PLANTA DE ENFRIAMIENTO DE METANO
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PROYECTO ENFRIAMIENTO DE METANO
INTEGRANTES: LUIS ALEJANDRO CADENA PINTO KAREN JOHANNA CEPEDA CEPEDA ANA VICTORIA MAL MA L PICA TOLEDO TOL EDO JUAN ENRIQUE PEÑA ALANIS LUISA FERNANDA TRIANA ARDILA PAOLA ANDREA ANDREA VERA SILVA
PROFESOR: PROFESOR: JUAN J UAN ANTON A NTONIO IO MORALES
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD POPULAR POPULAR AUTÓNOMA DEL ESTADO DE PUEBL PUEBLA A PUEBLAPUEBLA - MÉXICO 2018
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TABLA DE CONTENIDO ............................... ................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ................ 4 INTRODUCCIÓN ............... 1. OBJETIV OBJ ETIVOS OS ............... ................................ .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................... .. 5 1.1. Objetivo general ............................................................................................................. 5 1.2. Objetivos específicos ..................................................................................................... 5 2. ANTECEDENTES ............... ................................ .................................. ................................. ................................. .................................. ........................... .......... 6 3. MARCO TEÓRICO .............. .............................. ................................. ................................. ................................. .................................. ........................... .......... 7 4. BASES DE USUARIO ............... ............................... ................................ ................................ ................................. .................................. ...................... ..... 8 4.1. Definició Definiciónn ................ ................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................... .. 8 4.2. Proceso Proceso ................. .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ..................... ..... 8 4.3. Localización de la planta ............................................................................................... 9 4.4. Alcance del proyecto ................................................................................................... 10 4.5. Mercado Mercado ................ ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................... ... 10 4.6. Disponibilidad de energía ............................................................................................ 11 4.7. Suministro de agua ................. ........ ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................... .................. ........ 11 4.8. Mano de obra .............................................................................................................. 11 4.9. Clima Clima ............... ............................... ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. ......................... ........ 13 4.10. Facilidad de transporte .............................................................................................. 13 4.11. Protección contra incendios e inundaciones .............................................................. 14 4.12. Factores comunitarios ............................................................................................... 14 4.13. Seguridad, salud y protección ambiental ................................................................... 14 4.14. Reactividad y estabilidad ........................................................................................... 16 4.15. Información ecológica ecológica ............. ... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ................ ....... 16 4.16. Datos de seguridad seguridad del propano ......... ................... ................... ................... ................... ................... ................... .................. ............. .... 17 4.17. Efectos de exposición ................................................................................................ 17 4.18. Permisos requeridos .................................................................................................. 18 5. EQUIPOS Y DESCRIPCION DEL PROCESO .............. ............................... ................................. ................................ .................. 20 5.1. Intercambiador de calor 1 ............................................................................................. 20 5.2. Intercambiador de calor 2 ............................................................................................. 21 5.3. Comp Compresor resor ............... ................................ .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................. 22 5.4. Condensador ............................................................................................................... 23 5.5. Válvula Válvula ................ ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ...................... ...... 24 5.6. Bomba Bomba ................ ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ...................... ...... 25 BIBLIOGRAFÍA .............. ............................... .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. ................. 27 ANEXOS .............. ............................... .................................. ................................. ................................. .................................. ................................. ........................... ........... 28 3
INTRODUCCIÓN
Uno de los principales objetivos de los organismos gubernamentales son reducir la contaminación, en los últimos años, México ha mostrado gran compromiso e interés en disminuir los efectos negativos al ambiente. El metano, es uno de los contaminantes más potentes, junto al dióxido de carbono es uno de los gases que más contribuye al efecto invernadero, de ahí la importancia de buscar alternativas para su uso en la industria de una forma responsable, teniendo en cuenta que se México se ubica en el quinto lugar entre los mayores emisores de metano por gas y petróleo en el mundo (Araiza, 2017). El metano es un hidrocarburo, principal componente del gas natural, llamado también “gas de los pantanos”. Sus orígenes son diversos, se puede extraer de combustibles
fósiles, de materia orgánica en descomposición, de procesos de digestión y defecación de animales, entre otros, por lo tanto, son variadas las aplicaciones con este producto, que además de contribuir al cuidado del medio ambiente, genera oportunidades de trabajo y de uso en la industria. Este documento provee la información necesaria relacionada con la planta de enfriamiento de metano, teniendo en cuenta evaluaciones económicas, ambientales, normativa y rentabilidad en la producción.
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1.
OBJETIVOS
1.1. Objetivo general
El objetivo de SERVICIOS DE ENFRIAMINETO GNS es el desarrollo, a nivel nacional
e
internacional,
de
actividades
comerciales
o
industriales
correspondientes al enfriamiento, transporte, almacenamiento, distribución y comercialización de metano como materia prima de combustión limpia. 1.2. Objetivo s específicos
Evaluar costos, equipos y tecnologías requeridas para el funcionamiento de la planta de enfriamiento de metano.
Suplir la demanda insatisfecha nacionalmente abarcando el sector eléctrico público y petrolero.
Enfocar la comercialización de metano a bajas temperaturas en mercados objetivo
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2.
ANTECEDENTES
Desde la antigüedad filósofos griegos habían tenido ciertos indicios sobre el comportamiento del aire y en general los gases. Personajes como Galileo, Torricelli y Pascal comienzan a definir su comportamiento, Boyle en Inglaterra y Mariotte en Francia demuestran experimentalmente que la relación entre en volumen y la temperatura es inversamente proporcional. A finales del siglo XVIII, en Francia, Monge y Clouet realizan las primeras experiencias de la licuefacción de los compuestos gaseosos por simple enfriamiento y con la ayuda de mezclas refrigerantes químicas. El gran físico inglés, Faraday, desarrolla nuevas novedades basándose en los principios anteriores para un determinado número de gases fácilmente licuables. Sin embargo, los riesgos de manipulación eran muy grandes ya que eran métodos rudimentarios para alcanzar temperaturas muy bajas. El alemán Linde, junto con el francés Claude, a principios del siglo XX son los primeros en desarrollar este proceso a escala industrial.
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El compuesto orgánico metano (CH ) es el primer miembro de la serie de alcanos. Este puede dar origen a derivados siendo el gas metano uno de ellos. Un gas que se forma en los pantanos mediante fermentación anaeróbica fue descubierto en 1778 por el químico italiano Alessandro Volta (1745- 1827). Fue nombrado por Volta de “gas de los pantanos”. Ese mismo gas más tarde pasó a llamarse gas metano tal como lo conocemos hoy. Esa fermentación anaeróbica dada por la ausencia de oxígeno es la misma que ocurre en los vertederos y en alcantarillados que también generan el metano. La extracción del metano puede ser realizada a partir del gas natural, petróleo, esquisto bituminoso (shale oil) o de la hulla. La presencia de gas metano en la atmósfera afecta a la temperatura y el sistema climático de la Tierra. Es el principal componente del gas natural, siendo así uno de los causantes del efecto invernadero.
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3.
MARCO TEÓRICO
El alcano más sencillo, el metano, constituye una parte importante de la atmósfera de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, no obstante, se encuentra en la tierra en grandes cantidades. Está presente en la atmósfera de las minas de C (el grisú, gas detonante) y se produce en los pantanos y ciénagas cuando las bacterias metanógenas actúan en ausencia de oxígeno sobre la materia orgánica en putrefacción. El metano se puede obtener de distintas fuentes. La principal es la que se extrae de los depósitos geológicos, creados por la descomposición de materia orgánica. También se puede obtener de la fermentación de restos orgánicos, como por ejemplo los estiércoles o los lodos de las aguas residuales.
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4. BASES DE USUARIOS
4.1. DEFINICIÓN
El gas natural está compuesto por hidrocarburos livianos en estado gaseoso, constituido principalmente por metano y etano, el primero de los cuales representa entre el 75% y 95% del volumen total de la mezcla, y en menor proporción por propano, butanos, pentanos e hidrocarburos más pesados. El metano es utilizado en procesos químicos industriales como materia prima para la elaboración de múltiples productos sintéticos y puede ser transportado como líquido refrigerado (gas natural licuado o GNL). La licuefacción reduce el volumen del gas natural en 600 veces su volumen original, siendo de este modo, el gas natural más liviano que el aire. En los últimos años ha sido aplicado con buenos resultados, como fuente energética alternativa en pequeña escala.
4.2. PROCESO
El proceso que se lleva a cabo está basado en la producción de metano frío, gracias al aporte de intercambiadores de calor y el ciclo de refrigeración del propano. La principal materia prima utilizada son 35.314.700,0 lbm/h de metano gaseoso, 136.275.778,8 lbm/h (intercambiador 1) y 190.476.069,9 lbm/h (condensador) de agua líquida y 20.574.651,3 lbm/h de propano. Inicialmente ingresan 35.314.700,0 lbm/h de metano gaseoso a 30 atm y 100°C, al intercambiador de calor 1 (E-101), el cual emplea suministro de agua de enfriamiento. Se necesitan 136.275.778,8 lbm/h de agua a 1 atm de presión a contracorriente para reducir la temperatura del metano hasta 30°C. La corriente de salida de metano del intercambiador, se dirige a un segundo intercambiador (E-102) con el fin de continuar el enfriamiento del metano, aquí el intercambio de calor se realiza con un ciclo de enfriamiento con propano, utilizando 8
20.574.651,3 lbm/h del mismo. La temperatura del metano disminuye desde 30°C hasta -30°C, en un proceso isobárico de 30 atm de presión. Para el ciclo de enfriamiento del propano se emplea un compresor, un condensador y una válvula. La corriente de salida del segundo intercambiador se dirige hacia el compresor (C-101) a -40°C y 1,16 atm de presión. Éste opera con una eficiencia del 85% y permite aumentar la presión del propano hasta 10,88 atm, de igual forma la temperatura aumenta hasta 110°C. La corriente de salida del compresor es enviada a un condensador (E-103) con el fin de enfriar el propano, cambiando su condición termodinámica de vapor sobrecalentado a líquido saturado a 10,88 atm. Aquí se emplean 190.476.069,9 lbm/h de agua de enfriamiento impulsada por a una bomba (P-101), que trabaja con una eficiencia 70%, y permite disminuir la temperatura del propano hasta 30°C. El propano obtenido del condensador se dirige a una válvula (V-101) que ayuda a reducir la energía del mismo en función de la disminución de la temperatura y presión (-40°C y 1,16 atm respectivamente), manteniendo la entalpía constante. Los servicios auxiliares empleados durante el proceso son, además del suministro de agua y electricidad, gas y vapor utilizados en el compresor presente dentro del ciclo de refrigeración del propano, y un tanque de almacenamiento, ubicado al final del proceso, donde se depositará el metano frío finalmente obtenido y desde donde se distribuirá hacia las industrias cercanas.
4.3. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA
Piedras Negras es una ciudad fronteriza del noreste de México, en el estado de Coahuila, se ubica frente a la ciudad de Eagle Pass, Texas, Estados Unidos, a orillas del río Bravo. A continuación, se describen los factores más relevantes que pueden determinar un incremento o ahorro en costos.
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● Costos de transporte de product o a nivel nacional: basados en el interés
de enriquecer el mercado nacional con producto interno, el proyecto se beneficia cuando se ubica más cerca a cada una de las regiones del país que demanden el metano líquido, en este sentido la ubicación en la ciudad de Piedras Negras es óptima debido a la cercanía general con cada cliente, por otra parte, la ciudad es un escenario adecuado para la exportación. ● Cercanía a fuentes de abasto: la materia prima crítica y más relevante en el
proceso de producción del metano líquido es el metano, los costos incrementarían en función de la distancia del punto de abasto, pero en este caso la planta se posicionaría cerca al proveedor, lo cual permite recibir por parte de la refinería la cantidad suficiente para cumplir con los objetivos de producción, en general se establece como un factor positivo. ● Beneficios económicos y legales: la zona industrial presenta un beneficio de
reducción de impuestos pues está adecuada para promover la producción y transformación de materias primas, en este sentido la ciudad de Piedras Negras cuenta con una agrupación industrial con la ventaja de ser puerto de comunicación para importaciones y exportaciones. 4.4. ALCANCE DEL PROYECTO
Se espera poder producir aproximadamente 35.314.700 lbm/h de metano frio, el cual abastecerá las industrias cercanas, generando cerca de 20 empleos para personas de la región, cuando la planta esté operando. El resultado esperado del proyecto se basa en la determinación viable de la industria de enfriamiento del metano, dentro de los límites y restricciones establecidas, como una industria sostenible en el tiempo, que supla las necesidades de las empresas asociadas y genere un impacto nacional positivo. 4.5. MERCADO
Actualmente este campo es explotado por parte de PEMEX al cual en el 2015 se le asignaron 8 áreas de gas.
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● En 1990 se produjo 244 mil millones de pies cúbicos diarios de gas que
representaba el 6.7% del total del gas producido natural y el 34.7% del total gas seco. ● 2015 cerró con 1,098 miles de millones de pies cúbicos diarios de gas
representaba el 17.7% del total del gas producido natural y el 69.76% del total gas seco. PEMEX compra al año alrededor de 12 a 15 mil millones de gas a EUA (dependiendo del tipo de cambio a la compra), por ser la única por el momento la que lo está realizando. Esto está ocasionando un incremento de importación y una desvalorización por parte de PEMEX en invertir en la cuenca de Burgos. 4.6. DISPONIBILIDAD DE ENERGÍA ● Central Termoeléctrica José López Portillo: la Central Termoeléctrica José
López Portillo de la Comisión Federal de Electricidad tiene una capacidad instalada efectiva de 1200 MW en cuatro unidades generadoras de 300 MW cada una. ● Central termoeléctrica Carbón II: la Central cuenta con cuatro unidades
generadoras con capacidad de 350.000 kW cada una, para un total de 1.400.000 kW/h. Por lo que es en la actualidad la mayor central termoeléctrica a base de carbón de América Latina. 4.7. SUMINISTRO DE AGUA
La presa de la Amistad es una presa binacional ubicada en el cauce del Río Bravo entre los límites de México, Coahuila y Estados Unidos, Texas. Su embalse es aproximado a 3,887 hectómetros cúbicos, el cual es llamado el embalse la Amistad, es operado por la Comisión Internacional de Límites y Aguas. 4.8. MANO DE OBRA
Requerimiento de operarios por turno : para determinar la cantidad de
operarios se determina a través del modelo desarrollado por Ulreich en la cual da un valor aproximado de la cantidad de operarios necesarios para cada equipo durante un turno, a partir de este dato se puede determinar la cantidad 11
de operarios necesarios durante un turno multiplicando el número de equipos de la planta por su respectivo valor dado por Ulreich, al sumar todo se determina la cantidad de operarios necesarios para un solo turno (Silla, 2003).
TABLA 1. Requerimiento de operarios por t urno
TABLA 2. Requerimientos de personal administ rativo
Horas totales de operación
TABLA 3. Horas tot ales de o peración
Salarios de Operador/a de producción en Piedras Negras, COAMedia en Piedras Negras, COA $4,270 al mes ▼12% más bajo que el promedio nacional
12
(La información salarial es una estimación a partir de 154 fuentes obtenidas directamente de las empresas, usuarios y empleos en Indeed en los últimos 36 meses. Última actualización: 31 de agosto de 2018) 4.9. CLIMA
El clima de la región es semiseco-semicálido. En verano, las temperaturas en esta ciudad superan frecuentemente los 44°C. En verano ha llegado a alcanzar los 48.7°C e invierno ha llegado a -10°C. La última vez que nevó fue en diciembre de 2017.
TABLA 3. Parámetros cli máticos prom edio de Piedras Negras durante el año
4.10. FACILIDADES DE TRANSPORTE
Puentes internacionales:
General Carlos Pacheco (Puente Internacional I) Coahuila 2000 - Camino Real (Puente Internacional II) Charles Frisby (Puente Internacional Ferroviario) ● Ferrocarriles: el municipio de Piedras Negras cuenta con estación de
ferrocarril, la cual se encuentra conectada a la red nacional de ferrocarril, facilitando así el acceso a las fronteras, puertos y ciudades más importantes del país. ● Aeropuer to: la ciudad se encuentra cerca del Aeropuerto Internacional de
Piedras Negras, ubicado en la ciudad de Nava, en la carretera Piedras NegrasNuevo Laredo kilómetro 2,5.
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Carreteras federales:
Carretera 57 (Monclova, Saltillo, San Luis Potosí, Querétaro y Ciudad de México) Carretera 2 (Ciudad Acuña, Nuevo Laredo, Reynosa y Matamoros)
4.11. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS E INUNDACIONES
Existe un consejo de protección civil que tiene como objetivo ser apoyo y asesoría para coadyuvar con las autoridades federales estatales y municipales para elaborar, formular e implementar programas de trabajo tendientes al prevención, auxilio y recuperación de la población en casos de emergencia. El cual ha permitido hacer frente a las diferentes contingencias que se han presentado en la ciudad, desde tornados, hasta inundaciones y cuestiones climatológicas. 4.12. FACTORES COMUNITARIOS
El municipio está situado en la Región Norte de Coahuila, cuenta con una población de 163.595 habitantes. Piedras Negras se encuentra entre las 10 mejores ciudades mexicanas para vivir, de acuerdo con la agencia encuestadora Gabinete de Comunicación Estratégica, quien elaboró tres indicadores para evaluar a las ciudades mexicanas entre un total de 70 poblaciones. En el Índice de Calidad de Vida (INCAV), Piedras Negras obtuvo el décimo lugar; además, en el Índice de Satisfacción con los Servicios (ISACS), obtuvo un noveno lugar. Con lo cual, Piedras Negras se coloca entre las 10 ciudades más habitables de México. 4.13. SEGURIDAD, SALUD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL
El metano como gas de efecto invernadero: Después del dióxido de carbono
(CO2), el metano ocupa el segundo lugar en cuanto a gases de efecto invernadero causados por las actividades humanas. El metano es un gas de efecto invernadero, con una vida atmosférica corta de aproximadamente 12 años. También se considera un gas de efecto invernadero potente debido a que es 23 veces más eficaz para atrapar el calor dentro de la atmósfera que el CO2. En los últimos dos siglos, las concentraciones de metano en la atmósfera han aumentado en más del doble. Las concentraciones atmosféricas se 14
determinan por el equilibrio entre el índice de ingreso y el índice de eliminación. Los índices de ingreso han aumentado debido a las actividades humanas, mientras que los índices de eliminación se determinan mediante la eficacia de los “sumideros”, los sistemas que absorben o neutralizan un gas de efecto
invernadero. Los principales sumideros de metano son la oxidación por reacción química con hidróxilo troposférico (OH), con la oxidación estratosférica y absorción microbiana mediante los árboles y suelos. La fuerza y eficacia de estos sumideros determinan la vida atmosférica del metano. El gas metano constituye aproximadamente el 16 por ciento de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. El metano es emitido por una variedad de fuentes tanto antropogénicas (causadas por las actividades del ser humano) como de fuentes.
Resumen de emergencia: gas comprimido extremadamente inflamable. El
metano no es tóxico, es incoloro, inoloro y es más ligero que el aire por lo que puede alcanzar fuentes de ignición lejanas. El peligro primordial relacionado con escapes de este gas es combustión o explosión por formación de mezclas con el aire.
Efectos potenciales para la salud:
La exposición a elevadas concentraciones puede causar asfixia por desplazamiento de oxígeno.
Se manifiestan síntomas como perdida del conocimiento y de la
movilidad
A bajas concentraciones puede causar narcosis, vértigos, dolor de la cabeza, náuseas y perdida de coordinación.
Sensibilidad de explosión a una descarga eléctrica : una descarga estática
puede causar que este producto se encienda explosivamente, en caso de escape.
Riesgo general: gas altamente inflamable que puede formar una gran
variedad de mezclas explosivas fácilmente con el aire. En caso de incendio,
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puede producir gases tóxicos incluyendo monóxido de carbono y dióxido de carbono.
Medios de extinción: Roció de agua, polvo químico seco y dióxido de
carbono.
Instrucciones para combatir i ncendios: si no hay riesgo, se debe detener la
fuga cerrando la válvula. Los cilindros cercanos al fuego deben ser retirados y los que se encuentren expuestos al fuego deben ser enfriados rociándolos con agua desde un lugar seguro. Si el incendio se extingue antes de que la fuga sea sellada, el gas puede encenderse explosivamente sin aviso y causar daño extensivo, heridas o muerte. En este caso, aumentar la ventilación (en áreas cerradas) para prevenir la formación de mezclas inflamables o explosivas. Se deben eliminar todas las posibles fuentes de ignición. Si un camión que transporta cilindros se ve involucrado en un incendio, aislar un área de 1600 metros (1 milla) a la redonda. Combatir el incendio desde una distancia segura utilizando soportes fijos para las mangueras.
4.14. REACTIVIDAD Y ESTABILIDAD
El metano es un gas estable.
Incompatibilidad: el metano puede reaccionar explosivamente en presencia
de halógenos, óxidos de nitrógeno y acetileno.
Condiciones que evitar: m antener los cilindros lejos de fuentes de ignición y
de las descargas electrostáticas. Cilindros expuestos a temperaturas altas o llamas directas pueden romperse o estallar violentamente.
4.15. INFORMACIN ECOLGICA
El metano no contiene ningún químico Clase I o Clase II que reduzca el ozono. No se anticipa ningún efecto en la vida de las plantas. El metano es un combustible muy limpio comparado con los combustibles tradicionales, lo que facilita el cumplimiento de las exigentes normas ambientales. El metano en la atmosfera es una de las causas del efecto invernadero. 16
4.16. DATOS DE SEGURIDAD DEL PROPANO
El propano es más denso que el aire y puede extenderse a ras del suelo. Es posible que se acumule en los lugares bajos produciendo una deficiencia de oxígeno. Los vapores pueden alcanzar una fuente de ignición en un punto distante y retroceder con flamas. Los contenedores pueden explotar cuando se calientan. 4.17. EFECTOS DE EXPOSICIN
INHALACIÓN
Al producirse pérdidas en zonas confinadas este líquido se evapora muy rápidamente originando una saturación total del aire con grave riesgo de asfixia. La inhalación de los vapores provoca irritación de nariz y garganta. En lugares cerrados puede producir mareos y asfixia.
CONTACTO CON LA PIEL
Quemadura por enfriamiento, irritación y enrojecimiento de la zona del contacto. El contacto repetitivo puede causar resequedad de la piel o dermatitis.
CONTACTO CON EL OJO
Puede provocar irritación y conjuntivitis. DATOS DE REACTIVIDAD:
ESTABILIDAD: Estable bajo condiciones normales de presión y temperatura.
Altamente inflamable.
INCOMPATIBILIDADES: Reacciona violentamente con los oxidantes fuertes
como: Pentafloruro de bromo, Trifloruro de cloro, Cloro, Flúor , Heptafloruro de yodo, Oxgeno lquido. Es incompatible con los halógenos.
CONDICIONES A EVITAR: Exponerlo a posibles fuentes de ignición (chispas,
‐
sand blast, entre otros), evitar la formación de mezclas explosivas.
INFORMACIN ECOLGICA:
Provoca contaminación al aire, contribuyendo
al calentamiento de la tierra por medio del efecto invernadero.
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ACCIN ECOLGICA:
La emisión de contaminantes será́ conforme a lo
establecido en el Reglamento de Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección Ambiental (LGEEPA) en materia de prevención y control de la contaminación de la atmosfera
4.18. PERMISOS REQUERIDOS
Se encontró una empresa dedicada a lo mismo y se observó que requisitos cumplieron para obtener el permiso. Normas
Norma NMX-R-046-SCFI-2015: la Norma establece los requisitos básicos que
un desarrollo inmobiliario de uso industrial debe cumplir, para poderse considerar como “parque industrial”. Entre estos requisitos se encuentran, el ttulo de propiedad, plano de ubicación, impacto ambiental, diseo de
pavimentos, proyecto ejecutivo, licencia s y permisos, obras de cabeza, reglamento interno, plano de lotificación autorizado, y una administración
permanente.
NOM-031-STPS-2011: construcción-condiciones de seguridad y salud en el
trabajo. 18
Un Parque Industrial se caracteriza por cuatros aspectos fundamentales: a) Se ubica cerca de alguna vía importante de comunicación como puertos aéreos o marítimos, carreteras o vías férreas. b) Dispone de la infraestructura necesaria para la instalación de plantas industriales, como son los servicios básicos de agua y descarga, energía eléctrica, telefonía y urbanización interna. c) Tiene todos los permisos necesarios para la operación de las plantas industriales a instalarse dentro del mismo. d) Cuenta con una administración central que coordina la seguridad interna, el buen funcionamiento de la infraestructura, la promoción de los inmuebles y la gestión general de trámites y permisos ante las autoridades.
NOM-013-SECRE-2012: requisitos de seguridad para el diseño, construcción,
operación y mantenimiento de terminales de almacenamiento de gas natural licuado que incluyen sistemas, equipos e instalaciones de recepción, conducción, vaporización y entrega de gas natural (cancela y sustituye a la Norma Oficial Mexicana NOM-013-SECRE-2004, Requisitos de seguridad para el diseño, construcción, operación y mantenimiento de terminales de almacenamiento de gas natural licuado que incluyen sistemas, equipos e instalaciones de recepción, conducción, vaporización y entrega de gas natural).
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5. EQUIPOS Y DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 5.1. INTERCAMBIADOR DE CALOR 1 (E-101)
Descripci ón del equipo:
En el primer paso para el enfriamiento de metano se emplean 136275778,8 lbm/h de agua de enfriamiento a 1 atm de presión en contracorriente para reducir la temperatura del metano en un proceso isobárico a 30 atm, desde 100 hasta 30°C. Consideraciones
Operación estacionaria, todo el calor desprendido por el metano es absorbido por el agua de enfriamiento, no se consideran perdidas de calor al ambiente, en este sentido el intercambiador es adiabático. Balance de Materia
0 = ∑ − ∑ , : = ,
: =
Balance de energía
= ∑ ℎ − ∑ ℎ : = (ℎ − ℎ), : − = = (ℎ − ℎ) = ... / Resumen
Corriente Sistema Flujo [lbm/h] Temperatura [°F]
Presión [psia] Entalpía [Btu/lbm] Entropía [Btu/Lbm]
1
Metano
35314700,0
212
441
-1460
2,46
2
Metano
35314700,0
86
441
-1530
2,26
3
Agua
136275778,8
77
14,7
44,82
0,25
4
Agua
136275778,8
95
14,7
62,96
0,30
20
5.2. INTERCAMBIADOR DE CALOR 2 (E-102)
Descripci ón del equipo:
En el segundo paso para el enfriamiento de metano se intercambia calor con un ciclo de enfriamiento con propano, el cual permite disminuir la temperatura del metano desde 30 hasta -30°C, utilizando calor sensible del propano.
Consideraciones
Operación estacionaria, la temperatura del propano permanece constante ya que este entra en fase liquido-vapor a -40°C y sale del intercambiador como vapor saturado una vez enfriado el metano, proceso isobárico y adiabático.
Balance de Materia
0 = ∑ − ∑ , : = ,
: =
Balance de energía
= ∑ ℎ − ∑ℎ
= ... /
: = (ℎ − ℎ), : − = = (ℎ − ℎ)
Resumen
Corriente Sistema Flujo [lbm/h] Temperatura [°F]
Presión [psia] Entalpía [Btu/lbm] Entropía [Btu/Lbm]
2
Metano
35314700,0
86
441
-1530
2,26
5
Metano
35314700,0
-22
441
-1597
2,22
6
Propano
20574651,3
-40
17
-695
1,36
9
Propano
20574651,3
-40
17
-810
0,89
21
5.3. COMPRESOR (C-101)
Descripci ón del equipo:
En el ciclo de propano el compresor permite aumentar la presión del propano que proviene del intercambiador para luego ser enfriado en el condensador.
Consideraciones
El compresor opera con una eficiencia del 85%, se desprecia energía cinética y potencial, compresor adiabático.
Balance de Materia
0 = ∑ − ∑ , : = ,
Balance de energía
= ∑ ℎ − ∑ ℎ : = (ℎ − ℎ) = (ℎ − ℎ ) = −925859308/ℎ ℎ = 650 / = /(85%) = − /
Trabajo requerido por el compresor
W = 434027 Hp
Trabajo del compresor Trabajo
Widealcomp Wreal
Resumen
Corriente Sistema Flujo [lbm/h] Temperatura [°F]
BTU/h
KJ/h
-925859308,7
-976781570,7
-1089246246
-1149154789
Presión [psia] Entalpía [Btu/lbm] Entropía [Btu/Lbm]
6
Propano
20574651,3
-40
17
-695
1,36
7
Propano
20574651,3
110
160
-642,06
1,40
22
5.4. CONDENSADOR (E-103)
Descripci ón del equipo:
Permite cambiar la condición termodinámica del propano de vapor sobrecalentado a líquido saturado a 10,88 atm. Consideraciones
Operación estacionaria, condensador adiabático sin perdidas de calor, proceso isobárico, se desprecia energía cinética y potencial. Balance de Materia
0 = ∑ − ∑ , : = ,
: =
Balance de energía
= ∑ ℎ − ∑ ℎ : = (ℎ − ℎ), : − = = (ℎ − ℎ) = ... / Resumen
Corriente Sistema Flujo [lbm/h] Temperatura [°F]
Presión [psia] Entalpía [Btu/lbm] Entropía [Btu/Lbm]
7
Propano
20574651,3
110
160
-642,06
1,40
8
Propano
20574651,3
86
160
-810
1,09
10
Agua
190476069,9
77
49,67
44,89
0,25
11
Agua
190476069,9
95
49,67
63,03
0,30
23
5.5. VALVULA (V-101)
Descripci ón del equipo:
Válvula para reducir la energía del propano en función de la disminución de la temperatura y presión, manteniendo la entalpia constante.
Consideraciones
Válvula isoentálpica, energía cinética y potencial despreciable.
Balance de materia
0 = ∑ − ∑ , : = ,
Balance de energía
0 = ∑ℎ − ∑ ℎ
ℎ = ℎ
Resumen
Corriente Sistema Flujo [lbm/h] Temperatura [°F]
Presión [psia] Entalpía [Btu/lbm] Entropía [Btu/Lbm]
8
Propano
20574651,3
86
160
-810
1,09
9
Propano
20574651,3
-40
17
-810
0,89
24
5.6. BOMBA (P-101)
Descripci ón del equipo:
Bomba para suministro de servicio de agua de enfriamiento que captura agua de tanque de almacenamiento y permite la condensación del propano en el ciclo de refrigeración.
Consideraciones
Operación continúa, la bomba opera con una eficiencia del 70%, energía cinética y potencial despreciable.
Balance de materia
0 = ∑ − ∑ , : = ,
Balance de energía
: = (ℎ − ℎ)
= ∑ ℎ − ∑ ℎ
= (ℎ − ℎ ) = 20476230 /ℎ, ℎ = 104,17 = /(70%) = 29251758 /ℎ
Trabajo requerido por la bomba con s obre diseño de 10% W = 11656 Hp
Trabajo de la bomba Trabajo
BTU/h
Widealbomba Wreal
KJ/h
-20476230,98
-21602423,69
-29251758,55
-30860605,27
Resumen
Corriente Sistema Flujo [lbm/h] Temperatura [°F]
Presión [psia] Entalpía [Btu/lbm] Entropía [Btu/Lbm]
10
Agua
190476069,9
77
49,67
44,89
0,25
12
Agua
190500765,9
77
14,70
44,83
0,16
25
SERVICIOS REQUERIDOS
26
BIBLIOGRAFÍA
González, E. (2014). Criogenia: cálculo de equipos y recipientes a presión. España: Diaz de Santos Hoja de datos de seguridad de producto de Praxair. (2009). [En línea]. Estados Unidos. Praxair. Disponible en: http://www.praxair.com.mx/-/media/corporate/praxairmexico /documents/safety-data-sheets/metano-hds-p4618f-2009.pdf Hoja de datos de seguridad del material (SDS) metano. [En línea]. Ecuador. Linde. Disponible
en:
http://www.linde-
gas.ec/en/images/HOJA%20DE%20SEGURIDAD%20 METANO_tcm339-98262.pdf Norma oficial mexicana NOM -013 (2012). [En línea]. México. Disponible en: http://www.dof.gob.mx/nota_detalle_popup.php?codigo=5315762 Cuenca de burgos, es negocio o no. (2016).Oil and Magazine. México Disponible en: https://www.oilandgasmagazine.com.mx/2016/05/cuenca-burgos-negocio/ Piedras
negras
(2018).
[En
línea].
México.
Disponible
en:
http://www.piedrasnegras.gob.mx/ Gallo, I. (2018). Resolución de la comisión reguladora de energía. [En línea]. México. Disponible en: http://drive.cre.gob.mx/Drive/ObtenerResolucion/?id=16300
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ANEXOS A. Ficha Int ern acional de seguridad del Metano
28
29
B. Ficha Internacional de seguridad del propano
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