liquido saturado a presion atmosferica ( -161,6°C y 101
KPa).
DIAGRAMA DE PRESION Y ENTALPIA DEL METANO
Como el metano tiene una temperatura critica de -85°C, este no puede ser licuado bajo
ninguna circunstancia a temperaturas mayores. Para enfriar el gas desde las condiciones del
yacimiento, se tienen 3 procesos posibles:
Intercambio de Calor con una corriente Fria.
Expansion Isoentropica con produccion de trabajo, mediante un expander.
Expansion adiabatica a traves de una valvula Joule-Thompson.
En este proceso de licuacion se considerara como esquema base el de Joule-Thompson, junto
con un pre-enfriamiento mediante intercambio de calor. La razon de enfriamiento de la carga se
debe a que si se efectua una expansión desde 5516 KPa y 15.6°C hasta
la presión atmosférica esta descendera solo hasta -12.2°C, por lo que no habra licuacion del
Gas Natural. -Se encuentra fuera de la envolvente-.
DIAGRAMA DE NO LICUACION DEL GAS
La combinación de estos dos conceptos da origen al Ciclo Linde Simple el cual se representa
en un diagrama de Mollier.
El proceso consiste en un enfriamiento de la carga mediante
DIAGRAMA DE LICUACION DEL GAS
intercambio de calor con la corriente de gas frio obtenida de la expansion, seguido por
una expansion adiabatica del gas. El compresor del gas de recirculacion producido por la
expansion representa el punto de inyeccion de la energia del proceso.
CICLO DE CASCADA CONVENCIONAL:
En este proceso , la temperatura es reducida en etapas sucesivas para igualar el perfil de
temperatura-entalpia. En si, el proceso consta de 3 etapas. La primera etapa corresponde al
enfriamiento producido por el
CASCADA CONVENCIONAL
propano como refrigerante donde se obtiene -35°C. En esta etapa un 20% de intercambio de
calor se da. La segunda etapa utiliza etileno como refrigerante, enfriando el Gas Natural
hasta -100°C, obteniendose un intercambio de calor en esta etapa de aproximadamente
50%. La tercera etapa utiliza el metano como refrigerante, enfrianfo el Gas Natural hasta -
155°C, usando el ciclo de metano. En cada uno de los ciclos, la mas baja presion
atmosferica, para eliminar el riesgo de ingreso del aire.
DESCRIPCION DEL PROCESO:
El propano comprimido a 1.3 MPa en el primer ciclo, es condensado con agua de
enfriamiento. La vaporizacion del propano a -35°C enfria el gas natural y tambien condensa el
etileno, comprimido a 2.1 MPa. La vaporizacion del etileno a -100°C ayuda a licuar el gas
natural bajo presion y a condensar el metano comprimido hasta 3.9 MPa. en el tercer
ciclo. Desde que el gas natural es subenfriado a -155°C, la expansion de la fase liquida a
presion atmosferica resulta en vaporizacion parcial (flash), la cual ayuda a alcanzar la
temperatura de equilibrio liquido-vapor s presion atmosferica.
En este Ciclo de Refrigeracion de Cascada, el ciclo consiste de 3 subciclos con
diferentes refrigerantes. En el primer ciclo, el propano deja el compresor a alta temperatura
y presion y ingresa al Condensador donde agua o aire de enfriamiento es usado como
refrigerante. El propano condensa y entra a la Valvula de Expansion donde su presion es
disminuida hasta la presion de evaporacion. Como el propano evapora, el calor de
evaporacion viene de la condensacion del Etileno, enfriamiento del metano y del Gas
Natural. El propano deja el evaporador e ingresa al Compresor, completando asi el ciclo.
El Etileno condensado se expande y evapora conforme condensa el metano y el gas natural
es mas adelante enfriado y licuado. Como el metano entra al compresor para completar el
ciclo, la presion del gas natural licuado es reducida en una valvula de expansion
multietapas con usualmente tres etapas, y consecuentmente tres niveles de temperatura
de evaporacion para cada refrigerante. Los flujos de masa en cada etapa son usualmente
diferentes. El Gas Natural desde los ductos va a traves de un proceso durante el cual los gases
acidos son removidos y su presion aunmentada a un valor promedio de 40 bar antes de entrar
al ciclo.
PLANTA MELCHORITA
La Planta de licuefacción de gas natural se construye en un terreno costero de 521 hectáreas
de extensión ubicado a 170 kilómetros al sur de Lima. Esta incluye un centro de
licuefacción
PLANTA MELCHORITA
de gas natural, un terminal marítimo con un muelle de carga y un canal de navegación
que permitirá el ingreso y salida de los buques metaneros.
En la Planta se producirá el gas natural licuado (LNG) mediante un proceso de purificación y
enfriamiento, a través del cual el gas pasa de su estado gaseoso al estado
líquido, reduciendo su volumen hasta 600 veces, facilitando así su almacenamiento
hasta su traslado en buques metaneros. La Planta tendrá una capacidad nominal de 4.4
millones de toneladas anuales, lo que significa que estará en capacidad de procesar 620
MMSCFD.
Luego de ser enfriado, el LNG se almacenará en dos grandes tanques de
almacenamiento de 130,000 m3 a presión atmosférica para su posterior embarque en
buques metaneros. Para permitir la carga del gas licuado, el Proyecto contempla la
construcción de un terminal marítimo con un muelle de carga y un canal de navegación.