ESTUDIO TÉCNICO DE RECUPERACIÓN DE GLP
Villa Montes, 30 de Julio de 2009.
CONTENIDO 1.
ANTECEDENTES…………………………………………………………........1
2.
OBJETIVOS…………………..………………………………….………….......4 2.1.
Objetivo General...………………...………………….……..........…............4
2.2.
Objetivos Específico……………………...………………….………...…....4
3.
JUSTIFICACIÓN………………………………………………...…………......4
4.
MARCO MARCO TEÓRICO...…………………………………………………………...5 TEÓRICO...…………………………………………………………...5 4.1. Disponibilidad de la Materia Prima………………………………………….5 Prima………………………………………….5 4.2. Identificación del Problema y Rutas de Solución……………………….......6 4.3. Generalidades……………………………………………………… Generalidades……………………………………………………………......7 ……......7 4.4. Procesos de Separación del Gas…………………………………… Gas…………………………………………......7 ……......7 4.4.1. Proceso de Fraccionamiento Fraccionamiento del LGN………………………..…...……....7 4.4.2.Proceso de Absorción Absorción y Rectificación……………… Rectificación…………………………..………...8 …………..………...8 4.4.3. Proceso Criogénico………….……………………………………….........9 4.5. Descripción del Proceso Criogénico……………………………...………...11 Criogénico……………………………...………...11 4.5.1. Selección del Proceso…………………………………………...………..11 4.5.2. Descripción General del Proceso Criogénico……………………......... Criogénico…………………….............12 ....12 4.5.3. Condiciones de Operación……….…………… Operación……….……………………………...……….15 ………………...……….15 4.6. Diseño del Equipo Turbo Expander………………………………………..16
5. ESTUDIO ESTUDIO ECONOMICO……..………………………………… ECONOMICO……..………………………………………………..17 ……………..17 6. METODOLOGÍA……………………………………………………………….17 7. PLAN DE TRABAJO………………………… TRABAJO…………………………………………………………..18 ………………………………..18 8. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES………...……………………………..18 9. COSTO DEL ESTUDIO PROPUESTO……………………………………….19 10. BIBLIOGRAFÍA… BIBLIOGRAFÍA…………………………………...………………………....20 ………………………………...………………………....20
ÍNDICE DE TABLAS Páginas Tabla Nº 1 Composición del Gas Natural…………………...………………………1 Tabla Nº 2 Pozos Perforados en Margarita……………………………………….....6 Tabla Nº 3 Ventajas y Desventajas para la recuperación del GLP………………..11 Tabla Nº 4 Cronograma de Actividades….………….……………..……………...18 Tabla Nº 5 Detalle de Costos …………………..…………..………………….......19
ÍNDICE DE FIGURAS / DIAGRAMAS DE FLUJOS Páginas Figura 1: Gráfico de las Reservas de Gas Natural...……………..………....…......5 Diagrama de Flujo Nº 1 Proceso de Fraccionamiento LGN………………………8 Diagrama de Flujo Nº 2 Proceso de Absorción y Rectificación…………………..9 Diagrama de bloque Nº 1 Planta Criogénica………….…………………………..11 Diagrama de Flujo Nº 3 Proceso Criogénico para la Recuperación de GLP.…….14 Figura Nº 2 Turbo Expander……………………………………………………...16
1. ANTECEDENTES El gas natural es un hidrocarburo que puede encontrarse en yacimientos, sólo o en compañía de petróleo. En el primer caso se denomina gas libre mientras que en el segundo se conoce como gas asociado. Sus componentes pueden variar según el yacimiento pero en general posee la siguiente composición: Tabla Nº 1: Composición del Gas Natural Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Compuesto N2 CO2 C1H4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 C6H14 C7H16+
Masa Molecular % Molar 28,02 0,726 44,01 1,633 16,04 86,015 30,07 7,653 44,10 2,701 58,12 0,424 58,12 0,546 72,15 0,149 72,15 0,091 86,17 0,043 100,198 0,019 1 Fuente: YPFB .
Yi 0,00726 0,01633 0,86015 0,07653 0,02701 0,00424 0,00546 0,00149 0,00091 0,00043 0,00019
Mundialmente, en el año 2003, el gas natural ocupaba el tercer lugar entre las fuentes de energía primaria con un 24% del total. Hoy en día el gas natural ha ido posicionándose en uno de los primeros lugares. Los usos más comunes del gas natural son 2: •
Aplicación Doméstica
•
Aplicación Comercial
•
Aplicación Industrial
•
Generación Termoeléctrica.
El gas natural para ser consumido pasa por un proceso de deshidratación, donde se elimina el contenido de agua presente con los hidrocarburos gaseosos, este sistema se realiza en dos etapas, en la primera etapa se utiliza el trietilen glicol y tamices moleculares en la segunda etapa. El gas obtenido del proceso de deshidratación es un gas seco, libre de agua, para prevenir la formación de hidratos en el proceso de recuperación de gas licuado de petróleo (GLP). El gas licuado de petróleo se obtiene en un 60% por separación del gas natural y en un 40% de la destilación de petróleo crudo en las refinerías. Industrialmente para la recuperación de GLP, se utilizan los siguientes procesos: •
Proceso de Fraccionamiento.
•
Proceso de Absorción y Rectificación.
•
Proceso Criogénico.
Proceso de Fraccionamiento.- Consisten en varias etapas de separación que se logran a través de la destilación, en las que se separa el propano-butano (GLP), por la parte superior y el pentano- hexano componentes de la gasolina natural por la parte inferior. Proceso de Absorción y Rectificación.- Consiste en un proceso de separación que se lleva a cabo en columnas de burbujeo en las que circula a contra corriente el absorbente se usa gas oíl o Kerosene como absorbente. Donde el aceite absorbente rico en hidrocarburos livianos es separado en la columna rectificadora, por la parte superior propano-butano (GLP) por la parte inferior pentano-hexano componentes de la gasolina natural 3. Proceso Criogénico.- El proceso Criogénico también conocido como proceso Turbo Expander, es el más utilizado debido a su eficiencia en la mayoría de las plantas de procesamiento de gas, para el control del punto de rocío y recuperación de etano, propano-butano (GLP), e hidrocarburos más pesados
como el pentano-hexano
componentes de la gasolina natural, debido a las características
del Expander
(Expansor), de producir trabajo utilizable a demás de enfriamiento a muy bajas temperaturas de -73 ºC.
Sistema mecánico de CRIOGÉNICO
refrigeración. Gas de Ventas a las Tuberías o
Planta de recuperación de GNL
Residuo del Gas a Seco, reinyección ElElproducto pr NGL oducto de NGL a la Rico tubería del producto de Bombas Re compresión Gas deSeco Entrada
En Bolivia, los primeros esbozos de la industrialización del Gas Natural (GN)
se
dieron en la década de 1970, en el marco del Pacto Andino, actualmente Comunidad Andina de Naciones (CAN). En esa época a Bolivia se le asignó la producción de una serie de productos petroquímicos, los cuales Bolivia no los pudo producir por falta de infraestructura, pero fundamentalmente por la falta de un Plan Nacional de Desarrollo de la Industria Petroquímica y una clara Política Nacional de Industrialización del GN4. Los proyectos de industrialización del gas natural, surgen para cambiar el modelo primario de exportador de materias primas para generar valor agregado, empleo y abastecer el mercado interno. Estos proyectos se traducen en la construcción y puesta en marcha de plantas de recuperación de líquidos y plantas petroquímicas de etileno/poli olefinas y amonio/ urea en el territorio nacional5. Para contribuir al proyecto de Recuperación de líquidos es que se realiza un Estudio Técnico para la Recuperación de GLP en la Planta Margarita. La Planta Margarita, está ubicada en Caipipendi en la jurisdicción del departamento de Tarija, se constituye en la actualidad en uno de los mayores reservorios de gas natural del país junto a los yacimientos de San Alberto y San Antonio donde se produce más del 85 % de los volúmenes exportados a la Argentina y Brasil. La Planta Margarita es operada por la compañía hispano – argentina Repsol – YPF y otros dos socios. Margarita inició su producción en diciembre de 2004 cuando se concluyó la instalación de una planta de adecuación de gas y en la actualidad cuenta con una capacidad de procesamiento de 71 MMPCD de gas natural y 303.48 MMBP. Margarita proyecta producir 636 MMPCD de gas natural hasta finales del 2013, lo que permitirá aumentar la producción de gas natural y destinar una gran parte del Gas Natural deshidratado a la planta de recuperación de GLP para distribuirlos al mercado interno y al mercado exterior. Y otra gran parte del Gas Natural destinar a la exportación a Argentina 6.
2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General -
Realizar un estudio técnico para la Recuperación del GLP a partir del Gas Natural deshidratado en la Planta Margarita utilizando el Proceso Criogénico.
2.2.
Objetivos específicos -
Caracterización de la materia prima.
-
Recopilar información de la cantidad de reservas de GN con las que cuenta la Planta Margarita.
-
Identificar y describir los procesos de Recuperación de GLP.
-
Analizar el proceso Criogénico utilizado para la recuperación de GLP.
-
Diseñar el Turbo Expander del Proceso Criogénico.
-
Realizar los balances de materia y energía en el proceso Criogénico.
-
Determinación de los costos de los equipos del proceso criogénico.
3. JUSTIFICACIÓN Mediante el procesado del Gas Natural para obtener GLP, se da a la materia prima mayor valor agregado, de esta manera se puede asegurar el consumo masivo de este combustible y obtener mayores ingresos que le permitan recuperar el capital invertido en el proceso. A nivel Nacional la Región Autónoma del Gran Chaco del Departamento de Tarija es el mayor productor de Gas Natural. Especialmente la Planta Margarita asegura la disponibilidad de la Materia Prima para someterla al proceso de Recuperación de GLP. En la siguiente figura se muestran las Reservas de Gas Natural en Bolivia, en el cual Tarija es el mayor productor 1.
Figura Nº 1: Gráfico de las Reservas de Gas Natural
Probada + Probables
Fuente: YPFB1 Es de suma importancia la implementación de una planta de Recuperación GLP en la Planta Margarita que pueda contrarrestar la escasez de GLP en el Departamento y de esta manera ahorrar las divisas que son importantes para el país. Con la realización y puesta en marcha de este proyecto Bolivia podría cubrir la demanda de GLP, y se cambiaria el modelo primario de exportador de materias primas para generar valor agregado, empleo y abastecer al mercado interno. 4. MARCO TEÓRICO 4.1. Disponibilidad de la Materia Prima La materia prima necesaria para la recuperación de GLP, y otros derivados como la Gasolina Natural que no es objeto de nuestro estudio, es el Gas Natural y el Petróleo crudo de la Planta Margarita. El Gas Natural procedente de esta planta es rico en metano, etano, propano, butano y demás pesados, los cuales son obtenidos después de pasar por un sistema de deshidratación. En la siguiente tabla se muestran los resultados de los pozos perforados en el bloque Caipipendi centro margarita X-1, 2, 3, 4.
Tabla Nº 2: Pozos Perforados en Margarita
PLANTA
POZOS
PROVINCIA
DTO.
Resultado
Margarita
MGR X-1
Gran Chaco
Tarija
Productor
Margarita
MGR X-2
Gran Chaco
Tarija
Seco
Margarita
MGR X-3
Gran Chaco
Tarija
Productor
Margarita
MGR X-4 Gran Chaco Tarija Fuente: HidrocarburosBolivia_com7
Productor
La Planta Margarita produce 71 MMPCD de Gas Natural, esta planta es rica en hidrocarburos líquidos como el C 3 (2,736 %), C4 (0,539 %), C5 (0,148 %) y C6+. Los hidrocarburos propano-butano se separan para producir el GLP y el pentanohexano y heptano para producir la gasolina natural. 4.2. Identificación del Problema y Rutas de Solución El problema esencial es el desabastecimiento de GLP en el mercado nacional, debido al crecimiento significativo en la demanda de GLP y a la caída en la producción del energético. Según reportes del Instituto Nacional de Estadística (INE), analizados por el instituto Boliviano de Comercio Exterior (IBCE), Bolivia erogó $us 1.390 millones para importar combustibles y ($us 1.4 millones) se gasto en GLP desde enero del 2006 hasta agosto del 2009. Los mayores abastecedores de GLP en el país son Argentina y Perú8. Después de tener identificado el problema, se plantean algunas posibles soluciones para cubrir el déficit de carburantes en el país, entre estas rutas de solución se tienen: •
Aumentar la producción del GLP
•
Aumentar la producción de Gasolina
•
Aumentar la producción del Diesel
•
Utilizar GNC.
La materia prima necesaria para la recuperación de GLP es el Gas Natural de la Planta Margarita. La disponibilidad de la materia prima y la recuperación requerida de GLP para cubrir el mercado, hace que sea necesaria la construcción y puesta marcha de una planta recuperadora de GLP en la Planta Margarita, que está ubicado en Caipipendi en la jurisdicción del departamento de Tarija. 4.3. Generalidades Existen tres procesos más conocidos, para la Recuperación de GLP, estos son: Proceso de Fraccionamiento del LGN, Proceso de Absorción
de Gases y el
Proceso
Criogénico. Para fines pedagógicos explicaremos someramente en que consisten estos procesos. El proceso criogénico será estudiado con mayor profundidad, debido a que este proceso es el que se desarrolla en el presente trabajo. 4.4. Procesos de Separación del Gas El gas, luego de la separación y deshidratación, contiene todavía componentes pesados que es necesario extraer por el valor económico del Gas Licuado de Petróleo y la gasolina natural. El procesamiento del gas natural, consiste en separar las moléculas de metano de las otras moléculas de hidrocarburos más pesados como por ejemplo el etano, propano, butano y pentano. La separación de las moléculas se la realiza sometiendo el hidrocarburo producido a diferentes presiones y temperaturas y en base a la diferencia de sus propiedades físicas de cada uno de los componentes. Esta separación se la realiza principalmente para facilitar el transporte de los productos que se encuentran en distintas fases y para producir productos con diferentes características para diferentes mercados 9. 4.4.1. Proceso de Fraccionamiento del LGN Consiste en varias etapas de separación que se logran a través de la destilación, en la que se produce la separación de cada uno de los productos, como se muestra en el diagrama de flujo Nº1 de Repsol YPF.
En la columna Deetanizadora se separa el etano, en la Depropanizadora se separa el propano, y en la columna Debutanizadora por la parte superior se obtiene el Gas Licuado de Petróleo y por la parte inferior la Gasolina Natural 10.
Diagrama de Flujo Nº 1: Proceso de Fraccionamiento del LGN 4.4.2. Proceso de Absorción y Rectificación. La disolución de una parte o toda una mezcla gaseosa en un líquido se llama absorción. Uno de los procesos más importantes para la Recuperación de GLP es el de absorción en columnas de bandeja de burbujeo en las que circula a contra corriente el absorbente (se usa gas oíl
o Kerosene como absorbente). El aceite absorbente rico
en
hidrocarburos livianos es despojado de propano, butano y componentes de la gasolina natural en otra columna llamada rectificadora (Stripper) y enviado de vuelta al absorvedor. El gas natural libre de compuestos licuables es apto para ser bombeado a los mercados previa eliminación de vapor de agua contenido en el mismo para evitar la formación de hidratos. La deshidratación se efectúa por absorción en soluciones de glicol o por desecantes sólidos. Los líquidos recuperados por el proceso de absorción son fraccionados en productos estables, gas licuado, propano y butano, gasolina natural o condensado estabilizado 3.
Condensador Gas Seco C1 > % C2 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7+ Gas Rico
GLP C3-C4
Enfriador Aceite Pobre
Acumulador
Gasolina C5 C6 C7+
Stripper
Absorvedor
Bomba
Aceite Rico
Diagrama de Flujo Nº 2 Proceso de Absorción y Rectificación. 4.4.3. Proceso Criogénico La planta criogénica que se muestra en el diagrama de bloque, trabaja a temperaturas muy bajas para que ciertos componentes del gas se condensen a líquido. Los componentes del gas que se condensan forman una mezcla de hidrocarburos líquidos conocidos como líquidos del gas natural (LGN), que contienen valiosos hidrocarburos que pueden separarse en productos como el propano- butano (GLP) y gasolina natural. El proceso criogénico es uno de los más económicos, es utilizado para la recuperación de etano y los hidrocarburos más pesados, como el propano, butano (GLP) y pentanos, hexanos componentes de la gasolina natural. Con este proceso se obtiene más del 85% del etano y todos de los hidrocarburos más pesados encontrados en el gas natural producido. La ventaja principal de la planta criogénica es su capacidad de recuperar un alto contenido de etano, propano y butano. El corazón de la planta criogénica es una máquina llamada Turbo Expander o simplemente expander. El expander es una turbina que trabaja a presiones altas, para poder mover el eje de la maquina, este emplea ciertos principios termodinámicos para producir temperaturas sumamente frías, aproximadamente a -84 ºC o -109 ºC (-120 a -165 ºF). El gas que se extiende por la turbina que funciona moviéndose el eje, hace que su energía interior se reduzca causando temperaturas y presiones muy bajas. Las
temperaturas producidas son tan frías que pueden condensar los hidrocarburos líquidos del gas natural (LGN), incluso el etano. El eje de la turbina transmite el trabajo al compresor que se encuentra en el otro extremo del eje. El trabajo de este compresor es aumentar la presión del gas de presión baja, después de que el líquido del gas natural se ha condensado. Este gas, llamado gas de residuo es el metano con una composición >
, es enviado a los
compresores para el transporte en tuberías o a reinyección. El resto de la planta criogénica consiste en una torre fraccionadora que estabiliza los productos recuperados del liquido del gas natural (LGN), separando cualquier componente disuelto como el metano. En el siguiente diagrama de bloque el gas a la entrada de la planta es un gas rico, húmedo, saturado con vapor de agua debe deshidratarse para quitar prácticamente todo el vapor de agua que contiene. Este debe alimentar a las partes más frías de la planta criogénica que está seca y rica en hidrocarburos líquidos del gas natural. El flujo de gas a través del frío se condensa y luego se bombea fuera como un producto líquido. El gas residual está seco y pasa por el recompresor donde su presión se aumenta para entrar en una línea de transmisión de gas. Algunas plantas criogénicas requieren adicionalmente de refrigeración para condensar LGN. El Diagrama de bloque Nº1 representa un sistema de refrigeración mecánico el cual se usa para este propósito 11.
Diagrama de bloque Nº1: Planta Criogénica
CRIOGÉNICO
Planta de recuperación de GNL
Residuo del Gas ElElpr NGL oducto de NGL a la tubería del producto de Bombas Re compresión Seco
Ventas a las El NGL del producto de GN deSistema Planta ReCRIOGÉNICA compresión H2O Funcionamiento, y Mantenimiento Fuente: de Plantas de Gas. Deshidratación Tuberías o a Bombas Gas Residual mecánico reinyección. GLP Seco Rico, húmedo C1 de refrigeGas de Entrada 4.5.C2Descripción del Proceso Criogénico C3 – C4 ración C1. GN de Entrada
C3
Seco, Rico C1 C2 C5 C3 Para las ventajas y desventajas que se C6 la selección del proceso se va a tomar en cuenta C4 C7+ presentan en cada uno de los procesos utilizados C5 para la recuperación de GLP. Como H2O C6 se muestra en la siguiente tabla. C7+
4.5.1. C4 Selección del Proceso
Tabla Nº 3: Ventajas y Desventajas para la recuperación del GLP
Procesos
Desventaja Equipos Presión
1.- Fraccionamiento
13
PSIG 86-411
GNL 2.- Proceso Absorción
10
250-450
Ventajas Gas Rico Contenido Recuperación de GLP Alto
de H2O ------------
0-80%
Alto
Alto
0-80%
y rectificación 3.- Proceso Criogénico 21 >1.200 Bajo ----------Fuente: Alternativas Tecnológicas para la Recuperación de Licuables del GN 12.
>85 %
De la tabla anterior se puede observar que el proceso de fraccionamiento tiene 13 equipos. Este proceso requiere de presiones bajas de 86 a 411 PSIG y el gas de alimento del proceso debe ser rico en hidrocarburos líquidos, libre de agua y debe poseer un rendimiento del 80 %, por lo que este proceso resulta económico. El proceso de Absorción y rectificación tiene 10 equipos. Este proceso requiere de absorbentes como gasoil o kerosene y presiones de 250 a 450 PSIG. El gas de alimento del proceso tiene un alto contenido de agua y de hidrocarburos líquidos, y su capacidad de recuperación de GLP es del 80 %, por lo que este proceso resulta el más caro. El proceso criogénico es el más completo, contiene 21 equipos y opera a temperaturas bajas y presiones mayores a 1.200 PSIG. El gas de alimento del proceso esta libre de agua, con bajo contenido de hidrocarburos licuables y posee una recuperación de GLP mayor al 85 %. Por lo tanto este proceso es el de mayor eficiencia y el más económico. 4.5.2. Descripción General del Proceso Criogénico:
El gas deshidratado ingresa al sistema y pasa por el intercambiador gas-gas y el intercambiador gas-liquido y es enfriado por intercambio de calor con el gas residual frío. La corriente de dos fases liquido–vapor entra en el separador donde se recupera el condensado y el gas se dirige al Expander donde tiene lugar el proceso de expansión sin adición ni remoción de calor al sistema (proceso isentrópico). La presión
disminuye hasta igualar la presión de diseño del Demetanizador y el
enfriamiento para alcanzar la temperatura de cabeza del Demetanizador, generando trabajo que un compresor directamente acoplado al eje del Expander recupera para recomprimir el gas procedente de la cabeza del Demetanizador. El gas residual puede ser recomprimido adicionalmente hasta alcanzar la presión de entrada al gasoducto. El uso del Turbo Expander para recuperar la energía del gas, permite materialmente incrementar la refrigeración y bajar la temperatura por debajo de las condiciones que se puede obtener de un proceso adiabático. El líquido condensado en el separador de baja temperatura y el gas de descarga del Expander son enviados al Demetanizador, el producto de fondo de esta columna se envía al sistema de fraccionamiento de la planta para la recuperación de gas licuado y gasolina natural. La recuperación de etano puede alcanzar el 90% o más del contenido en la carga. Virtualmente se puede recuperar el 100% de propano-butano e hidrocarburos más pesados contenidos en el gas de carga3.
Diagrama de Flujo Nº 3: Proceso Criogénico para la Recuperación de GLP Compresor Sep. Gas Frio
Int. gas -gas
Gas Deshidratado Filtro de Cartuchos
Expansor Acum. de condensado
Int. gas -liq
Recompresor Combustible Gas Seco Separador de succión
Condensador
Cond. parcial
Fraccionador De GLP Deetanizador
Acum. de Reflujo
Acum. de reflujo
Gas Licuado de petróleo GLP
Reboiler
Reboiler
Enfriador de Gasolina Enfriador
Gasolina Natural
4.5.3. Condiciones de Operación Enfriamiento del Gas: Para cumplir con una de las condiciones requeridas por el proceso antes de la entrada del gas a la turbina de expansión, se debe enfriar el gas a -40 ºF (40 ºC). Esta operación se efectúa por intercambio de calor con corrientes de condensado y gases fríos, provenientes del acumulador del condensado frio, en los intercambiadores de gas – gas y gas - condensado. Expansión Isentrópica: La operación se efectúa en la turbina de expansión, la corriente de gas que se encuentra a 1.000 PSIG, y a
sufre una caída de presión
a 500 PSIG y la temperatura baja a -100ºF (-73ºC). La mayor parte del propano y los hidrocarburos más pesados se condensan. La expansión isentrópica produce energía que se utiliza para recomprimir el gas residual. Deetanización: El líquido acumulado en el separador de condensado frío que contiene el propano y superiores (C 3 y
extraídos de la corriente de gas por enfriamiento,
contiene a demás un apreciable volumen de etano que debe ser eliminado por no estar prevista su recuperación en el diseño de la planta. Este trabajo se efectúa en la torre deetanizadora. Por la parte superior se recupera el etano y metanos contenidos en la carga, el producto de cabeza está constituido por estos componentes. El producto de fondo constituye la carga de la torre debutanizadora. Fraccionamiento de Gas Licuado y Gasolina Natural: La corriente de condensado procedente de la deetanizadora es enviada a la torre debutanizadora en calidad de carga, por la parte superior de esta unidad se separa el GLP y por el fondo la Gasolina Natural. Recompresión del Gas Residual: El gas seco residual procedente del separador de condensado frío que luego de ser usado como medio de enfriamiento en varios intercambiadores de calor, es recomprimido primero en el compresor accionado por la turbina de expansión y luego en el recompresor, cuya presión de descarga es de 1.440 PSIG, que es la presión de cabecera del gasoducto 3.
4.6. Diseño del Equipo Turbo Expander El Turbo Expander es un equipo destinado a disminuir la presión y temperatura de los gases, aumentando su volumen para así poder licuarlo o condensarlo aprovechando el trabajo producido para generar potencia. El Turbo Expander es un sistema completo, formado por la turbina donde se produce la expansión propiamente dicha del gas y el compresor asociado sobre el mismo eje que es la carga. Posee juego de toberas, álabes rotativos a través de los cuales el gas fluye en un proceso de expansión estable13-14. Debido a los elevados costos de energía que se dan en otros procesos tales en el a las Tuberías o Gas como de Ventas de absorción y rectificación es que se hace uso de los Turbo Expander, cuyo propósito
a reinyección
es realizar eficazmente dos funciones en una sola máquina. La función primaria es
generar la refrigeración del gas que se realiza en el extremo de la Turbina de Expansión que extrae la energía del calor potencial del gas, para refrigerarlo, esto se
compresión convierte en la energía mecánica que hace girar el eje. En el otro extremo delReeje se encuentra el Compresor del Turbo Expander que parcialmente comprime el gas. El Turbo Expander opera según las leyes termodinámicas para producir temperaturas sumamente frías15-16.
Residuo del Gas
Para realizar el diseño del Turbo Expander se realizará una serie de cálculos que
Seco
determinaran las características del equipo, entre estos su diámetro, el trabajo potencial
Seco, la temperatura y presión del proceso. También se elaborará un balance de materia y Rico CRIOGÉNICO energía en el proceso criogénico, haciendo uso del Hysys. Gas de Entrada
Sistema mecánico de
Figura Nº 2: Turbo Expander
Planta de recuperación de GNL
Entrada de Gas
Descarga de Gas
EXPANDER
refrigeración.
COMPRESOR
Corriente de Gas y Líquido
Succión de Gas
El producto de NGL a la tubería
Fuente: Sistema de Control del Expander.
El NGL del producto de Bombas
5. ESTUDIO ECONOMICO El estudio económico tiene como objetivo presentar en forma tabulada la información relevante de precios y costos de los equipos, que se extrae del estudio de ingeniería Todo análisis realizado en esta sección será una estimación económica sobre el monto de inversión que deberá ser considerado en un estudio de prefactibilidad de una planta de Recuperación de GLP. 6. METODOLOGÍA Para realizar este proyecto se procederá a realizar lo siguiente: •
La caracterización de la materia prima se realizará haciendo uso de un cromatografo, en el que se realizará el análisis de la muestra del gas natural de la Planta Margarita.
•
Para recopilar información de la cantidad de reservas de Gas Natural con las que cuenta la Planta Margarita, se hará uso del internet, revistas y se visitara a YPFB o a la misma planta.
•
Para la identificación y descripción de los procesos de Recuperación de GLP se hará uso de diferentes libros de procesos.
•
Para el análisis del proceso criogénico utilizado para la recuperación de GLP, se visitará diferentes fuentes bibliográficas, libros, revistas.
•
En el diseño del Turbo Expander se realizará una serie de cálculos para identificar el tipo de Turbo Expander, el diámetro de la turbina y el trabajo o la potencia del mismo. Para esto se hará uso de libros de termodinámica, de ecuaciones diferenciales, de operaciones unitarias, revistas entre otros.
•
Para la realización de los balances de masa y energía en el proceso criogénico se tomará en cuenta las características de la materia prima, la cantidad de gas deshidratado que posee la Planta Margarita y la demanda de GLP en el país. Para llevar a cabo el balance de masa y energía se utilizara el Hysys.
•
El estudio económico de los costos de los equipos se realizará utilizando el programa de costos (EASEUS).
7. PLAN DE TRABAJO
Para la elaboración del presente proyecto se requerirá de una recopilación intensiva de información referente a la composición del Gas Natural y a la producción de la Planta Margarita. Se recopilara información de los procesos posibles para la Recuperación de GLP e información referente al diseño del Turbo Expander y se realizará un estudio económico de los equipos del proceso. Para llevar a cabo el proyecto se hará uso de todos los medios posibles de recopilación de información como el internet, libros, revistas, trabajos de investigación, trabajos de tesis y se hará huso del Hysys para poder simular la planta. El presente proyecto tendrá una duración de 4 meses y 15 días, desde el 1 de agosto del 2010 hasta el 15 de diciembre del 2010. 8. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Tabla Nº4: Cronograma de Actividades ACTIVIDAD Agosto
Septiembre
AÑO 2010 Octubre Noviembre
Diciembre
Revisión Bibliográfica Análisis del Estudio Técnico Ingeniería del Proyecto Marco Teórico (Estudio Técnico) Redacción , presentación y defensa del Proyecto
9. COSTO DEL ESTUDIO PROPUESTO La ejecución del presente trabajo demanda un costo estimado de $us 500, el cual será solventado por aporte propio. Los principales gastos se detallan en la Tabla Nº5.
Tabla Nº5: Detalle de Costos DETALLE
COSTOS ($us)
Recopilación de Información: Internet
100
Bibliografía
200
Hysys
50
Material de Escritorio
150
TOTAL
500
10. BIBLIOGRAFIAS CONSULTADAS PARA LA ELABORACIÓN DEL PERFIL (1) YPFB (Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos) 1.
(2) Arias, M. J., (2006). Gas Natural Licuado Tecnología y Mercado. Trabajo de Investigación, Instituto Argentino de la Energía “General Mosconi”. (Argentina). (3) Arenas Estrada M., (2008). Introducción a la Industria de los Hidrocarburos
,
Cap. 6, Editorial Plural Editores. Bolivia, (4) Estrategia Boliviana de Hidrocarburos, Parte III, Cap.7 Industrialización del gas natural. (5) Memoria Institucional., (2008). Ministerio de Hidrocarburos y Energía La Paz Bolivia Perú exporta Gas: 8 de Junio 2010. (6) Disponible: http://www.cedla.org/obie/content/8969 (7) www.hidrocarburosbolivia.com-
29/07/2010
29 /07/2010
(8) Disponible: http://www.hidrocarburosbolivia.com/bolivia-mainmenu-117/analisisy-opinion/29368-importacion-de-glp-editorial.htm. 22/07/2010 (9) Enrique Rojas Arano., (2007). Diseño de un Algoritmo para la Distribución Teórica de Gasolina y GLP en plantas de procesamiento de Gas Natural
.
Santa Cruz
de la Sierra, Bolivia. Disponible: Enrique Rojas Arano –
[email protected]. (10) Disponible: Procesamiento_gas. REPSOL YPF. (11) Simms James., (2009). Fundamentals of The Turboexpander “Basic Theory and Design”, Engineering – Parts – Service – Cryogenic – Petrochemical – Air Separation.
(12) Alternativas Tecnológicas para la Recuperación de Licuables del Gas Natural. (13)Saad Ali al-Sobhi., (2007). Simulation And Integration of Liquefied Natural Gas (LNG) Processes,
Trabajo de Tesis para obtener el grado de Ingeniería
Química, Universidad de Texas, (14) Branan Carl R., (1999). Manual de Soluciones Rápidas y Exáctas para los Problemas cotidianos en la Ingeniería de Procesos, Segunda Edición (Primera
Edición en Español). Traducción: Ingeniero José Hernán Pérez Castellanos. (15) Bloch Heinz P, Soares Claire., (2001). Turbo Expanders and Process Applicatzons, Un registro del catálogo para este libro está disponible en la
británica.
Biblioteca
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