tema 1.- introduccion gtl

5/20/2018 Tema 1.- Introduccion Gtl

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TECNOLOGA DE PROCESOSDE GAS A LIQUIDO (GTL)

72614855

Docente :MBA. Celestino Arenas Martinez

Santa CruzBoliviaSeptiembre 2014

[email protected]


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CONTENIDO

Introduccin

Fundamentos tericos

Proceso GTLTecnologa del procesoTecnologa convencionalCaractersticas de la produccin de GTL

Aspectos legales y jurdicos


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PROGRAMACION

Tema 1

Sbado 13-sep-14 08:00 a 16:00

Domingo 14-sep-14 08:00 13:00 Tema 2

Sbado 20-sep-14 08:00 a 16:00

Tema 3

Domingo 21-sep-14 08:00 13:00


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PROGRAMACION

Tema 4

Sbado 27-sep-14 08:00 a 16:00

Primer examenDomingo 28-sep-14 08:00 16:00

Tema 5

Sbado 04-oct-14 08:00 a 14:00


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PROGRAMACION

Tema 6

Domingo 05-oct-14 08:00 14:00

Tema 7Sbado 11-sep-14 14:00 a 18:00

Examen final

Domingo 12-Sep-14 08:00 a 13:00


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Tecnologa

GTL (Gas to Liquids)

Antecedentes

El proceso de transformacin de gas a lquido (gtl)

BTL (Biomass to Liquids)

Antecedentes

Calcificacin

Materia prima

CTL (Coal to Liquids)

Antecedentes

El proceso

GRUPOS DE TRABAJO

Tema.- 1


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2.- GTL versus GNL

Antecedentes del gas natural licuado (GNL)

Antecedentes del gas natural licuado (GTL)

Descripcin general: que es GNL?

Ventajas y desventajas del GNL

Descripcin general: que es gtl?

Procesos de transformacion de gas a liquido

Pasos del proceso

Ventajas y desventajas del GTL

Comparacin gtl vs gnl

Perspectivas de futuro gnl y gtl

GRUPOS DE TRABAJO

Tema.- 2


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3.- HISTORIA DE LA SINTESIS FISCHER - TROPSCH

Invencin del Proceso FischerTropschPirolisis

GasificacinPlasmaGas De SntesisLa Purificacin del Gas de SntesisLa Sntesis FischerTropschCatalizadores

AplicacionesPlantas FischerTropsch

Sntesis de Destilado Medio Shell

GRUPOS DE TRABAJO

Tema.- 3


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GRUPOS DE TRABAJO

4.- Plantas industriales actuales y proyectos

GTL

Etapas del proceso de transformacin

Generaciones de plantas GTL

Costos de inversinCLASIFICACIN DE LAS PLANTAS INDUSTRIALES DE GTL

Proyectos existentes

Proyectos pilotos

Proyectos futuros

GTL: PRODUCCION DE DIESEL MEDIANTE LA INDUSTRIALIZACION

DEL GAS EN BOLIVIA

Proyectos


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GRUPOS DE TRABAJO

5.- Potencial de la tecnologa GTL

Reservas del gas en el mundo

Anlisis de la demanda

Demanda del diesel

Canales de distribucin

Canales de distribucin

Plantas existentes

Tecnologa GTL

Plantas pilotos

Plantas proyectadas

Bolivia


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GRUPOS DE TRABAJO

6.- GTL y el medio ambiente

El proceso de transformacin de gas a lquidoLa tecnologa GTL beneficia al medio ambiente

Contaminacin atmosfrica

Efectos de los contaminantes sobre el medio ambiente

Lluvia cida

El efecto invernadero y el cambio climticoProtocolo de KIOTO


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GRUPOS DE TRABAJO

7.- Aspectos legales y jurdicos

Constitucin poltica del estado

Ley de hidrocarburos 3058

Ley de medio ambiente 1333

Reglamento ambiental para el sector hidrocarburos (rash)

Protocolo de MONTREAL y KIOTO

Analisis legal


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PROGRAMACION DEFENSAS

Tema 1, 2, 3Sbado 27-sep-14 08:00 a 16:00

Tema 4

Domingo 28-sep-14 08:00 16:00

Tema 5, 6

Sbado 04-oct-14 08:00 a 14:00

Primer examen

Domingo 05-oct-14 08:00 14:00

Tema 7

Sbado 11-sep-14 14:00 a 18:00Examen final

Domingo 12-Sep-14 08:00 a 13:00


14/172Ing. Celestino Arenas Martinez, MBA

EVALUACION



1. Trabajo practico e investigacin (20 puntos) Investigacin y presentacin trabajo Magnitud del trabajo

Presentacin y sustentacin del trabajo Apoyo bibliogrfico

2. Trabajos en equipo (40 puntos) Exposicin Defensa Evaluacin aula Evaluacin catedrtico

Evaluacin Trabajos



a) La defensa tendr una duracin de 10 minutos mnimo

por alumno y una duracin mxima de 15 minutos

b) La fase de preguntas ser sustentada por el grupo,evalundose al estudiante que pregunta y al que

responde

a) Se permite apoyo bibliogrfico (videos y/o otros)

b) La evaluacin de los alumnos se efectuara por grupos y

ser individuales para los expositores

PROCEDIMIENTO DE DEFENSA


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GTL


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1.- INTRODUCCION

Gas natural es una mezcla de hidrocarburos livianos, compuestoprincipalmente por metano, (80% al 95%) el porcentaje restante estaconstituido por etano, propano, butano y otros elementos mas pesados talescomo pentanos, hexanos y heptanos


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El gas boliviano tiene alternativas muy claras comopara ser industrializada, la composicin que se

observa nos muestra que es un gas noble y con altoporcentaje de metano


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Estudio tcnico y econmico a nivel de pre-factibilidad para justificar la construccin de unaplanta de GTL

Analizar ventajas y desventajas competitivas del diesel a partirdel gas natural.

Realizar un Estudio de Mercado orientado al diesel.

Determinar la situacin actual de produccin de las empresasproductoras de diesel.

Realizar el estudio financiero para evaluar la rentabilidad delproyecto.

Ingeniera conceptual de la planta

Objetivos


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La diferencia en los precios subvencionados

para el GLP y el diesel en Bolivia, con lospases vecinos como Brasil y Per.

Desarrollo de la regin donde se establezca laplanta.

Tendencia creciente de importacin ysubvencin del Diesel

Criterios ambientales

Justificacin


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Procesamiento del Gas Natural


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ndice

Aspectos generales

Cadena de valor del gas natural

Deshidratacin de gas

Endulzamiento de gas

Recuperacin de azufre

Otros contaminantes


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Conceptos

Un tipo de gas natural promedio estara

constituido por los siguientes componentes

Bondades

Seguro y confiable con menor impacto ambiental

Bajo costo y/o rentable de precios competitivos

Eficiencia como combustible


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Uso del gas natural

Combustible que puede sustituir Carbn Fuel Ol Electricidad Gas Licuado Gasolina Kerosene

LeaSector industrial

Industrias Generacin de vapor Industrias de alimentos Tratamientos trmicos Generacin elctrica

Temple y recocido de metales Produccin de petroqumicos Hornos de fusin


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Esquemas de proceso tpico

Onshore (pozo y separacion pri Propano

hore

Etano

Gas a ventas

Gas ButanoCompresion

Etano

Remocion de gas

acido

Remocion de

mercurio

Offshore

Gas

Condensado

Compresion DeshidratacionRecepcion Recobro de LGNRemocion de gas

acido

Rempcion de

mercurio

Propano

Deshidratacion

Refrigeracion

Condensado

Butano

Gas a ventas

Recobro LGN

Refrigeracion

Recobro de

Azufre y/o CO2

Azufre sol ido


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El gas natural:especificaciones

Componente Limite % molC1 Min 80,0C2 Mx. 12,0C3 Mx. 3,0C4 Mx. 1,5 0,2

CO2 Mx. 4,0N2 Max 1,0H2 Max 0,1O2 Max 0,1CO Max 0,1

Comp. en trazasUnidadH2S ppm 5-12

S (No odor.) ppm 28S (Odor.) ppm 36

Agua Lb/MM 7

Variable LimiteT roco Cricondentermico < Tambmx.+ 36

oF.

SG < 0,75

Presin < MAWP

T mnima > Trocioagua + 36 oF

> Trociohidro + 36 oF

> T hidratos+ 36 oFT maxima < 50 oC (122 oF)

< Tmaxrevestimiento

Wobbe 1179-1473


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GAS ACIDO:

H2S, CO2, COS, RHS, SO2. FORMAN ACIDOS EN PRESENCIA DE AGUA. GAS DE COLA

GAS DULCE:

GAS NATURAL SIN GASES ACIDOS

GAS POBRE:

GAS NATURAL CONSTITUIDO POR METANO SIN COMPONENTES LICUABLES (GPM)

GAS RICO:

GAS CON ALTOCONTENIDO DE COMPONENTES LICUABLES (GPM)

GAS SECO:

GAS SIN AGUA

GAS HUMEDO:

GAS CON AGUA

El gas natural: denominacin


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Tratamiento de gas: objetivos

CUMPLIR ESPECIFICACIONES DE TRANSPORTE Y

VENTA: ELIMINACION DE CO2 Y/O H2S, CONTAMINANTES

CONTROL DE PUNTO DE ROCIO (DEW POINT) DEAGUA E HIDROCARBUROS.

PRESION Y TEMPERATURA DE ENTREGA

HASTA QUE NIVEL SE TRATA EL GAS?


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Especif i cacin Trans Canada Boliv ia Wester

Coast

West

Coast

Canadian

West

Poder calo rfico

mnim o (b tu /pie3)950 975 1000 1000 950

Agua ( lb/MMpie3)4 4 4 4

15 oF@500

psiPto Ro co (oF) 15 OF @ 800

psi15 oF @ 800

psiSin liquidos

Sinliquidos

15 oF @ 500psi

H2S

(ppm)(grains/100

p ie3)

(16)(1) (4)(0,25) (4)(0,25) (16)(1) (16)(1)

CO2(%) 2 2 1 --- ---O2(%) --- 0,4 0,2 1 ---

Temperatura m ax

(oF)120 120 --- --- 120

Presin min (oF) 900 900 Vara Varia 500

El gas natural: especificaciones


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CADENA DE VALOR DEL GAS NATURAL

Usos del gas natural


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Usos del gas natural

E & P GAS

RESIDENCIAL COMERCIAL INDUSTRIAL VEHICULOS ELECTRICIDAD

RESTAURANT

PRODUCCION DEPOZOS

PROCESAMIENTO /EXTRACCION

LGNALMACENAMIENTO

INYECCION PARAREC SECUNDARIA
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/Planta%20de%20Gas%20Natural%20Licuado%20%20%20LNG.mp4


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LA CADENA DE VALOR DEL GNL


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Planta de GNL en Qatar por la no che


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Acondicionamiento del gas natural

Deshidratacinmediante TEG

Gas Seco (MMpcnd)Gas Metano

TRANSMISIN YDISTRIBUCIN

Remocin deCO2

Variable Lmite Unidad

Metano (C1) 80,00 %m

Etano (C2) 12,00 %m

Propano (C3) 3,00 %m

Butanos+ (C4+) 1,50 %m

Nitrgeno (N2) 1,00 %m

Dixido de Carbono (CO2) 8,50 %m

Densidad Relativa 0,75 adimensional

Sulfuro de Hidrgeno (H2S) 12,00 ppm molar

Vapor de Agua (H20) 7,00 Lb/MMPCS

Temperatura de Roco de

Hidrocarburos (TRH)

< Tamb mn en

20/36C / F

Temperatura Mn/Mx 250/36-122 C / F

Fuente: Covenin 3568-2-2000


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Acondicionamiento del gas natural

Deshidratacinmediante TEG

Gas sin agua y rico

Gas Metano

TRANSMISIN YDISTRIBUCIN

Remocin deH2S y CO2

Remocin deH2S y CO2


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Tratamiento del Gas Natural.

Deshidratacin.

Adulzamiento

Procesamiento del Gas Natural.

Fraccionamiento.

Extraccin de Lquidos.

Procesos del gas natural


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DESHIDRATACION DE GAS


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Efectos del agua

CORROSION .

HIDRATOS

CAPACIDAD DE GASODUCTOS

CONGELAMIENTO


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Sustancia cristalina, parece hielo,conformada por molculas de HCatrapadas en estructura de molculasH2O.

Para su existencia, hace faltahidrocarburos livianos, agua, altapresion y baja temperatura

A alta presion, pueden coexistir en

equilibrio a temperaturas superioresal hielo (18-20 c)

Efectos del agua: hidratos

FUENTE: IFP


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Eliminacion / control de agua

CONTROL DE HIDRATOS

INYECCION DE INHIBIDORES TERMODINAMICOS: METANOL (T > 10o

C),GLICOLES (T < 10 oC)

INYECCION DE INHIBIDORES CINETICOS

ELIMINACION DE AGUA

DESHIDRATACION CON GLICOL

DESHIDRATACION CON TAMICES MOLECULARES

C t l d hid t


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T1 THIDRATOS

TMINQAGU

AXINHIBIDOR

INYECCION DE INHIBIDOR

1

2

Control de hidratos

Gas Export

Glicol ricoGlicol pobre

Reboiler

Emisiones de hidrocarburo

Surge

Almacenamiento de glicol

Paquete de regeneracin de glicol

Cortesia Twister

Deshidratacion: general


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Deshidratacion: general

EXTRACCION LGN

ESPEC. GASODUCTO

T < -40 oC

T > -40 oC

REFRIGERACION

T AMBIENTE

TAMICES MOLECULARES

TEG CON REGENERACIONPROFUNDA

TEG + TAMIZ

INYECCION MEG/METANOLTEG CON REGENERACIONPROFUNDA

TEG CON REGENERACIONCONVENCIONAL

INYECCION MEG/METANOL

Deshidratacin: tcnicas


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DESHIDRATACIN CACL2,

DESHIDRATACIN POR DESPOJO CONGAS

DESHIDRATACIN POR REFRIGERACIN

Deshidratacin: tcnicas


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1. Se trata de absorver el agua o algn contaminante que se encuentra asociado con el gas,

este fenmeno ocurre cuando el disolvente atrapa las molculas de agua al entrar encontacto con el gas, para as tener el gas en condiciones de procesamiento.

2. Es un fenmeno fsico, el cual se da por la solubilidad de un fluido en otro

3. Consta en la extraccin de lquidos del gas natural a travs de un componente liquido,puede ser meg o teg

4. Es el proceso de capturar o absorver por medio de un disolvente las molculas no deseadaso contaminantes de la corriente de gas natural

ABSORCION


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Deshidratacion con glicol


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LC

LC

PC

LC

GASHUMEDO

GAS SECO

GLICOL POBRE

GLICOL RICO

TANQUEFLASH

ACUMULADOR

REBOILER

VAPOR DE

AGUA

Deshidratacion con glicol


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LC

LC

PC

LC

GAS HUMEDO

GAS SECO

GLICOL POBRE

GLICOL RICO

TANQUE

FLASH

ACUMULADOR

REBOILER

VAPOR DE

AGUA

Torres Despojadora de Gases cidos


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Condiciones tpicas


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Condiciones tpicas

Descripcin Temperatura oF (oC) Presin psia (bar)

Gas de entrada 60-100 (15,5-37,8) 300+ (21+)

Glicol al absorbedor 70-110 (2143,3) 300+ (21+)

Succin Bomba TEG 170-200 (76,793,3) Atmosfrica

Separador trifasico 120-180 (48,982,2) 35-45 (2,43,1)

Rehervidor 375-400 (190,5204,5) 17 mx. (1,2 mx.)Tope Regenerador 213 mx. (100 mx.) Atmosfrico


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Deshidratacin con glicol

VENTAJAS: SIMPLE

PROBADA

BAJO CAPEX

BAJO OPEXCUMPLE ESPEC. TRANSPORTE

DESVENTAJAS: LIMITADO A Dew Point > -40 oF (-40 oC)

CONTAMINACION DE SOLVENTE / PERDIDAS

ABSORCION DE AROMATICOS Y H2S

VENTEO A INCINERACION


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EG DEG TEG Metanol

C2H6O2 C4H10O3 C8H18O5 CH3OH

Peso Molecular 62,1 106,1 150,2 32,04

T ebullicinatm (oF/oC) 387 / 193 476 / 245 545 / 286 148 / 64,5

P vapor77 oF/ 25oC, mmHg 0,12 < 0,01 < 0,01 120

SG @ 77o

F (25o

C) 1,110 1,113 1,119 0,790SG @ 140 oF (60 oC) 1,085 1,088 1,092

Freezing Point (oF / oC) 8 / -13 17 / -8 19 / -7 -144 / -98

Visc @ 77 oF (25 oC), cP 16,5 28,2 37,3 0,52

Visc @ 140 oF (60 oC), cP 4,7 7,0 8,8

Cp @ 77 oF (25 oC),btu/lboF 0,58 0,55 0,53 0,60T descomposicin(oF/oC) 329 / 165 328 / 164 404 / 206

Los glicoles


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Concepto de adsorcin

Tamices moleculares

Son cristales de aluminiosilicatos metlicos con estructura de red

tridimensional de slice y almina tetradrica.

Adsorcin en tamices moleculares

Los tamices moleculares generalmente se comportan como

adsorbentes fsicos.

Los tamices moleculares tienen similarmente fuerte preferencia para

otras molculas polares o polarizables

Adsorcin


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Caractersticas de los tamices

moleculares

Alta resistencia a la atricin

Rpida velocidad de adsorcin

Alta capacidad de utilizacin

Baja adsorcin de impurezas

Estabilidad trmica y al vapor

Deshidratacin con tamices


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Deshidratacin con tamices

GAS A DESHIDRATAR

GAS HUMEDO CALIENTEGAS DE REGENERACION

600 FABIERTA

CERRADA


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Caractersticas de los tamices moleculares

Estabilidad trmica y al vapor

La estabilidad a altas temperaturas es unaimportantsima caracterstica de los tamices moleculares.

Tiene una relacin directa sobre la vida de los tamices

moleculares, dado que la mayora de los procedimientos de

regeneracin comerciales utilizan calentamiento, algunos con

presencia de vapores.


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El proceso de deshidratacin utilizando glicoles sirve paratratar gas hasta punto de roci de - 40 C (ej. transporte porductos)

El proceso de deshidratacin utilizando lecho slidos sirvepara tratar gas hasta punto de roci de - 100 C (ej.transporte de metano liquido)

La aplicacin de las alternativas para la deshidratacin delgas natural, depender de la composicin del gas, delcantidad de agua y principalmente de los caudales a procesar

Conclusion


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ENDULZAMIENTO DE GAS

TRATAMIENTO GAS NATURAL (VISION GENERAL)


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Crudo

Gas Rico

Pozo

GasAsociado

Reservoriode Crudo

Gas NoAsociado

Reservorio

de Gas

Crudo

Gas Rico

Condensado

( )

Inhibidores deCorrosin

Gas Rico hmedoy agrio

Condensadoa Produccin

Condensadoa Produccin Endulzamiento

Gas Ricoy Dulce

Efecto de los gases cidos


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Efecto de los gases cidos

H2S TOXICIDAD

CORROSION (CON O SIN AGUA)

CO2

CORROSION (CON AGUA)

DISMINUCION DE PODER CALORIFICO CONGELAMIENTO

Perdida de Peso

SSCC

Toxicidad de H2S


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Toxicidad de H2S

CONCENTRACION EN EL AIRE EFECTO

(%) ppm

0,00002 0,2 Olor perceptible y desagradable

0,001 10 Limite mximo permitido exposicin 8 horas

0,01 100 Dolores de cabeza, mareos, nauseas, vmitos, irritacinde ojos y garganta, parlisis olfativa en periodo de 3-15

minutos

0,016 150 Parlisis olfativa casi instantnea

0,025

250

Exposicin prolongada conduce a edema pulmonar

0,06 600 Perdida de equilibrio y conocimiento. Parlisisrespiratoria entre 30-45 minutos de exposicin

0,07 700 Parlisis respiratoria en pocos minutos de exposicin

0,10 1000 Parlisis respiratoria instantnea y muerte

C i id d d CO2 ( )


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Corrosividad de CO2 (con agua)

PP CO2 < 7 PSI: CORROSION BAJA

7 < PP CO2 < 30 PSI: CORROSION MODERADA

PP CO2 > 30 PSI: CORROSION SEVERA

CO2

+ H2OH2CO3

Fe3CO2+2H+

+2e-

+ Fe Pp= presin parcial

Eliminacin de H2S/CO2


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LA ELIMINACION DE GASES ACIDOS ESIMPERATIVA PARA GARANTIZAR LA INTEGRIDAD DE

LOS GASODUCTOS

VARIOS PROCESOS

SOLVENTES QUIMICOS

SOLVENTES FISICOS

PROCESOS EN LECHO SOLIDO

CONVERSION DIRECTA

SECUESTRANTES

MEMBRANAS

ELIMINACION DE H2S / CO2


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ELIMINACION DE H2S / CO2

SOLVENTES QUIMICOS

AMINAS BENFIELDTM Y CATACARBTM

SOLVENTES FISICOS

PROPILENO CARBONATO (FLUOR)

SELEXOLTM(UNION CARBIDE)

RECTISOLTM(LINDE AG)

SULFINOLTM(SHELL)

LECHOS SOLIDOS

TAMICES MOLECULARES

ESPONJA DE HIERRO

SULFATREAT

OXIDO DE ZINC

CONVERSION DIRECTA

LOCATTM

SULFEROXTM

SECUESTRANTES

TRIAZINASTM

SULFA CHECKTM

SULFA SCRUBTM

OTROS

OTROS

MEMBRANAS

DESTILACION EXTRACTIVA



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Contaminante Aminas

(DEA)

Solv. fsicos

(Selexol)

Solv. hibridos(Sulfinol)

Carb. Potasio(Benfield)

Tamicesmoleculares

H2S Muy bueno Bueno Muy bueno Pobre-Reg Muy bueno

CO2 Muy bueno Bueno Muy bueno Bueno Muy bueno

COS Pobre/nada Bueno Bueno Posible Cuidado

RSH(*) No/limitado Bueno Bueno Posible Muy bueno

CS2 No Bueno Bueno Posible ---

EMS, DMDS No --- --- --- ---

SELECCIN DE PROCESOS

COS Sulfuro de carbonilo

(*) Denota mercaptanos

CS2 Disulfuro de carbono

EMS Etil metil sulfuro

DMDS Dimetil disulfuro

Eliminacin de H2S:


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> 20 Ton/da:TRATAMIENTO CON AMINAS + RECOBRO DE AZUFRE

Entre 150 kg/d - 20 Ton/da:

REDUCCIN DE AZUFRE EN LECHO FIJO

< 150 kg/da:

SECUESTRANTES NO REGENERABLES

Eliminacin de H2S:Criterios

Esquema de proceso: aminas( l t i )


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q p(solventes qumicos)

Gasagrio

GasDulce

Amina

Rica

Gascombustible

Gas cido

Contactor

Separador deentrada

Separador desalida

Tanqueflash

HX aminarica/pobre

Bombaamina

Filtros

Enfriadorde amina

Rehervidor

Reclaimer(opcional)

Bomba reflujo

Tambor

reflujo

Condensadorreflujo

Solventes qumicos: aminas


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Solventes qumicos: aminas

AMINAS PRIMARIAS:

MEA, DGA

TERCIARIAS: MDEASECUNDARIAS: DEA,

DIPA

MAYOR REACTIVIDAD

MENOR SELECTIVIDAD

REQUIERE RECLAIMINGMAYOR REQUERIMIENTO

ENERGETICO

CORROSIVO

ADECUADO PARA BAJAPRESION

DEA MUY UTILIZADA

20-50% SOLUCION

MENOR REQUERIMIENTOENERGETICO QUE MEA

NO REQUIERE RECLAIMING

INCREMENTO REACTIVIDAD

INCREMENTO SELECTIVIDAD

MENOR REACTIVIDAD

MAYOR SELECTIVIDAD

UTILIZADA PARA CO2 BULKREMOVAL

MENOR REQUERIMIENTOENERGETICO

SOLVENTES QUIMICOS:


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MONOETANOLAMINA (MEA)

DIETANOLAMINA (DEA)

DIISOPROPANOL AMINA (DIPA)

DIGLICOLAMINA (DGA)

METILDIETANOLAMINA (MDEA)

AMINAS

Amina MEA DEA DGA MDEAConcentracin (% wt) 15-25 25-35 50-70 30-50

Carga gas cido

Scf gas acido / galn amina 3,14,3 3,8-5,0 4,7-6,6 amplio

mol gas acido / mol amina 0,3-0,4 0,3-0,4 0,3-0,4 amplio

Corrosividad (degradacin) mayor < MEA < DEA menor

Presion parcial gases acidos Baja-Alta Media-Alta Baja-Alta Baja-Alta

Absorcin HC media media alta baja

Selectividad H2S no > MEA no alta

SOLVENTES QUIMICOS


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VENTAJAS: PROCESO CONOCIDO Y ABIERTO

AMPLIO RANGO (P , T) EN GAS DE ENTRADA Y SALIDA

REMUEVE CO2 / H2S A ESPECIFICACION A BAJA PRESION DE

ENTRADA

DESVENTAJAS: ALTO CAPEX / OPEX

INTENSIVO EN ENERGIA

CORROSION

GAS DE COLA (H2S) A DISPOSICION

ALTA CARGA regeneracin

SOLVENTES QUIMICOS: AMINAS

SOLVENTES FISICOS


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SOLVENTES FISICOS

Gasagrio

GasDulce

CO2

H2S

Contactor

Separador de

entrada

Separador desalida

Tanqueflash

Enfriador

CO2

Tanqueflash Gas Despojamient

DespojadorH2S

Solvente pobre

Solvente semi pobre

Calentador

SOLVENTES FISICOS


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VENTAJAS: MUY BAJO CONSUMO DE ENERGIA

REGENERACION A BAJA T

ECONOMICO PARA BULK REMOVAL

SELECTIVO AL H2S

REMUEVE COS, CS2

DESVENTAJAS: LIMITACION PARA BAJA PP GAS ACIDO (PP gas acido > 50 psi)

LIMITADO A BAJO % HC PESADOS

GAS DE COLA (H2S) A DISPOSICION

NO SIEMPRE CUMPLE ESPECIFICACION

PROCESOS BAJO LICENCIAS

LECHOS SOLIDOS: TAMICES


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TAMICES MOLECULARES:

SIMILAR A DESHIDRATACION. UN LECHO

OPERANDO Y UNO EN REGENERACION. GAS DE

REGENER. A INCINERADOR O PLANTA DE AZUFRE

PUEDE DESHIDRATAR Y REMOVER CO2SIMULTANEAMENTE

LECHOS SOLIDOS: TAMICES

Gas de regeneracin a antorcha

Gas dulce

Gas agrio

Lecho # 1

Lecho # 2

Calentador

LECHOS SOLIDOS: OXIDOS DE FE


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Gas agrio

Gas dulce

Lecho basehierro

H2SLecho Feo Tamiz Sulfuro de

hierro

Econmico para menos de 500 Kg/d de remocin

ESPONJA DE HIERRO: SELECTIVO A H2S EN LECHO DE Fe

O3. AL CONSUMIRSE, DEBE SER CAMBIADO O REGENERADO

CON AIRE (LA VIDA SE ACORTA 60% EN REGENERACION).

DESECHO CON PELIGRO DE AUTOCOMBUSTION

SULFATREAT: SOLIDO ARENOSO RECUBIERTO CON FeO3PATENTADO. SELECTIVO A H2S. NO AUTOCOMBUSTIONA. NO

SE REGENERA.

OXIDO DE ZINC: LECHO SOLIDO DE OXIDO DE ZINC

LECHOS SOLIDOS


82/172

VENTAJAS: MUY BAJO CONSUMO DE ENERGIA

ALTA CAPACIDAD DE REMOCION

SELECTIVO AL H2S

BAJO CAPEX

SIN GAS DE COLA

DESVENTAJAS: VIDA UTIL DE LECHOS

DISPOSICION DE LECHOS

POCO FACTIBLE A ALTOS CAUDALES


83/172

FR CCION MIENTO DEL

G S


84/172

Que es la Extraccin de lquidos?

Es la recuperacin de la mayor parte delos elementos condensables del gasnatural o lquidos del gas natural.
http://www.google.com.bo/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=wSo2JLOzUCsVlM&tbnid=Z5YsD0pUiCmI5M:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://empresasenperu.blogspot.com/2010/09/contrato-para-la-construccion-de-la.html&ei=6hvCUc6cDYqpyAH0-oDABA&psig=AFQjCNEITVkRWo_UxK_GL4DjWxjrQ33rgQ&ust=1371762026275213


85/172
http://www.google.com.bo/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=wSo2JLOzUCsVlM&tbnid=Z5YsD0pUiCmI5M:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://empresasenperu.blogspot.com/2010/09/contrato-para-la-construccion-de-la.html&ei=6hvCUc6cDYqpyAH0-oDABA&psig=AFQjCNEITVkRWo_UxK_GL4DjWxjrQ33rgQ&ust=1371762026275213http://www.google.com.bo/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=wSo2JLOzUCsVlM&tbnid=Z5YsD0pUiCmI5M:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://empresasenperu.blogspot.com/2010/09/contrato-para-la-construccion-de-la.html&ei=6hvCUc6cDYqpyAH0-oDABA&psig=AFQjCNEITVkRWo_UxK_GL4DjWxjrQ33rgQ&ust=1371762026275213


86/172

Que es el Fraccionamiento?

Es la particin de la mezcla de

hidrocarburos en sus diferentescomponentes aprovechando las

diferencias entre las propiedadesespecficas de los integrantes de la

mezcla.


87/172

Fraccionamiento

del gas Natural

Separacin de mezclasen sus componentesindividuales

Diferencia entre lospuntos de ebullicin

Torres de fraccionamiento


88/172

Fraccionamiento del Gas Natural


89/172

Fraccionamiento del Gas Natural

Torredesetanizadora

Lquidos delgas natural

Torredesbutanizadora

Nafta pesada

Etanogaseoso

Torredespropanizadora

Torrerepasadora

NaftaLigera

Butano

Gas licuado


90/172
http://www.google.com.bo/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=wSo2JLOzUCsVlM&tbnid=Z5YsD0pUiCmI5M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.jjc.com.pe/es/redireccion.php?ide=2&ei=vhzCUd3hNvKv4APT5YGgCg&psig=AFQjCNEITVkRWo_UxK_GL4DjWxjrQ33rgQ&ust=1371762026275213


91/172Proceso de extraccin delquido

C1 98.8

C2 1 7689
http://www.google.com.bo/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=wSo2JLOzUCsVlM&tbnid=Z5YsD0pUiCmI5M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.jjc.com.pe/es/redireccion.php?ide=2&ei=vhzCUd3hNvKv4APT5YGgCg&psig=AFQjCNEITVkRWo_UxK_GL4DjWxjrQ33rgQ&ust=1371762026275213


92/172

lquido

C1 79.20

C2 3.06

C3 2.02

iC4 3.20

nC4 5.53

iC5 0.47nC5 2.56

C6 0.75

C7 0.73

C8 0.53C9 0.70

C10 0.25

C1 0.01

C2 0.97

C3 53.58

iC4 13.20

nC4 15.53

iC5 4.47

nC5 2.56

C6 5.75C7 2.45

C8 0.53

C9 0.70

C10 0.25

C2 1.7689

C3 0.681

iC4 0.0243

nC4 0.0068

Proceso de fraccionamiento (De propanizador) C1 0.0182


93/172

C1 0.01

C2 0.97

C3 53.58

iC4 13.20

nC4 15.53

iC5 4.47nC5 2.56

C6 5.75

C7 2.45

C8 0.53

C9 0.70

C10 0.25

C3 0.00001

iC4 28.6211

nC4 34.3789

iC5 9.8976

nC5 5.6684

C6 12.7319

C7 5.4249

C8 1.1735

C9 1.5500

C10 0.5536

C2 1.7689

C3 98.201

iC4 0.0003

nC4 0.0001

Seleccin de los procesos


94/172

Seleccin de los procesos

La seleccin de uno de estos procesosdepende de los siguientes factores:

1. Composicin del gas

2. Rata de flujo del gas

3. Economa de la extraccin de GLP

4. Economa de la recuperacin de etano

Esquema de fraccionador


95/172

q

Fraccionador

Producto de fondo

Condensador de reflujoProducto de tope

Rehervidor

Intercam.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURAL


96/172

LGN AFRACCIONAMIENTO

Proceso de Fraccionamiento


97/172

1. El fondo de la torre calienta a la desetanizadora, a travs de las bombas

para separar etano y dixido de carbono.

2. El medio de enfriamiento usado en el condensador de tope es propano a32 F proveniente del sistema de refrigeracin mecnica.

3. La fuente de calor en el rehervidor (tipo Kettie) es vapor de agua de 30

Psig.




98/172

4. El etano vapor sale del tambor de destilado a 400 Psig y 41 F.

5. l lquido de fondo de la torre, libre de etano y dixido de carbono, que sale del

rehervidor, alimenta a la torre despropanizadora .

6. En esta torre tambin se utiliza vapor de agua como medio de calentamiento del

rehervidor .

7. El etano no tratado que sale por el tope del tambor de destilado va a la unidad de

endulzamiento con Diglicolamina (DGA) en donde es removido el CO2 y se obtienen

etano producto.




99/172

8. s enva a la torre el reflujo a travs de las bombas.

9. El propano lquido proveniente del acumulador de reflujo se subenfra

hasta 110 F en el enfriador , Y se entrega a esta temperatura y a 250 Psig.

10. A las plantas de Olefinas o al tanque de propano.

11. El reflujo a la torre se mantiene a travs de las bombas.


Tren de fraccionamiento


100/172Proceso tpico de estabilizacin


101/172

TREN DE FRACCIONAMIENTO


102/172

BalasLGN

92 F330 psig

TREN DE FRACCIONAMIENTO

Etano

Deetanizadora

225 F420 psig

131 F

34 F395 psig

Propano

Depropanizadora

257 F260 psig

106 F255 psig

i-C4, n-C4

Debutanizadora

Pentanos

340 F155 psig

177 F150 psig

Fracc. deButanos

i-Butano

n-Butano

158 F

102 psig

125 F90 psig

Fracc. deGasolina

Gasolina

Residual

312 F20 psig

125 F

15 psig

omposicin de los hidrocarburos enuna torre depropanizadora

Producto de tope

C1 0.0182C2 1.7689

C3 97 681


103/172

C1 0.01

C2 0.97

C3 53.58

iC4 13.20

nC4 15.53

iC5 4.47nC5 2.56

C6 5.75

C7 2.45

C8 0.53C9 0.70

C10 0.25

C3 0.03

iC4 28.5913

nC4 34.3789

iC5 9.8976

nC5 5.6684

C6 12.7319

C7 5.4249

C8 1.1735

C9 1.5500

C10 0.5536

depropanizador

Productode fondo

Condensador de reflujo

p

Rehervidor

C3 97.681

iC4 0.0043

nC4 0.0068

Alimentac.

Demetanizador


104/172


105/172


106/172


107/172

Aplicacin de tecnologas para los

procesos de produccin de productos en

base a fundamentos de la petroqumica del

gas natural


108/172Qu es el GTL / BTL / CTL?


109/172

GTL (Gas to Liquids)

Proceso qumicoque transformagas naturalen productos lquidos (atemperatura ambiente)

BTL (Biomass to Liquids)Proceso anlogo al GTL que utiliza

biomasacomo materia prima CTL (Coal to Liquids)

Proceso anlogo al GTL que utiliza carbncomo materia prima

GTL

CTLBTL

GTL / BTL es tambin el productoobtenido por dichos procesos

PRODUCTOSXTL

Vas de monetizacin del gas


110/172

GNC

GTL !

Combustin

Electricidad(GTW)

GAS NATURAL

AmoniacoUrea

Fertilizantes

FischerTropsch

Diesel,nafta, cera,lubricantes

Sntesismetanol

MetanolDME

CO Shift

Hidrgeno

Vas de monetizacin del gasnatural

Transporte

GNLGas de sntesis

(CO + H2)Gasoducto

Reformado

Caractersticas productos GTL


111/172

Ventajas Inconvenientes

Todos Transporte

(1/5 del coste como gas) Inversin (>500 M)

Productos FT

Alta calidad

Tamao del mercado

Emisiones

Misma logstica y motor

Experiencia industrial

Metanol (CH3OH)

Alto octano (mezcla en

gasolina)

MTG, FAME, pilas de

combustible

Toxicidad

Compatibilidad materiales

Mercado actual pequeo

Densidad energtica baja

DME (CH3-O-CH3)

Mayor eficiencia (menores

emisiones)

Manejo como GLP

Densidad energtica baja

Logstica 5 bar

Sist. inyeccin complejo

Caractersticas productos GTL

A qu sectores afecta el GTL-


112/172

Tecnologas de refino Desulfuracin profunda

Hidrocraqueo severo y moderado

Hidrodesaromatizacin

Hidrodesparafinado

Formas demonetizacin gas

GNL

GNC

HGN

Otros productos /

carburantes GLP

GNC

Biodiesel

Etanol

GTL(FT, metanol,

DME...)

A qu sectores afecta el GTLFT?

Marketing

Refino

Upstream& Gas

GTL vs. otras formas demonetizacin de gas


113/172

monetizacin de gasGTL versus GNL:

GTL: mayor riesgo tecnolgico

Nivel de inversin del mismo orden

Proceso GTL menos eficienteque GNL,

pero productos de mayor valor aadido

Diversificacin mercados: productos GTL no

van al mercado del gas

Flexibilidad: los productos GTL se

pueden almacenar; mercado spot

Rentabilidad econmica de un

proyecto GTL sensible a la diferencia

entre el precio del crudo y del gas

Opciones para monetizar gas segndistancia al mercado y tamao reserva

DISTANCIA A MERCADO [km]

TAMAOR

ESERVA

[TCF]

1

2,500

3

5

0

GasoductoGNL

convencional

Econmicamente inviable

GTL / FLNGGNC,NGH, otros

Historia de la sntesis Fischer-


114/172

Statoil,

Axens/ENICono co ...

1950

1960

1970

1980

1990

2000

10.000 b/d F-Ten Alemania

1.000 patentesregistradas

Sasol Sasolburg 8.000 b/d

ExxonShell

Sasol Sasolburg 2.500 b/d

PetroSA (Sasol) 24.000 b/d

Sasol Secunda 140.000 b/dSyntroleum

GENERALIZACIN GTL

20-30 aos hastaplanta industrial

Sasol-QP (Oryx, Qatar)34.000 b/d (2007)

2010

BP

Proyectos en EPC (2011)- Chevron-NNPC (Escravos, Nigeria) 34.000 b/d

- Shell (Pearl, Qatar) 140.000 b/d

Historia de la sntesis FischerTropsch

1920

Invencin procesoFischer-Tropsch

Plantas FT enAlemania, UK,Francia, Japn

Shell (Bintulu, Malasia)14.500 b/d (1993)

Plantas industriales actuales yproyectos


115/172

proyectosProyecto Localizacin

Tecnologa FT

(Socios proyecto)

Capacidad

(bpd)

CAPEX

(M$)

Inicio

operacin

--Secunda, Sasolburg

(Sudfrica)Sasol Advanced SyntholAlta temperatura (Sasol)

160.000 - 1995-99

--Mossel Bay(Sudfrica)

Sasol Synthol -Alta temperatura (PetroSA)

35.000 - 1993

-- Bintulu (Malasia) Shell MDS 14.500 - 1993 / 2001

Oryx GTL QatarSasol SPD

(Sasol + Qatar Petroleum)34.000 950

2007(FID: 2003)

Escravos GTL NigeriaSasol SPD

(Chevron + NNPC)34.000 6.000

2012(FID: 2005,

confirm. 2008)

Pearl GTL Qatar Shell MDS 140.000 20.0002010-11

(FID: 2006)

Palm GTL QatarExxonMobil

(Exxon + Qatar Petroleum)150.000

18.000(2007)

Cancelado(2007)

Estimacin2004 CAPEX:

$7.000 millones

Estimacin2003 CAPEX:

$5.000 millones

Contrato EPC

inicial (2005):$1.700 millones

Costes de produccin (procesos XTL)


116/172

Fuente: Nexant Chem syst ems, GTLtec 2007, Doha (Qatar)

Producto: Cmo se comporta


117/172

Resultados de Sasol (2005)

Por ladensidad delgasleo FT

Producto: Cmo se comportael diesel GTL?

Comparacin WtW (pozo a rueda) combustibles GTL


118/172

Carbn (no DME)

Etanol

Biodiesel

Gas natural

Madera

Biogas comprimido

BTL

GTL

CTL

Datos Informe WtW 2b (Mayo 2006) EUCAR, CONCAWE, JRC(EC)

Petrleo

Carbn (no DME)

Etanol

Biodiesel

Gas natural

Madera

Biogas comprimido

BTL

GTL

CTL

Datos Informe WtW 2b (Mayo 2006) EUCAR, CONCAWE, JRC(EC)

Petrleo

Opciones relacionadas: CTL y


119/172

GASNATURAL

GASDE SNTESIS

CERAPRODUCTOS

GTL

SNTESISFISCHER-TROPSCH

REFORMADOHIDROACABADO

Opciones relacionadas: CTL yBTLCARBN

(CTL)

BIOMASA(BTL)

GASIFICACIN

GASIFICACIN

CTL: Oportunidad del uso del carbn


120/172

1,E+08

1,E+09

1,E+10

1,E+11

1,E+12

Norteamrica

Latinoamrica

F.

Rusa

Euroasia(no

F.R.)

Orientemedio

frica

China

RestoAsia-

Pacfico

TOTAL

toneladasequiv

.petrleo

Demanda anual Reservas petrleo Reservas gas Reservas carbn

Oriente medio: 41% reservas de gas y

62% reservas de petrleo

Norteamrica y

China: reservas

gas+petrleo < 6

aos y reservas

carbn > 35 aos

Reservas

Distr ibucin

Precio

Inversin

Emis iones

CTL: Oportunidad del uso del carbn

CTL-FT. Ejemplo de Sasol en Sudfrica


121/172

CTL FT. Ejemplo de Sasol en Sudfrica

Produccin de 160.000 bpdde combustibleslquidos, gas y productos qumicos a partir decarbn y gas natural

Sasol II y Sasol III (dos complejos gemelos;12,5 km2): Gasificacin en semicontnuo de carbn (46 millones t/ao)

Reformado con vapor de gas natural (


122/172

BTL: principales caractersticas Es renovable. Supone una reduccin superior al 75% (well-to-wheels) de las

emisiones de CO2respecto a la inyeccin directa diesel La capacidad de produccin(>4.000 L/ha) es muy superior a la del bioetanol (2.500

L/ha) o el biodiesel (1.300 L/ha)

Actores principales

Choren Industries(participada por Shell, Volkswagen y DaimlerChrysler) es la empresatecnolgicamente lder en este campo

La industria del automvilest firmemente interesada por su eficacia para reducir CO2en la flotatotal de vehculos (nuevos y viejos) siendo adems un carburante de elevadas prestaciones

Brasillo ha identificado como complemento a la produccin de bioetanol

Coste de produccin extremadamente alto

Choren ha indicado un coste del diesel BTL superior a 1.000$/t (objetivo reducirlo a 800 $/t en2020)

Ch E l ld BTL Dispone de un proceso de gasificacin de biomasa: Carbo-V


123/172

Choren: Empresa alemana lder en BTL

Shell tiene una participacin minoritaria en el capital y proporciona su

tecnologa FT para la planta demo (comisionada en 2008): Capacidad: 1,8 t/h lquidos (aprox. 300 bpd) a partir de 9 t/h biomasa seca

Volkswageny Daimlertambin se encuentran en el capital de Choren (desdeoctubre 2007)

Comparacin GTL / BTL / CTL


124/172

GTL CTL BTL Crudo

Inversin Alta Muy alta Muy alta Media

Tecnologa Demo/industrial Industrial Piloto/demo Industrial

Reserva energa

(coste)

Concentrada

(bajo)

Extendida

(muy bajo)

Extendida pero

compite

(bajo)

Muy

concentrada

(medio)

Calidad y

Medioambiente

Diesel de alta

calidad

Altas emisiones

de CO2

Renovable

(crditos CO2) Estndar

Punto de vista de

gobiernos

Opcin para

monetizar gas

Seguridad

suministro

energtico

Potenciacin

crecimiento

sostenible

Dependencia

energtica

El futuro del GTL


125/172

El futuro del GTLEl diesel Fischer-Tropsch irrumpir en el

mercado convencional

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

millonesBP

D

Demanda Europa Occidental Diesel FT

El diesel FT de Qatar y Nigeria

representa e l 6% del mercado

europeo de 2011

Las bases lubricantes FT son una clara

amenaza para el mercado convencional

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1995 2000 2005 2010 2015

millonesdebarrilesdiarios

Demanda mundial total bases (grupos I-IV)

Bases FT

En el 2011, las bases GTL

sernn capaces de cubrir

el 45% del mercado de

bases tipo III y similares

Conclusiones


126/172

Conclusiones El GTL es una realidad industrial para monetizar gas natural El principal producto GTL es el disel FT

Mercado flexible, spot, a diferencia del mercado del gas

Excelente calidad en comparacin al gasleo convencional

Un proyecto GTL implica inversiones extremadamente altas

El GNL es el principal competidor del GTL (para nuevos proyectos)

El GTL tiene mayor riesgo tecnolgico La rentabilidad relativa de cada opcin depende de la diferencia entre el precio del crudo

(mercado del GTL) y del gas (mercado del GNL)

No se prevn nuevos proyectos GTL en el corto-medio plazo

El desarrollo de los procesos GTL abre la puerta al: CTL, para aprovechar las abundantes reservas de carbn (medio plazo)

BTL, por su carcter renovable (largo plazo)


127/172

HISTORIA DE LA SNTESISFISCHER-TROPS

ANTECEDENTES


128/172

ANTECEDENTES

Despus de la primera guerra mundial las sanciones econmicasimpuestas obligaron a los cientficos alemanes a buscar nuevasalternativas para obtener combustibles lquidos, aprovechando lasabundantes reservas del carbn del pas.

En 1923 durante la segunda guerra mundial, Franz Fischer y HanzTropsch, desarrollaron un mtodo que permita convertir el metanoobtenido de calentar carbn.

ANTECEDENTES


129/172

ANTECEDENTES

El proceso Fischer-Tropsch permite convertir una mezcla de monxidode carbono (CO) e hidrgeno (H2) en un hidrocarburo utilizando uncatalizador metlico.

La sntesis tiene dos caractersticas fundamentales que son la inevitableproduccin de derivados hidrocarbonados y de otros de productosvarios como los alcoholes, los aldehdos, los cidos y agua.

Sntesis FischerTropsch


130/172

Franz Joseph Emil FischerNacimiento 19 de marzo de 1877

Friburgo de Brisgovia, AlemaniaFallecimiento 1 de diciembre de 1947

Mnich, AlemaniaNacionalidad alemanaCampo QumicaInstituciones Instituto Kaiser WilhelmConocido por Proceso Ficher-Tropsch


131/172

Hans TropschNacimiento 7 de Octubre de 1889

Plan, Austria-Hungary (Ahora Republica Checa)

Fallecimiento 8 de Octubre de 1935Essen, Alemania

Campo Quimica OrgnicaInstituciones Instituto Kiser Wilhelm

Instituto PragaInstituto de Tecnologa

Alma mater German Charles-Ferdinand University in Prague

Conocido por Fischer-Tropsch process


132/172

Fischer-tropsch en el tiempo

1923. Fischer y Tropschcomenzaron a estudiar la


133/172

1902. Sabatier ySenderensdescubren laformacin demetano a partir de

H2y CO sobrecatalizadores deNi y Co.

comenzaron a estudiar lareduccin cataltica de CO avarias T y p

1913.La empresa BASFpatenta la hidrogenacincataltica de CO paraproducir hidrocarburos ycompuestos oxigenados.

Estudios posteriores de losmismos investigadoresusando catalizadores de Fe-Co a 523-573K y 1atmeliminaron los productosoxigenados, obteniendo solo

hidrocarburos gaseosos ylquidos.

1925. El proceso FTfue patentado.

1934.La empresa RuhrchemieAG pone en funcionamiento la


134/172

Operacin Paperclip.7 cientficosalemanes que haban trabajado en el proceso

FT fueron capturados y enviados a EE.UU

pprimera planta de FT a granescala

1939. 2da. Guerra Mundial

FT experiment gran auge en la Alemania nazi.Japn (aliado de Alemania) construye 3 plantas ensu territorio.

1944-1945.Las plantas alemanas y japonesasfueron muy daadas por los bombardeos aliadosy la mayora fueron desmanteladas despus de laguerra.

1953 El programa estadounidense sobre


135/172

1953.El programa estadounidense sobrela sntesisde FT fue abandonado.

1954. Se desarroll en Sudfricauna planta comercial denominadaSasol I.

1973-1980.Las crisis delpetrleo revitalizaron lasinvestigaciones y desarrollos en

combustibles sintticos en losEEUU y Alemania. Variasempresas del sector petrolero ypetroqumico construyeronplantas piloto de FT.

Cada del precio del crudo comoconsecuencia del descubrimiento degran cantidad de yacimientospetrolferos.

Muchas de estas iniciativascerraron pocos aos despus,ante una nueva cada delprecio del petrleo.

Principios de los 90.Shellconstruy a una planta de FT


136/172

2000. Frente un aumento delprecio del petrleo renace elinters y numerosasempresas anuncian nuevosdesarrollos o proyectos

industriales.

en Malasia.

Los 90 fueuna dcada depetrleo barato que frenla mayora de losdesarrollos en fuentesalternativas al petrleo,entre ellos la sntesis de

FT.



137/172

p

Se puede definir el gas de sntesis como una mezcla de gases en la quepredominan CO y el H2 en proporciones variables y que es adecuada para lasntesis de productos qumicos orgnicos.

Como se ha dicho antes, el gas de sntesis puede obtenerse por procesos

de gasificacin de carbn, biomasa y fracciones residuales del petrleo, porreforma del gas natural o por descomposicin de un compuesto orgnico porplasma.

Sntesis Fischer Tropsch


138/172


Actualmente existe una gran variedad deprocesos entre los que se destacan:

Reformado de vapor.

El reformado de vapor es un procesoendotrmico realizado en presencia de uncatalizador (Ni/Al) a bajas temperaturas.

La desventaja principal es que es un proceso

costoso.



139/172


Oxidacin parcial. En el proceso exotrmico de oxidacin parcial, el gasnatural es oxidado parcialmente con oxgeno puro para producirhidrgeno y monxido de carbono.

La fraccin obtenida es ideal para la sntesis de Fischer-Tropsch.

Este proceso es relativamente costoso debido a que el consumo deoxgeno puro requiere de una planta de separacin de aire y llevar acabo, adems, la reaccin sin catalizador involucra alta presin y altatemperatura.

Por esto, en algunos casos, se usa como catalizador generalmente elaluminio.



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Reformado de CO2. El proceso de reformado de CO2 es ms endotrmicoque el de reformado de vapor. En ste se produce una baja relacinH2/CO.

Este ratio es desventajoso para la conversin Fischer-Tropsch. Se utilizanalta temperatura y presin. La reaccin tiene utilidad en una planta para

disminuir la contaminacin.

Reformado auto trmico. El reformado auto trmico (ATR) emplea laoxidacin parcial y el reformado de vapor ya que ambos procesos se llevana cabo en un mismo reactor. Produce gas de sntesis con una relacin de

H2/CO ptima para la reaccin Fischer-Tropsch.



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El aire puede ser usado directamente en lugar de oxgeno puro y elresultado es un gas de sntesis disuelto con N2.

En este proceso se requieren reactores ligeramente ms grandesque los para la oxidacin parcial, pero se elimina la planta deseparacin para obtener oxgeno puro, de esta forma se reduce elcoste del capital para la construccin de la planta.

La reaccin se lleva a cabo con un catalizador de nquel a altastemperaturas y presiones moderadas.



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Los sistemas de pirlisis y gasificacin, aunque se promocionen como alternativaslimpias no incineradoras, generan dioxinas, furanos y otros contaminantes, a pesar deque la publicidad y la promocin afirman lo contrario.

As, el proceso por plasma parece ser la tecnologa ms interesante para la obtencin

del gas de sntesis a partir de residuos slidos urbanos



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Pirolisis

La pirlisis es una descomposicin trmica de la materia orgnica causada porel calentamiento en ausencia de oxgeno o con una cantidad limitada delmismo. Es tambin anhidra.

La diferencia mayor entre la pirlisis y la gasificacin es que en el caso de lapirlisis, no hay la aportacin de un comburente exterior que contenga oxgeno(agua, aire, dixido de carbono, etc.).

La pirlisis se lleva a cabo habitualmente a temperaturas de entre 400 C y800 C. A estas temperaturas los residuos se transforman en gases, lquidos ycenizas slidas denominadas coque de pirlisis.



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Pirolisis

De manera general, se obtienen de la pirlisis, vapores, gases combustiblescomo el metano, minerales slidos (que se reciclan) y carbn.

El hidrocarburo obtenido ha perdido hasta 70% de su peso en relacin a lamateria prima de la pirlisis. El hidrocarburo obtenido deber sufrir luegoreacciones de gasificacin para transformarse en syngas o gas de sntesis quese usa como materia prima del proceso Fischer-Tropsch.

El i i l i i d l i li i


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El principal inconveniente de la pirlisis esque se producen alquitranes y vapores

condensables que contaminan el gas desntesis requerido.

Adems, como se vio antes el gas depirlisis est muy contaminado por lapresencia de metano y de dixido decarbono.

As, la utilizacin de la pirlisis impone unaetapa de purificacin de los gases muyimportante y costosa para realizar luego el

proceso Fischer-Tropsch



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Gasificacin

La gasificacin se define como la transformacin de una sustancia slida olquida en una mezcla gaseosa mediante oxidacin parcial con aplicacin decalor.

La oxidacin parcial se consigue normalmente restringiendo el nivel deoxgeno (o aire).

El proceso se optimiza para generar la mxima cantidad de productos

gaseosos, normalmente monxido de carbono, hidrgeno, metano, agua,nitrgeno y pequeas cantidades de hidrocarburos superiores.



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En conclusin, y al contrario de la pirlisis, si el proceso tiene lugar conaportacin de comburente exterior, de tal manera que la cantidad deoxgeno es claramente inferior a la necesaria para transformar loselementos qumicos presentes en el material inicial en las formas oxidadasestables (CO2 y H2O).



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Si el oxidante usado es aire, el gas producido se llama gaspobrey normalmente su podercalorfico no superar el 25% del gas natural. Si el oxidante utilizado es oxgeno o aireenriquecido, el gas de sntesis resultante tendr un poder calorfico mayor debido a la

ausencia de nitrgeno, normalmente entre el 25% y el 40% del gas natural.

Aunque la gasificacin es un proceso piroltico optimizado para la mayor obtencin de gases,

genera subproductos lquidos y slidos que pueden contener altos niveles de contaminantestxicos.



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pEl grado de contaminacin depender de la cantidad de residuos tratados, del tipo de tcnica y de cmo selleve a cabo.

Los procesos de gasificacin de carbn presentan una especial importancia, dadas las buenas perspectivasdel mismo como posible sustituto del petrleo. En efecto, se trata de una materia prima abundante,relativamente barata y geogrficamente bien distribuida, aunque presenta como inconvenientes los efectosnegativos sobre la calidad del aire derivados de su uso como combustible (contribuye a la formacin delluvias acidas, al efecto invernadero y puede suponer una elevada contaminacin por la emisin departculas) as como los excesivos costes de extraccin y transporte.



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p

PlasmaEl plasma es el cuarto estado de la materia, adems del estado slido, lquido y gas. En este estado, lostomos del gas han perdido electrones y se encuentran ionizados, por ello el plasma es un gas ionizado.Este estado se diferencia del estado gaseoso por una sensibilidad caracterstica a la accin de camposelctricos y magnticos, pero tambin por una capacidad de ser conductor de la luz y de la electricidad.Generalmente, el plasma es neutro, es decir que est formado por igual nmero de cargas positivas ynegativas.

El proceso de gasificacin por plasma tiene tres caractersticas importantes:

La disociacin. La mayor ventaja del proceso de gasificacin por plasma reside en que gracias a altastemperaturas que se alcanzan durante el proceso, las estructuras de los compuestos bsicos que seintroducen se disocian de manera definitiva e irreversible. A ms de 5 000C las molculas orgnicas sedesintegran dando lugar a mezcla de H2 y CO y materia inorgnica vitrificada, por tanto no se formancenizas.

La destruccin. La segunda ventaja de este proceso es que se consigue la destruccin de compuestos

txicos, tanto slidos como voltiles, y se evita la formacin de compuestos txicos como dioxinas yfuranos. Con el uso del plasma se consigue que todas las molculas se disocien completamente (a partirde 2 700C). De esta forma no puedan existir molculas no completamente disociadas encontradas enlas cenizas o en los compuestos orgnicos voltiles.



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p

La fusin: La tercera gran ventaja de este proceso es que las molculas inorgnicas se fusionan yse transforman en una lava que al enfriarse forma un vidrio basltico inerte y no toxico que puedeusarse como material valorizable.Durante el proceso de gasificacin hay que considerar dos factores muy importantes que son la temperatura y lapresin porque influyen sobre la cintica de las reacciones. Efectivamente, la formacin de monxido de carbonoy de hidrgeno aumenta a medida que se incrementa la temperatura en el reactor

SYNGAS


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SYNGAS

El gas de sntesiso Sintegas(Syngas, en ingls) es un combustiblegaseoso obtenido a partir de sustancias ricas en carbono (carbn,nafta, biomasa) sometidas a un proceso qumico a alta temperatura.Contiene cantidades variables de monxido de carbono(CO)e hidrgeno(H2).

http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gasolinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gasolinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n


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La Purificacin del Gas de SntesisExisten algunos factores que pueden ser responsables de la disminucin del rendimiento de la sntesis Fischer-Tropsch.

El gas de sntesis debe ser lo ms puro posible para aumentar el rendimiento del proceso pero tambin para aumentar la

eficiencia y duracin del catalizador durante las reacciones qumicas. Se puede prevenir o minimizar este fenmeno

mediante la eliminacin de las impurezas presentes en el gas de sntesis. Para ello se hace pasar el gas de sntesis por

varios filtros y posteriormente es lavado. Por eso, la etapa de purificacin depende del mtodo utilizado por la

obtencin del gas de sntesis.

Es necesario obtener un gas de sntesis limpio porque la catlisis de FT puede perder actividad debido a:

- La conversin de un sitio activo del catalizador en un sitio inactivo

- La prdida de rea activada por depsito de carbono

- El envenenamiento qumico

Algunos de estos procesos son inevitables pero otros se pueden prevenir o minimizar controlando las impurezaspresentes en el gas de sntesis.



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Uno de los modos de desactivacin ms controlable, es la desactivacin de sitios activos en el catalizador por lasimpurezas en el gas de sntesis. De lejos la impureza ms abundante, importante y estudiada es el envenenamientopor S. El S est presente tanto en el carbono como en el gas natural y durante el reformado con vapor y lagasificacin se convierte principalmente en H2S y otros compuestos orgnicos sulfurados. El S desactivarpidamente ambos tipos de catlisis (Fe y Co) probablemente por formacin de sulfuros metlicos en la superficielos cuales no tienen actividad en la sntesis Fischer-Tropsch. Lo ideal sera que no existiese S pero hay que hacerotra vez consideraciones econmicas.

El Co es ms sensible al S que el Fe y teniendo en cuenta el mayor precio del Co respecto al Fe, cuando se utiliceCo hay que eliminar mayor cantidad de S.

Tambin hay que tener en cuenta el agua ya que oxida a Fe y Co, siendo mayor la velocidad de oxidacin con el Fe.Adems el agua inhibe la catlisis del Fe por su actividad WGS. En general depende del reactor utilizado, para unode lecho fijo el envenenamiento ser ms pronunciado en la entrada del reactor sin embargo para uno de lechofluidizado ser uniforme en todo el reactor.

Si la limpieza de gas es econmicamente o no rentable depende de la escala del proceso de Fischer-Tropsch.

Sntesis FischerTropschSe puede subrayar al mismo tiempo que existen actualmente tres procesos para eliminar las impurezas


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Se puede subrayar al mismo tiempo que existen actualmente tres procesos para eliminar las impurezasdel gas de sntesis

Po r va hmeda

Un sistema de limpieza por va hmeda usa scrubbers donde se recogen partculas solidas y gasessolubles como el amonio y el acido clorhdrico. El coste que tiene es pequeo y adems lo que hace esaumentar la densidad del gas antes de ser empleado. Este proceso no es eficaz en la eliminacin dealquitranes y por tanto puede provocar la reduccin de la vida til del motor. Al ser un sistema por vahmeda necesita gran cantidad de agua, y una vez empleada tiene una alta carga contaminante, por loque es necesario depurarlas previamente a su vertido.

Con filtr os c erm icos

Un sistema alternativo es el de los filtros cermicos y consiste en pasar el gas caliente (450-550C) atravs de poros del material filtrante, que retiene casi en su totalidad las partculas que lleva el gas. Haydos tipos de filtros empleados, el de candela y el de tubo. Los filtros cermicos tienen el problema de laobturacin de los poros, as deben ser limpiados con aire a presin en sentido contrario al del gas, y poreso, su uso no est ms extendido.

El c raqu eo trm ico

Otro sistema es el del craqueo trmico del gas mediante el aumento del tiempo de estancia del gas en elgasificador, por combustin parcial del gas o por contacto directo del gas con una superficie caliente. Estesistema empleado con dolomita o catalizadores metlicos a temperaturas entre 800-900C, supone laeliminacin del 99 de los alquitranes, por lo que se prev un mayor desarrollo de este sistema a medioplazo.



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La sntesis Fischer-TropschLa sntesis de Fischer-Tropsch es un complejo entramado de reacciones primarias y secundarias,comparable a una reaccin de polimerizacin en la que la unidad monomrica superficial CH2- se formainsitusobre la superficie del catalizador a partir del monxido de carbono e hidrgeno.

Reacciones, primarias y secundarias, que pueden ocurrir en la sntesis de Fischer-Tropsch:- Formacin de parafinas:

(2n+1) H2 + n CO CnH2n+2 + n H2O (I)

- Formacin de olefinas:2n H2 + n CO CnH2n + n H2O (II)

- Formacin de alcoholes:2n H2 + n CO CnH2n+2O + (n-1) H2O (III)

- El agua formada en las reacciones anteriores puede reaccionar indeseadamente con una molculade CO en la que se conoce como la reaccin del gas de agua o water gas shift reaction (WGS):CO + H2O CO2 + H2 (IV)



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Tambin el agua puede reaccionar con el CO en una estequiometra diferente para dar hidrocarburos:

3 CO + H2O (-CH2-) + 2 CO2 (V)

Otra reaccin secundaria indeseable adems de la IV, que conduce a la deposicin de carbono con laconsiguiente desactivacin del catalizador, es la reaccin de Boudouard:2 CO C + CO2 (VI)

El CO2 producido por estas reacciones tambin puede dar hidrocarburos al combinarse con el H2 presente

en el gas de sntesis:CO2 + 3 H2 (-CH2-) + 2 H2O (VII)

La probabilidad de formacin de productos en un sistema de reacciones acopladas puede ser calculada apartir de equilibrios simultneos. En sistemas complejos, como en esta sntesis, es posible realizar un"modelado" suponiendo que las reacciones seleccionadas son independientes unas de otras y seencuentran en equilibrio termodinmico.

Sin embargo, la distribucin real de productos de la sntesis de Fischer-Tropsch difiere significativamente deaquella estimada por la termodinmica. Consecuentemente, estas reacciones son controladascinticamente. Por lo tanto, la distribucin de los productos puede ser influenciada por las propiedadesestructurales de los catalizadores utilizados, como as tambin por las condiciones de reaccin.



158/172Sntesis FischerTropsch


159/172CATALIZADORES


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Un catalizador es una sustancia que tiene la capacidadde acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizadornegativo) en ciertos casos el alcance del equilibrio de unareaccin qumica. El elemento que cataliza no seconsume durante la reaccin y es eficiente en pocacantidad. Adems, los catalizadores no alteran el balanceenergtico final de la reaccin, se regeneran en susformas inciales.

Los primeros catalizadores empleados para la sntesisfueron el Fe y el Co. De manera general, los xidos demetales de transicin son buenos catalizadores de lasreacciones de hidrogenacin de CO.

El orden de actividad es: Ru > Fe > Ni > Co > Rh > Pd >Pt.


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162/172Sntesis FischerTropsch


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Plantas FischerTropsch

SasolLa aplicacin ms grande a escala de la tecnologa Fischer-Tropsch se encuentran en una serie de plantas operadaspor Sasol en Sudfrica, un pas con grandes reservas de carbn, pero poco de aceite. La primera planta comercial deapertura en 1952, a 40 millas al sur de Johannesburgo. Sasol utiliza carbn y el gas natural como materias primasahora y produce una gran variedad de productos sintticos derivados del petrleo, incluyendo la mayor parte delcombustible diesel del pas.

En diciembre de 2012 Sasol anunci planes para construir una planta de 96.000 barriles por da en Westlake,Louisiana usando gas natural de formaciones de esquisto apretado en Louisiana y Texas como materia prima. Loscostos se estiman en entre 11 y 12 millones de dlares con US $ 2 mil millones en alivio de impuestos que secontribuy al estado de Louisiana. El complejo previsto incluir una refinera y una planta qumica.

PetroSaPetroSA, una empresa sudafricana que, en una empresa conjunta, gan la innovacin del proyecto de la concesin delao en los Premios Petroleum Economist en 2008, tiene gas ms grandes del mundo para Lquidos complejos enMossel Bay, en Sudfrica. La refinera es una planta de 36.000 barriles al da en que termin la demostracin semi-

comercial en 2011, allanando el camino para comenzar la preparacin comercial. La tecnologa se puede utilizar paraconvertir el gas natural, carbn o biomasa en combustibles sintticos.



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Sntesis de destilado medio ShellUna de las mayores implementaciones de la tecnologa Fischer-Tropsch es en Bintulu, Malasia. Este servicioShell convierte el gas natural en los combustibles diesel de bajo azufre y cera de calidad alimentaria. Laescala es de 12.000 barriles por da.

Ras Laffan, QatarLa nueva instalacin LTFT Pearl GTL, que comenz a funcionar en 2011 en Ras Laffan, Qatar, utilizacatalizadores de cobalto en el 230C, la conversin de gas natural a lquidos derivados del petrleo a un ritmode 140.000 barriles por da, con una produccin adicional de 120 mil barriles de petrleo equivalente en gasnatural lquidos y etano. La primera planta de GTL en Ras Laffan fue encargado en 2007 y se llama OryxGTL y tiene una capacidad de 34 000 barriles/da. La planta utiliza el proceso de destilado de fase desuspensin Sasol que utiliza un catalizador de cobalto. Oryx GTL es una empresa conjunta entre QatarPetroleum y Sasol.

UPMEn octubre de 2006, el papel y el fabricante finlands UPM pulpa anunci sus planes para producirbiodiesel mediante el proceso Fischer-Tropsch junto a los procesos de fabricacin en su papel en Europa ylas plantas de celulosa, a partir de biomasa de residuos resultantes de los procesos de fabricacin de papely celulosa como material fuente.

Compaa Pas Capacidad(barriles/da)

Fuentesyngas

Estado

Sasol

SudfricaChina

AustraliaNigeriaQatar

150.0002 x 80.000

30.00034.00034.000

CarbnCarbn

Gas NaturalGas NaturalGas Natural

OperativoEstudioEstudio

ConstruccinEstudio

MalasiaQatar

12.500140 000

Gas NaturalGas Natural

OperativoEstudio


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Shell

QatarIndonesia

IrnEgipto

Argentina

Australia

140.00075.00070.00075.00075.000

75.000

Gas NaturalGas NaturalGas NaturalGas NaturalGas Natural

Gas Natural

EstudioEstudioEstudioEstudioEstudio

Estudio

Shell; Choren Alemania 300 Biomasa Estudio

Mossgas Sudfrica 22.500 Gas Natural Operativo

EniTechnologie Italia 20 Gas Natural Operativo

BP USA 300 Gas Natural Construccin

RentechUSA

SudfricaBolivia

1.00010.00010.000

Gas NaturalGas NaturalGas Natural

ConstruccinEstudioEstudio

Rentech; Pertamina Indonesia 15.000 Gas Natural Estudio

Syntroleum

USAAustralia

ChilePer

7011.50010.0005.000

Gas NaturalGas NaturalGas NaturalGas Natural

ConstruccinConstruccin

EstudioEstudio

Gazprom; SyntroleumRusia 13.500 Gas Natural Estudio

Repsol-YPF; Syntroleum BoliviaBolivia

13.50090.000


EstudioEstudio

ExxonMobil Qatar 90.000 Gas Natural Estudio

ConocoQatarUSA

60.000400


EstudioConstruccin


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167/172SASOL II & III, Secunda, S. frica. FTL Facility


168/172Planta syntroleum/arco


169/172

y

Planta gtl. Niigata, Japn


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g g p

Sntesis FischerTropschConclusiones


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Conclusiones Los productos obtenidos por medio de esta tecnologa son disel, naftas, queroseno, ceras, parafinas

y gran cantidad de agua. La cantidad de cada uno de ellos depender de las condiciones del reactor yde la refinacin final del producto.

El proceso Fischer-Tropsch en s mismo no cambia. Los nicos que cambian son los procesospermitiendo de obtener un gas de sntesis el ms limpio posible para no influir sobre el rendimiento finaldel proceso Fischer-Tropsch.

Esta manera de producir biocarburantes podra ser, con tiempo e inversiones adecuadas unaalternativa muy interesante para los pases que dependen ahora del petrleo pero tambin a nivel

medioambiental, se podra reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y aprovechar losdesechos humanos.

En la actualidad, Sudfrica es el lder mundial en produccin de combustibles sintticos, siendo Sasolla compaa productora con 1006372m3por da de hidrocarburos lquidos a partir del gas derivado delcarbn.

A nivel mundial existe un gran nmero de empresas que poseen patentes de su propio proceso, entreellas se encuentran Shell, ExxonMobil, Sasol, Rentech, Syntroleum, BP, ConocoPhillips.

Altos costos del gas natural y bajos precios del crudo, representan un alto riesgo al momento de invertiren un proyecto de este tipo. A su vez, para proyectos a gran escala y bajos precios del gas se obtienenlos mejores beneficios econmicos.

Esta tecnologa puede ser rentable en Europa, y tiene un potencial para asegurar la independenciaenergtica de los pases que tienen carbn.



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Recomendaciones

Aprovechar la flexibilidad de la tecnologa de gasificacin por plasma paraaplicarla para la valorizacin de los residuos urbanos, convirtiendo la materiaorgnica del residuo en un gas de sntesis compuesto por hidrogeno ymonxido de carbono.

Los residuos inorgnicos que produce el proceso se quedan al fondo delreactor y se funden para obtener luego un material vitrificado que podr serutilizado posteriormente en el sector de la construccin.

El gobierno que desee que esta tecnologa sea aplicada en su territorio debeofrecer una clara seguridad econmica a la empresa dispuesta a hacer lainversin, puesto que esta implica un gran riesgo econmico.

Buscar alguna alternativa o tecnologa para la reutilizacin del agua residualobtenida en este proceso como la reinyeccin en pozos sumideros

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