Gas Natural Licuado (GNL) Realizado por: Igor Arispe Terceros
Jorge Martínez Terceros Yamil Sejas Suárez
Gas Natural • El gas natural convencional generalmente se genera en reservorios profundos, puede encontrase asociado con el petróleo (gas asociado) o en embalses que contienen poco o ningún petróleo (gas no asociado)
Gas Natural • El gas asociado es producido con el petróleo y separado en el casinghead o fuente. El gas no asociado a veces es llamado gas de pozo o gas seco. Sin embargo, este gas seco todavía puede contener cantidades significativas de componentes LGN.
Composición del Gas Natural Composición
(%) Molar
N2
0.31
Dióxido de Carbono
CO2
5.79
Metano
CH4
86.11
Etano
C2H6
7.23
Propano
C3H8
0.51
i-Butano
C4H10
0.02
N-Butano
C4H10
0.01
i-Pentano
C5H12
0.01
n-Pentano
C5H12
0.01
Hexano
C6H14
0.00
C7 +
0.00
Componente Nitrógeno
Heptano+
Composición del Gas Natural
Impurezas del Gas Natural • Agua.
• Especies de azufre • Mercurio • CO y CO2 • Oxigeno
Clasificación del Gas Natural • El gas natural es clasificados de acuerdo a: • Contenido de Líquidos • La composición del gas desempeña un papel crítico en la economía del procesamiento de gas. Los líquidos que acompañan al gas natural, por lo general definidos como C2+, de acuerdo a la cantidad presente tenemos un gas natural: magro, o rico.
Contenido de Líquidos • Para cuantificar el contenido de líquidos de una mezcla de gas natural, la industria usa como unidad de cuantificación los GPM, o galones de líquidos recuperable por 1000 pies cúbicos estándares de gas.
Fracción molar , yi 0 0 0,0131 0,8655 0,0011 0,0697 0,0324 0,0098 0,0044 0,0015 0,0017 0 0,0006 0,0002 0 0 0 ∑= 1
Componente H2O H2S N2 C1 CO2 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 i-C6 C6 C7 C8 C9 C10
Factor de conversión
27,4816 32,6260 31,4433 36,1189 36,1189 41,3897 41,0157 46,0020 51,0516 56,1354 61,2298 ∑=
GPM
0,8904 0,3197 0,1383 0,0542 0,0614 0 0,0246 0,0092 0 0 0 1,4979
Contenido de Azufre • De acuerdo al contenido de azufre, podemos clasificar al gas natural como dulce y ácido, que se refiere generalmente al H2S. • Generalmente, el dulce significa que el gas contiene menos de 4 ppmv de H2S. La cantidad de los H2S aceptable en el gas está entre 0.25 y 1.0 granos por 100 pc. (6 a 24 mg/Sm3, 4 a 16 ppmv).
Usos del Gas Natural • El gas natural es una fuente de energía versátil que puede utilizarse en ámbitos muy variados: calefacción, generación de electricidad son sus principales usos tradicionales.
Almacenamiento de Gas Natural • La rigidez de los sistemas de recepción, transporte y distribución de gas natural ha sido un obstáculo para la masificación del gas natural en los países con bajas temperaturas, que tienen una pronunciada diferencia de consumo verano-invierno como consecuencia de la calefacción residencial.
Almacenamiento de Gas Natural
• Por esta razón se han buscado medios para balancear estos factores, apareciendo los almacenamientos subterráneos de gas como una solución capaz de paliar la gran demanda de invierno.
Almacenamiento de Gas Natural •Minas de sal abandonadas, yacimientos gasíferos depletados, acuíferos vacíos, otros., se utilizan en el mundo para almacenar gas durante el verano para inyectarlo en las redes de distribución en la época de gran demanda.
Almacenamiento de Gas Natural • Otra solución ampliamente utilizada en el mundo es la utilización del GNL como medio para almacenar volúmenes importantes de gas con este propósito. • Son las denominadas “peak-shaving plants” o plantas de almacenaje criogénico de gas.
Gas Natural Licuado • El gas natural licuado (GNL) es gas natural enfriado a -160º C a presión atmosférica, temperatura a la cual se condensa y se convierte en líquido. • Está compuesto principalmente por metano y por pequeñas cantidades de otros gases de petróleo licuado.
Gas Natural Licuado • El GNL es inodoro, incoloro, no corrosivo y no tóxico, su densidad relativa es 0,45 y sólo se quema si entra en contacto con aire a concentraciones de 5 a 15%.
Procesos de obtención del GNL • Licuefacción • Para llevar a cabo el proceso de licuefacción, el gas natural debe recibir un estricto tratamiento previo para tener un gas libre de impurezas y productos licuables que puedan dañar las instalaciones.
Tratamiento del Gas
La producción del GNL requiere temperaturas tan bajas como -258ºF (161ºC), punto de ebullición normal del metano, y, por consiguiente, los niveles de impureza aceptables en un gas para ser licuado son mucho más bajos que aquel de tubería
Especificaciones del Gas Impureza Agua
Alimentación a la Planta de GNL
Gasoducto
< 0,1 ppmv
150 ppmv (7 lb/MMscf)
Sulfuro de Hidrogeno
< 4 ppmv
0,25 - 0,30 g/100 Scf.
Dióxido de Carbono
< 50 ppmv
3 a 4% mol
Nitrógeno
< 1 % mol
3% mol
Mercurio
< 0,01 mg / Nm3
0.9 mg / Nm3
Butano Pentano+ Aromáticos
2% mol máx. 0,1% mol máx. < 2 ppmv
Ciclos de Licuefacción • Los métodos más comunes usados en la práctica ingenieril para producir temperaturas bajas son la expansión de Joule-Thomson y expansión en un motor haciendo trabajo externo.
Ciclo Joule-Thomson • El coeficiente J-T es el cambio de temperatura que resulta cuando un gas se expande adiabáticamente de una presión relativamente alta a una presión menor de tal modo que ningún trabajo externo es hecho
Expansión de gases Temperatura Inicial ºF (ºC)
Temperatura Final ºF (ºC)
Tfinal-Tinicial ºF (ºC)
Metano
80 (27)
-4 (-20)
-44*(-47)
Nitrógeno
80 (27)
46 (8)
-34 (-19)
Helio
80 (27)
91 (33)
11 (6)
Metano
-10 (-23)
-125 (-87)
-115 (-64)
Nitrógeno
-10 (-23)
-60 (-51)
-50 (-28)
Helio
-10 (-23)
1 (-17)
11 (6)
Metano
-46 (-43)
-215 (-137)
-169 (-94)
Nitrógeno
-46 (-43)
-107 (-77)
-61 (-34)
Helio
-46 (-43)
-35 (-37)
11 (6)
Elemento
Ciclos de Expansión • La expansión de gas de alta presión a una presión inferior de manera reversible o casi reversible proporciona dos mejoras. • En primer lugar, en la expansión reversible, una fracción grande del trabajo requerido para comprimir el gas puede ser recuperado y usado en otra parte en el ciclo • En segundo lugar, el proceso reversible causará un efecto de refrigeración mucho más grande
Ciclos Cerrados • En un ciclo de expansión cerrado, el fluido expandido no es el fluido para ser licuado; el expansor simplemente actúa como una fuente externa de refrigeración, similar a la refrigeración de propano.
Ciclos Abiertos • Un ciclo de expansión abierto usa el gas licuado como el fluido creciente y tiene la ventaja al ciclo cerrado de ser menos complejo.
Ciclo Cascada • El ciclo de cascada intenta acercarse a la curva refrescante por el uso de una serie de refrigerantes en lazos separados. El uso de más de tres refrigerantes permite una aproximación más cercana a la curva refrescante.
Intercambiadores de Calor • Plate Fin Heat Exchanger (PFHE) • Estos intercambiadores de calor son ampliamente usados en aplicaciones criogénicas debido a su coste bajo, pequeño tamaño, bajo peso, capacidad termal alta y eficacia con relación a otros tipos de intercambiadores de calor
Intercambiadores de Calor
Su eficacia es lograda con una real contracorriente donde existe un aumento de la propagación de temperaturas y un acercamiento más cercano al ideal
Spiral Wound Heat Exchanger
• Estos intercambiadores de calor tienen un amplio rango de temperatura y presión son usados en aplicaciones de una sola fase y dos fases. Son capaces de manejar muchas corrientes según la necesidad de clientes.
Spiral Wound Heat Exchanger
• Los materiales de construcción de este intercambiador incluyen aceros austenitic, aleaciones de aluminio, acero de carbón, níquel y aleaciones de cromo y molibdeno.
Almacenaje • Las instalaciones de almacenaje de GNL están normalmente divididas en dos categorías principales: de superficie y subterráneo. Cada uno tiene tres sub-categorías. También, el almacenaje de GNL implica un rasgo peculiar, el almacenaje de mezclas líquidas criogénicas y estratificación.
Almacenaje en Superficie • Tanque de Contención Simple
Almacenaje en Superficie • Tanque de Contención Doble
Almacenaje en Superficie • Tanque de Hormigón
Almacenaje en Superficie • Tanque de Contención Completa
Almacenaje Subterráneo • Almacenaje convencional en tanques • Cavidades de tierra congelada
• Cavernas Extraídas
Rollover
Transporte de GNL • Transporte en Camión • Tuberías • Transporte Marítimo
Regasificación • La regasificación del GNL almacenado es el paso final en la operación de peak shaving de GNL y terminales de descarga. La regasificación es llevada a cabo por la adición del calor de aire, agua, o vaporizadores integrales
Utilización del Frio • Una característica asombrosa de la industria de GNL es el desperdicio de una enorme cantidad de refrigeración potencial disponible. Dos afirmaciones generales han sido planteadas para la utilización del frío en la vaporización de GNL
Utilización del Frio
•La extracción del trabajo de un ciclo de poder que usa el frío de GNL como un disipador térmico •Uso del GNL refrigeración
como
una
fuente
de
Economía •Producción de gas. es el 15 a 20 % del coste total. • Planta de GNL. Tratamiento, licuefacción, recuperación de LGN (líquidos del gas natural), almacenaje, y carga de GNL al embarque es el 30 a 45 % del coste total.
Economía •Embarque de GNL. El embarque marítimo es el 10 a 30 % del coste total. •Recepción de terminal. La descarga, el almacenaje, la regasificación, y la distribución son el 15 a 25 % del coste total. (Energy Information Agency, 2003)
Seguridad y Medio Ambiente • La principal diferencia en la seguridad de instalaciones de GNL comparado con las plantas de gas convencionales es la mayor cantidad de gas presente en barcos y en instalaciones de almacenaje.
Diagnostico de Gasoductos • Todo el sistema de gasoductos de nuestro país se encuentra en los departamentos de Cochabamba, Santa Cruz, La Paz, Chuquisaca y Tarija. El centro de todas las operaciones y como nodo más importante es Rio Grande, desde ahí se suministra gas a Brasil y al Occidente Boliviano atreves del gasoducto al altiplano denominado GAA.
Operadoras Empresas
Condición
TRANSREDES
Estatal
CHACO (Bulo Bulo)
Estatal
ANDINA (12") Río Grande
Privada
YPFB / PLUSPETROL Bermejo (MI)
Privada
PLUSPETROL (Del YABOG)
Privada
Joint Venture CHACO / ANDINA
Privada
GAS TRANSBOLIVIANO
Privada
GAS ORIENTE BOLIVIANO
Privada
TRANSIERRA
Privada
PETROBRAS BOLIVIA TRANSPORTES
Privada
Ubicación de Gasoductos
Capacidad de Gasoductos Cap.-Max de transporte GASODUCTOS Carrasco-Yapacani Yapacani-Colpa Colpa-Río Grande Carrasco-Valle Hermoso Colpa-Minero Yacuiba-Caigua Caigua-Taquiperenda Taquiperenda-Saipurú Saipurú-Río Grande Villamontes-Tarija Tarija-El Puente Taquiperenda-Tarabuco Tarabuco-Sucre Tarabuco-Cbba. Piraimiri-Cerrillos
SIGLA GC GYC GCRG GCVH GCM GYRG 1 GYRG 2 GYRG 3 GYRG 4 GVT-1 GVT-02 GTC-1 GTC-2 GTC-3 GPC
MMPCD 176 180 253 32.1 9.5 400 450 430 430 6.4 4.6 21 20 9.3 40.3
Capacidad de Gasoductos
Cap.-Max de transporte GASODUCTOS
Sucre-Potosí
SIGLA
MMPCD
GSP
5.2
Río Grande-Parotani
GAA-1
45.5
Parotani-Oruro
GAA-2
18.3
Oruro-La Paz
GAA-3
14.4
GRGSC
86.4
GMCD
88.29
Río Grande - Mutún
GTB
1,062.00
Chiquitos - San Matías
GOB
98.87
Yacuiba - Río Grande
GASYRG
601.06
Río Grande-Santa Cruz Madrejones -Campo Duran
Ciclos Cerrados
Proceso Prico de Black&Veath
Composición del Refrigerante
Componente
Composición (%)
Metano
13.07
Etano
11.81
Propano
10.09
i-pentano
21.43
Nitrogeno
43.60
Proceso APCI C3-MR Composición del Refrigerante Componente
Composición (%)
Metano
27
Etano
50
Propano
20
n-Butano
1
Nitrogeno
2
Proceso APCI C3-MR
Proceso APCI AP-X
Proceso APCI AP-X
Proceso Liquefin de Axens
Composición del Refrigerante Componente
Composición (%)
Metano
2.3
Etano
2.3
Propano
45.6
n-Butano
15.4
Nitrógeno
34.4
Proceso Multi-componente dual de ExxonMobil
Proceso Multi-componente dual de ExxonMobil Composición del Refrigerante Composición (%) Componente Baja Presión
Alta Presión
Metano
71.4
19
Etano
7.1
27.5
Propano
7.4
n-Butano
6.9
25.5
Nitrógeno
7.2
28
Proceso Technip-Tealarc
Proceso Technip-Tealarc Composición del Refrigerante Composición (%)
Enfriamiento del Refrigerante
Componente
Enfriamiento del Gas Natural
Metano
80
Etano
5
90
Propano
5
10
n-Butano
5
Nitrógeno
5
Cascada Simple de ConocoPhillips
Cascada con Fluido Mixto de Statoil
Cascada con Fluido Mixto de Statoil Composición del Refrigerante (%)
Pre-refrigeración Componente
Licuefacción
Subrefrigeración
Etapa 1
Etapa 2
Metano
10
10
80
80
Etano
28
28
12
10
Propano
60
60
2
7
Nitrógeno
2
2
6
3
Ciclo con Nitrógeno
Ciclos Abiertos
Refrigerante propio de BP
Consumo
Costo del
de la Planta
Gas Natural
[MMpcd]
[$us/MMpc]
PRICO
10
APCI C3-MR
Eficiencia
de LGN
[%]
1.30
No
80.93
8.093
10
1.30
No
88.80
8.880
AP-X hibrid
10
1.30
No
93.49
9.349
AP-X
10
1.30
No
96.04
9.604
Axen Liquefin
10
1.30
Si
66.90
6.690
10
1.30
No
79.00
7.9
Technip-Tealarc
10
1.30
No
93.49
9.349
Cascada Simple
10
1.30
Si
75.64
7.564
10
1.30
No
81.77
8.177
10
1.30
No
89.50
8.950
10
1.30
No
55.35
5.535
Proceso
Proceso Aplicable para la Planta de Licuefacción
Producción
Extracción
de GNL
[MMpcd]
Multicomponente
Dual
Cascada Fluido Mixto Nitrógeno Refrigerante propio
con
Proceso Aplicable para la Planta de Licuefacción Proceso
Eficiencia [%]
Precio del GNL [$us/MMpc]
PRICO
80.93
1,61
APCI C3-MR
88.80
1,46
AP-X hibrid
93.49
1,39
AP-X
96.04
1,35
Axen Liquefin
66.90
1,94
Multi-componente Dual
79.00
1,65
Technip-Tealarc
93.49
1,77
Cascada Simple
75.64
0,00
Cascada con Fluido Mixto
81.77
1,59
Nitrógeno
89.50
1,45
Refrigerante propio
55.35
2,35
Componentes del Proyecto • La planta contiene las siguientes unidades de proceso: • Receptor del Gas de Alimentación, Medidor de Gas y Reductor de Presión; • Planta de Licuefacción; • Almacenamiento de GNL; • Almacenamiento de Refrigerantes; • Sistema de Regasificación
Unidad Receptora del Gas de Alimentación • El área de admisión de la planta está diseñada para una completa gama de gas de alimentación y condiciones ambientales de acuerdo a la siguiente tabla:
Parámetro Temperatura de Alimentación Presión de Alimentación Flujo de masa total Peso molecular Alimentación
Unidades
Especificaciones de Diseño
ºF / ºC
84.2 – 110 / 28 – 43.3
Psia / bar
350 – 400 / 20.6 – 27.7
Lb/h
37956
Lb/Lb mol
17.283
Planta de Licuefacción • La planta propuesta involucra la construcción y operación de una planta de GNL con una capacidad de 75 mil toneladas métricas por año empleando un proceso de licuefacción Cascada Simple de ConocoPhillips. La planta tendrá un periodo de licuefacción de 168 días trabajando con 10 MMscfd
Planta de Licuefacción
Planta de Licuefacción • El Proceso Cascada de ConocoPhillips es estable y un método fácil de licuar el gas natural. El gas es enfriado y luego licuado por una serie de chillers utilizando propano, etileno y metano como refrigerantes.
Planta de Licuefacción • El proceso de licuefacción es conseguido en tres etapas usando tres refrigerantes: propano, etileno y metano son usados secuencialmente para enfriar el gas.
Almacenamiento de GNL El Tanque de Almacenamiento de GNL es de contención completa, debido a que el tanque tiene que retener el GNL durante periodos de tiempo hasta que sea necesario despacharlo, con este tanque se tendrá menor pérdida de calor.
Almacenamiento de GNL • El tanque tendrá una capacidad de 80,000 m3, utilizable 73,000m3. Los tanques tendrán un área común de contención secundaria de acuerdo con la norma NFPA-59A. El producto de GNL proveniente del intercambiador de calor criogénico con ciclo de metano y será almacenado a presión atmosférica en los Tanques de Almacenamiento.
Almacenamiento de GNL • Las dimensiones aproximadas del tanque serán de 64 m de diámetro y 25 m de altura. Tendrá una de aislación 0,05%wt esto equivale a una evaporación de 36.5 m3 día.
Almacenamiento de GNL • El Tanque de Almacenamiento de GNL operará a una presión de 14.7 Psia (1.01 bar) y una temperatura de -163ºC. El Tanque de Almacenamiento de GNL estará provisto de cuatro bombas de carga internas de GNL y estarán ubicadas en pozos de bombeo verticales, para mantener el enfriamiento de las tuberías.
Almacenamiento de GNL • La contención secundaria y los canales serán construidos de material granular natural. En caso de un derrame de GNL en esta área, el GNL fluirá por gravedad a un área de menor altitud donde se ubica el sistema de contención secundaria
Almacenamiento de GNL • La planta producirá GNL con los siguientes componentes aproximadamente:
Componente
% Molar
Metano
97.450
Etano
1.840
Propano
0.027
Nitrógeno
0.682
Total
100.00
Almacenaje de Refrigerantes • Se proporcionará en el sitio instalaciones para el almacenamiento de refrigerantes en tanques especiales tipo bala; estos refrigerantes serán transportados en camiones especializados hasta la planta • El propano, etileno y metano serán almacenados cada uno en tanques de almacenamiento horizontales
Sistema de Regasificación • El sistema de regasificación estará diseñado para poder brindar una caudal de 6.6 millones de metros cúbicos a máxima capacidad (aprox. 220 MMpcd) y podrá regasificar por 7 días consecutivos.
Sistema de Regasificación
Sistema de Regasificación
Sistema de Regasificación
Sistema de Regasificación
Sistema de Regasificación
Sistema de Regasificación
Operaciones y Servicios
• Operación de Planta • Mantenimiento • Servicios Básicos • Automatización y Control de planta
Muchas Gracias
