gas natural licuado (gnl)

Gas Natural Licuado (GNL)

Realizado por:

Igor Arispe Terceros

Jorge Martnez Terceros

Yamil Sejas Surez

Gas Natural

El gas natural convencional generalmente se genera en reservoriosprofundos, puede encontrase asociado con el petrleo (gas asociado)o en embalses que contienen poco o ningn petrleo (gas noasociado)

Gas Natural

El gas asociado es producido con el petrleo y separado en elcasinghead o fuente. El gas no asociado a veces es llamado gas depozo o gas seco. Sin embargo, este gas seco todava puede contenercantidades significativas de componentes LGN.

Composicin del Gas Natural

Componente Composicin (%) Molar

Nitrgeno N2 0.31

Dixido 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

Heptano+ C7+ 0.00

Composicin del Gas Natural

Impurezas del Gas Natural

Agua.

Especies de azufre

Mercurio

CO y CO2

Oxigeno

Clasificacin del Gas Natural

El gas natural es clasificados de acuerdo a:

Contenido de Lquidos La composicin del gas desempea un papel crtico en la economa del procesamiento

de gas. Los lquidos que acompaan al gas natural, por lo general definidos como C2+,de acuerdo a la cantidad presente tenemos un gas natural: magro, o rico.

Contenido de Lquidos

Para cuantificar el contenido delquidos de una mezcla de gasnatural, la industria usa comounidad de cuantificacin losGPM, o galones de lquidosrecuperable por 1000 piescbicos estndares de gas.

ComponenteFraccin

molar , yi

Factor de

conversinGPM

H2O 0

H2S 0

N2 0,0131

C1 0,8655

CO2 0,0011

C2 0,0697

C3 0,0324 27,4816 0,8904

i-C4 0,0098 32,6260 0,3197

n-C4 0,0044 31,4433 0,1383

i-C5 0,0015 36,1189 0,0542

n-C5 0,0017 36,1189 0,0614

i-C6 0 41,3897 0

C6 0,0006 41,0157 0,0246

C7 0,0002 46,0020 0,0092

C8 0 51,0516 0

C9 0 56,1354 0

C10 0 61,2298 0

= 1 = 1,4979

Contenido de Azufre

De acuerdo al contenido de azufre, podemosclasificar al gas natural como dulce y cido, que serefiere 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 est 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 energa verstil que puede utilizarse en mbitos muy variados: calefaccin, generacin de electricidad son sus principales usos tradicionales.

Almacenamiento de Gas Natural

La rigidez de los sistemas de recepcin, transporte y distribucin degas natural ha sido un obstculo para la masificacin del gas naturalen los pases con bajas temperaturas, que tienen una pronunciadadiferencia de consumo verano-invierno como consecuencia de lacalefaccin residencial.


Por esta razn se han buscado medios para balancearestos factores, apareciendo los almacenamientossubterrneos de gas como una solucin capaz depaliar la gran demanda de invierno.


Minas de sal abandonadas, yacimientosgasferos depletados, acuferos vacos, otros.,se utilizan en el mundo para almacenar gasdurante el verano para inyectarlo en las redesde distribucin en la poca de gran demanda.


Otra solucin ampliamente utilizada en el mundo es la utilizacin delGNL como medio para almacenar volmenes importantes de gas coneste propsito.

Son las denominadas peak-shaving plants o plantas de almacenajecriognico de gas.

Gas Natural Licuado

El gas natural licuado (GNL) es gas natural enfriado a -160 C apresin atmosfrica, temperatura a la cual se condensa y se convierteen lquido.

Est compuesto principalmente por metano y por pequeascantidades de otros gases de petrleo licuado.

Gas Natural Licuado

El GNL es inodoro, incoloro, no corrosivo y no txico, su densidad relativa es 0,45 y slo se quema si entra en contacto con aire a concentraciones de 5 a 15%.

Procesos de obtencin del GNL

Licuefaccin

Para llevar a cabo el proceso de licuefaccin, el gas natural debe recibir unestricto tratamiento previo para tener un gas libre de impurezas y productoslicuables que puedan daar las instalaciones.

Tratamiento del Gas

La produccin del GNL requiere temperaturas tan bajas como -258F (-161C), punto de ebullicin normal del metano, y, por consiguiente, losniveles de impureza aceptables en un gas para ser licuado son mucho msbajos que aquel de tubera

Especificaciones del Gas

ImpurezaAlimentacin a la Planta

de GNLGasoducto

Agua < 0,1 ppmv 150 ppmv (7 lb/MMscf)

Sulfuro de Hidrogeno < 4 ppmv 0,25 - 0,30 g/100 Scf.

Dixido de Carbono < 50 ppmv 3 a 4% mol

Nitrgeno < 1 % mol 3% mol

Mercurio < 0,01 mg / Nm3 0.9 mg / Nm3

Butano 2% mol mx.

Pentano+ 0,1% mol mx.

Aromticos < 2 ppmv

Ciclos de Licuefaccin

Los mtodos ms comunes usados en la prctica ingenieril para producirtemperaturas bajas son la expansin de Joule-Thomson y expansin enun motor haciendo trabajo externo.

Ciclo Joule-Thomson

El coeficiente J-T es el cambio de temperatura que resulta cuando un gas se expande adiabticamente de una presin relativamente alta a una presin menor de tal modo que ningn trabajo externo es hecho

Expansin de gases

ElementoTemperatura Inicial

F (C)

Temperatura Final

F (C)

Tfinal-TinicialF (C)

Metano 80 (27) -4 (-20) -44*(-47)

Nitrgeno 80 (27) 46 (8) -34 (-19)

Helio 80 (27) 91 (33) 11 (6)

Metano -10 (-23) -125 (-87) -115 (-64)

Nitrgeno -10 (-23) -60 (-51) -50 (-28)

Helio -10 (-23) 1 (-17) 11 (6)

Metano -46 (-43) -215 (-137) -169 (-94)

Nitrgeno -46 (-43) -107 (-77) -61 (-34)

Helio -46 (-43) -35 (-37) 11 (6)

Ciclos de Expansin

La expansin de gas de alta presin a una presin inferior de manera reversible o casi reversible proporciona dos mejoras.

En primer lugar, en la expansin reversible, una fraccin 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 causar un efecto de refrigeracin mucho ms grande

Ciclos Cerrados

En un ciclo de expansin cerrado, el fluido expandido no es el fluido para ser licuado; el expansor simplemente acta como una fuente externa de refrigeracin, similar a la refrigeracin de propano.

Ciclos Abiertos

Un ciclo de expansin 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 ms de tres refrigerantes permite una aproximacin ms cercana a la curva refrescante.

Intercambiadores de Calor

Plate Fin Heat Exchanger (PFHE)

Estos intercambiadores de calor son ampliamente usados en aplicacionescriognicas debido a su coste bajo, pequeo tamao, bajo peso, capacidadtermal alta y eficacia con relacin a otros tipos de intercambiadores de calor

Intercambiadores de Calor

Su eficacia es lograda con una real contracorriente donde existe un aumento de la propagacin de temperaturas y un acercamiento ms cercano al ideal

Spiral Wound Heat Exchanger

Estos intercambiadores de calor tienen un amplio rango de temperatura y presin son usados en aplicaciones de una sola fase y dos fases. Son capaces de manejar muchas corrientes segn la necesidad de clientes.

Spiral Wound Heat Exchanger

Los materiales de construccin de este intercambiador incluyen aceros austenitic, aleaciones de aluminio, acero de carbn, nquel y aleaciones de cromo y molibdeno.

Almacenaje

Las instalaciones de almacenaje de GNL estn normalmente divididasen dos categoras principales: de superficie y subterrneo. Cada unotiene tres sub-categoras. Tambin, el almacenaje de GNL implica unrasgo peculiar, el almacenaje de mezclas lquidas criognicas yestratificacin.

Almacenaje en Superficie

Tanque de Contencin Simple


Tanque de Contencin Doble


Tanque de Hormign


Tanque de Contencin Completa

Almacenaje Subterrneo

Almacenaje convencional en tanques

Cavidades de tierra congelada

Cavernas Extradas

Rollover

Transporte de GNL

Transporte en Camin

Tuberas

Transporte Martimo

Regasificacin

La regasificacin del GNL almacenado es el paso final en laoperacin de peak shaving de GNL y terminales de descarga.La regasificacin es llevada a cabo por la adicin del calor deaire, agua, o vaporizadores integrales

Utilizacin del Frio

Una caracterstica asombrosa de la industria de GNL es el desperdiciode una enorme cantidad de refrigeracin potencial disponible. Dosafirmaciones generales han sido planteadas para la utilizacin del froen la vaporizacin de GNL

Utilizacin del Frio

La extraccin del trabajo de un ciclo de poderque usa el fro de GNL como un disipadortrmico

Uso del GNL como una fuente derefrigeracin

Economa

Produccin de gas. es el 15 a 20 % del costetotal.

Planta de GNL. Tratamiento, licuefaccin, recuperacin de LGN(lquidos del gas natural), almacenaje, y carga de GNL al embarque esel 30 a 45 % del coste total.

Economa

Embarque de GNL. El embarque martimo es el 10 a 30 % del coste total.

Recepcin de terminal. La descarga, el almacenaje, la regasificacin, y la distribucin 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 pas se encuentra en losdepartamentos de Cochabamba, Santa Cruz, La Paz, Chuquisaca yTarija. El centro de todas las operaciones y como nodo msimportante es Rio Grande, desde ah se suministra gas a Brasil y alOccidente Boliviano atreves del gasoducto al altiplano denominadoGAA.

Operadoras

Empresas Condicin

TRANSREDES Estatal

CHACO (Bulo Bulo) Estatal

ANDINA (12") Ro 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

Ubicacin de Gasoductos

Capacidad de Gasoductos

Cap.-Max de

transporte

GASODUCTOS SIGLAMMPCD

Carrasco-Yapacani GC 176

Yapacani-Colpa GYC 180

Colpa-Ro Grande GCRG 253

Carrasco-Valle Hermoso GCVH 32.1

Colpa-Minero GCM 9.5

Yacuiba-Caigua GYRG 1 400

Caigua-Taquiperenda GYRG 2 450

Taquiperenda-Saipur GYRG 3 430

Saipur-Ro Grande GYRG 4 430

Villamontes-Tarija GVT-1 6.4

Tarija-El Puente GVT-02 4.6

Taquiperenda-Tarabuco GTC-1 21

Tarabuco-Sucre GTC-2 20

Tarabuco-Cbba. GTC-3 9.3

Piraimiri-Cerrillos GPC 40.3

Capacidad de Gasoductos

Cap.-Max de transporte

GASODUCTOS SIGLAMMPCD

Sucre-Potos GSP 5.2

Ro Grande-Parotani GAA-1 45.5

Parotani-Oruro GAA-2 18.3

Oruro-La Paz GAA-3 14.4

Ro Grande-Santa Cruz GRGSC 86.4

Madrejones -Campo Duran GMCD 88.29

Ro Grande - Mutn GTB 1,062.00

Chiquitos - San Matas GOB 98.87

Yacuiba - Ro Grande GASYRG 601.06

Ciclos Cerrados

Proceso Prico de Black&Veath

Composicin del

Refrigerante

ComponenteComposicin

(%)

Metano 13.07

Etano 11.81

Propano 10.09

i-pentano 21.43

Nitrogeno 43.60

Proceso APCI C3-MR

Composicin del

Refrigerante


(%)

Metano 27

Etano 50

Propano 20

n-Butano 1

Nitrogeno 2

Proceso APCI C3-MR

Proceso APCI AP-X

Proceso Liquefin de Axens

Composicin del Refrigerante


(%)

Metano 2.3

Etano 2.3

Propano 45.6

n-Butano 15.4

Nitrgeno 34.4

Proceso Multi-componente dual de ExxonMobil

Proceso Multi-componente dual de ExxonMobil


ComponenteComposicin (%)

Baja Presin Alta Presin

Metano 71.4 19

Etano 7.1 27.5

Propano 7.4

n-Butano 6.9 25.5

Nitrgeno 7.2 28

Proceso Technip-Tealarc

Proceso Technip-Tealarc


Componente

Composicin (%)

Enfriamiento del

Gas Natural

Enfriamiento del

Refrigerante

Metano 80

Etano 5 90

Propano 5 10

n-Butano 5

Nitrgeno 5

Cascada Simple de ConocoPhillips

Cascada con Fluido Mixto de Statoil

Cascada con Fluido Mixto de Statoil

Composicin del Refrigerante (%)

Componente

Pre-refrigeracin

Licuefaccin Sub-

refrigeracinEtapa 1 Etapa 2

Metano 10 10 80 80

Etano 28 28 12 10

Propano 60 60 2 7

Nitrgeno 2 2 6 3

Ciclo con Nitrgeno

Ciclos Abiertos

Refrigerante propio de BP

Proceso Aplicable para la Planta de Licuefaccin

Proceso

Consumo

de la Planta

[MMpcd]

Costo del

Gas Natural

[$us/MMpc]

Extraccin

de LGN

Eficiencia

[%]

Produccin

de GNL

[MMpcd]

PRICO 10 1.30 No 80.93 8.093

APCI C3-MR 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

Multi-

componente

Dual

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

Cascada con

Fluido Mixto10 1.30 No 81.77 8.177

Nitrgeno 10 1.30 No 89.50 8.950

Refrigerante

propio10 1.30 No 55.35 5.535

Proceso Aplicable para la Planta de Licuefaccin

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

Nitrgeno 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 Alimentacin, Medidor de Gas y Reductor dePresin;

Planta de Licuefaccin;

Almacenamiento de GNL;

Almacenamiento de Refrigerantes;

Sistema de Regasificacin

Unidad Receptora del Gas de Alimentacin

El rea de admisin de la planta est diseada para una completagama de gas de alimentacin y condiciones ambientales de acuerdo ala siguiente tabla:

Parmetro Unidades Especificaciones de Diseo

Temperatura de Alimentacin F / C 84.2 110 / 28 43.3

Presin de Alimentacin Psia / bar 350 400 / 20.6 27.7

Flujo de masa total Lb/h 37956

Peso molecular Alimentacin Lb/Lb mol 17.283

Planta de Licuefaccin

La planta propuesta involucra la construccin y operacin de una plantade GNL con una capacidad de 75 mil toneladas mtricas por aoempleando un proceso de licuefaccin Cascada Simple deConocoPhillips. La planta tendr un periodo de licuefaccin de 168 dastrabajando con 10 MMscfd


El Proceso Cascada deConocoPhillips es estable y unmtodo fcil de licuar el gasnatural. El gas es enfriado yluego licuado por una serie dechillers utilizando propano,etileno y metano comorefrigerantes.


El proceso de licuefaccin es conseguido en tres etapas usando tresrefrigerantes: propano, etileno y metano son usados secuencialmentepara enfriar el gas.

Almacenamiento de GNL

El Tanque de Almacenamiento de GNLes de contencin completa, debido aque el tanque tiene que retener elGNL durante periodos de tiempohasta que sea necesario despacharlo,con este tanque se tendr menorprdida de calor.


El tanque tendr una capacidad de 80,000 m3, utilizable 73,000m3. Los tanques tendrn un rea comn de contencin secundaria de acuerdo con la norma NFPA-59A. El producto de GNL proveniente del intercambiador de calor criognico con ciclo de metano y ser almacenado a presin atmosfrica en los Tanques de Almacenamiento.


Las dimensiones aproximadas del tanque sern de 64 m de dimetro y 25 m de altura. Tendr una de aislacin 0,05%wt esto equivale a una evaporacin de 36.5 m3 da.


El Tanque de Almacenamiento de GNL operar a una presin de 14.7Psia (1.01 bar) y una temperatura de -163C. El Tanque deAlmacenamiento de GNL estar provisto de cuatro bombas de cargainternas de GNL y estarn ubicadas en pozos de bombeo verticales,para mantener el enfriamiento de las tuberas.


La contencin secundaria y los canales sern construidos de material granular natural. En caso de un derrame de GNL en esta rea, el GNL fluir por gravedad a un rea de menor altitud donde se ubica el sistema de contencin secundaria


La planta producir GNL con los siguientes componentes aproximadamente:

Componente % Molar

Metano 97.450

Etano 1.840

Propano 0.027

Nitrgeno 0.682

Total 100.00

Almacenaje de Refrigerantes

Se proporcionar en el sitio instalaciones para el almacenamientode refrigerantes en tanques especiales tipo bala; estos refrigerantessern transportados en camiones especializados hasta la planta

El propano, etileno y metano sern almacenados cada uno entanques de almacenamiento horizontales


El sistema de regasificacin estar diseado para poder brindar unacaudal de 6.6 millones de metros cbicos a mxima capacidad (aprox.220 MMpcd) y podr regasificar por 7 das consecutivos.

Operaciones y Servicios

Operacin de Planta

Mantenimiento

Servicios Bsicos

Automatizacin y Control de planta

Muchas Gracias

gas natural licuado (gnl)

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