• Author / Uploaded
• alexandra

• Categories
• Refrigeración
• Absorción (Química)
• Agua
• Mecánica estadística
• Naturaleza

Citation preview

Universidad Pública de El Alto Carrera: Ingeniería de Gas y Petroquímica PROYECTO - INGENIERIA DE GAS NATURAL I

LICUEFACCION DEL GAS NATURAL MEDIANTE EL PROCESO DE CRIOGENIZACION PARA EVITAR FORMAR HIDRATOS EN EL TREN DE FRACCIONAMIENTO DE LA PLANTA SEPARADORA DE LIQUIDOS GRAN CHACO.

MATERIA: DOCENTE:

INGENIERIA DE GAS NATURAL I MSC. ING. GABRIEL ALEJANDRO PEREZ ORTIZ

INTEGRANTES: 1. LIZETH CAROL TICONA TITO 2. ABEL ORLANDO LLUSCO POMA 3. ASPI CHUQUEHUANCA BORIS 4. CHOQUETARQUI CINTHYA 5. FRANZ CHISTIAN 6. TOLA MAMANI ERVIN 7. NOEMI 8. RUTH 9. FRANZ LEON 10. KJARA VICTOR 11. TORO JUAN CARLOS

FECHA DE ENTREGA:

22 DE NOVIEMBRE DE 2017

EL ALTO – BOLIVIA

1. ABSTRACT:

Natural gas is one of the most widely used sources of energy worldwide, the management of the same from the well to the end user includes exploration stages, processes of elimination of pollutants, dehydration, extraction of liquid components, compression and transport.

The liquefaction process of natural gas through cryogenization consists of compressing the gas stream at high pressures and cooling to cryogenic temperatures of -160 ° C, preventing the formation of hydrates, which in this project will be designed prototype of the mechanical refrigeration equipment that will avoid the possible hydrate formations in the fractionation train of the Gran Chaco Plant.

The Gran Chaco Liquables Extraction Plant was designed to produce:

 32.20 MMmcd (Million cubic meters per day) of Natural Gas  3.144 TMD (Metric Tonnes Day) of Liquefied Petroleum Gas (LPG)  1,044 BPD (Barrels per day) of iso-pentane  1,658 BPD of Natural Gasoline. In 2015, their work was considered at 50% of capacity, and based on the figures, from September 2015 to June of this year, the production of liquefied petroleum gas (LPG) from the Gran Chaco Liquid Separation Plant ¨Carlos Villegas¨ reached a total of 334.307 metric tons, a volume that represents only 24.6% of its installed capacity, considered a very low percentage, which with this project design and application of a mechanical refrigerators in the Gran Chaco Plant is expected to achieve a revamping of the processing plant, of at least up to 70% of its processing capacity, in order to achieve greater hydrocarbon production with the maximum yield of the Liquor Extraction Plant and the recovery of capital and profitability.

2. INTRODUCCION:

El gas natural es una de las fuentes de energía más utilizada a nivel mundial, el manejo del mismo desde el pozo hasta el usuario final comprende etapas de exploración, procesos de eliminación de contaminantes, deshidratación, extracción de componentes líquidos, compresión y transporte.

El proceso de licuefacción del gas natural a través de la criogenización consiste en comprimir a altas presiones y enfriar a temperaturas criogénicas de -160°C la corriente de gas, precaviendo la formación de hidratos, lo cual para ello en este proyecto se va diseñar un prototipo del equipo refrigeración mecánica que eludirá las posibles formaciones de hidratos en la tren de fraccionamiento de la Planta Gran Chaco.

La Planta de Extracción de Licuables Gran Chaco fue diseñada para producir:  32.20 MMmcd (Millones de metros cúbicos por día) de Gas Natural  3.144 TMD (Toneladas Métricas Día) de Gas Licuado de Petróleo (GLP)  1.044 BPD (Barriles por día) de iso-pentano  1.658 BPD de Gasolina Natural.

El año 2015 se consideró su trabajo al 50% de su capacidad, y en base a las cifras, desde septiembre de 2015 hasta junio del presente año la producción de gas licuados de petróleo (GLP) de la Planta Separadora de Líquidos Gran Chaco ¨Carlos Villegas¨ alcanzo un total de 334.307 Toneladas métricas, volumen que representa solo el 24.6% de su capacidad instalada, considerado un porcentaje muy bajo, el cual con este proyecto de diseño y aplicación del de un refrigerador mecánico en la Planta Gran Chaco se espera lograr un revamping a la Planta procesadora, de por lo menos hasta un 70% de su capacidad de procesamiento, con la finalidad de poder lograr una mayor producción hidrocarburifera con el máximo rendimiento de la Planta de Extracción de Licuables y la recuperación del capital y rentabilidad.

3. ANTECEDENTES: 

UBICACIÓN: Esta plata está ubicada en la localidad de Yacuiba, en la provincia de Gran Chaco del Departamento de Tarija centrada en las siguientes coordenadas: x= -21,9507460, y= -63,6339964. Asentada en una construcción de 144 hectáreas de superficie.



TIPO DE DISEÑO DE LA PLANTA: Dew Point (punto de roció), punto donde se extraen los condensados (licuables) de la corriente de gas, el cual cuenta con una unidad CRIOGENICA, compuesta de tres torres de turbo expansión, para enfriar el gas natural a temperaturas de -160 °C.

IMÁGENES SATIMAGENES SATELITALES DE LA PLANTA DE EXTRACCION DE LICUABLES GRAN CHACO.



CAPACIDAD DE DISEÑO: La planta de Gran Chaco fue diseñada para producir:





32,20 MMmcd de Gas Natural



3,144 TMD de etano



2,247 TMD de GLP



1,044 BPD de isopentano



1,658 BPD de gasolina natural.

COMPOSICION CROMATOGRAFICA: COMPONENTE

FRACCION MOLAR

N2 CO2 C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 nC6 C7 C8 C9

0,49100 1,89000 87,84500 6,31000 2,29000 0,36300 0,47300 0,14500 0,09200 0,00000 0,10100 0,00000 0,00000

TOTAL

100,00000

Desde septiembre de 2015 hasta junio pasado la producción del GLP en la planta separadora de líquidos Gran Chaco “Carlos Villegas”, en Tarija alcanzo un total de 334,307 toneladas métricas, volumen en porcentaje es el 24% de su capacidad instalada. De acuerdo con la información publicada por el Ministerio de Hidrocarburos (agosto de 2017) en suplemento titulado Chaco cuna de la Industrialización, documento que fue distribuido en Yacuiba y Villa Montes, se especifica que la producción durante el inicio de operaciones de la planta, septiembre-diciembre de 2015 fue de 51,530,80 toneladas métricas que en 2016 se produjeron 171,555,7 toneladas y durante los primeros 6 meses

de este año 111, 220,6 toneladas. Se destaca que por la venta total del producto se generaron 37,6 millones de dólares de ingresos para el país. La planta Gran Chaco demando 700 millones de dólares de inversión estatal y tiene una capacidad de producción de 2,200 toneladas métricas día. Con base en esas cifras oficiales, en 2015, considerando que solo iba a trabajar al 50% de su capacidad, debía producir 141,561 toneladas de GLP; en 2016 un total de 808,920 toneladas y a junio de este año 404,460 toneladas. Debía producir un total de 1,35 millones de toneladas de GLP. Ahora, según el gobierno de planta se produjo 334,307 toneladas en el periodo citado, es decir que solo trabajo en promedio al 24,6% de su capacidad de diseño. Debemos redoblar esfuerzos para elevar la capacidad de la planta a por lo menos al 80% en el mayor plazo posible y aumentar los ingresos por exportación y así recuperar alcanzar un retorno por la inversión. En una separata titulada, Chaco cuna de la industrialización, publicada por el ministerio, precisa que los recursos serán distribuidos para la exploración y explotación 643 millones de dólares; en industrialización, comercialización, transporte y almacenaje, un total de 177 millones. Según datos oficiales, en la región se lleva adelante un plan de exploración que contempla nueve proyectos considerados de prioridad con potencial de 10,42 trillones de pies cúbicos (TCF).Los yacimientos permitirán incrementar las reservas, producción de hidrocarburos e ingresos para la región y el País. En el Gran Chaco están los Mega campos como Boyuy, Iñiguazu, La Ceiba y Los Monos, en los que se aplicara el programa de “exploración ultra eficiente” que permitirá una rápida entrada de producción de los recursos extraídos, al existir las facilidades en superficie, que marca el documento del programa. La producción de Gas en la provincia de Gran Chaco se incrementó de 23,36 millones de metros cúbicos día a un promedio de 36,51 MMmcd, registrado en 2016. Así mismo la capacidad de procesamiento en las plantas se incrementó de 32,5 MMmcd, en 2005 a 58,9 MMmcd, el pasado año originado por la construcción de dos plantas en el campo Margarita, Sábalo, Itau, y Caigua.

4. FORMULACION DEL PROBLEMA:

N°

1

2

3

CAUSA

PROBLEMA

Baja productividad Formación en la planta de debido al hidratos control de la presión máxima y temperatura en el tren de fraccionamiento

EFECTO

Algún pozo de alimento está produciendo mucha agua y que el manifols de control del caudal no está funcionando correctamente.

Los glicoles empleados Mal para la Uso de funcionamiento deshidratación Glicoles de la torre no están contactora. rindiendo a su máxima capacidad.

Obstrucción en Reducción Presencia de la transmisión de la fluidos pesados de fluidos en viscosidad las líneas de flujo del gasoducto.

PRIORIDAD Se diseñará un equipo de refrigeración mecánica para evitar formar hidratos en el tren de fraccionamiento, el proceso será simulado en hysys, los resultados estarán programados en Microsoft Excel. Cambiar el glicol que esta siento utilizado en la planta por otro glicol adecuado y más eficiente al proceso que se está trabajando.

Bajar la temperatura para reducir la viscosidad y asegurar la transmisión de fluido en las líneas de flujo sin restricción a través del gasoducto.

EXPLICACION El agua es un líquido elemental e imprescindible en el proceso de separación de licuables del gas, pero a la vez es un compuesto que si logra formarse como hidratos puede bajar la producción hidrocarfurifera y causar corrosión a los equipo.

Se debe asegurar que el glicol que se está seleccionando sea soluble con el hidrocarburo que se está deshidratando.

Cuando reducimos la viscosidad mantenemos las condiciones constantes del gas natural por lo que la viscosidad no permite la mezcla de glicoles, y de esta manera se reduce la eficiencia del proceso de la deshidratación.

5. OBJETIVOS:

5.1.

OBJETIVO GENERAL:  Licuefactar el Gas Natural a través del proceso de criogenización para evitar formar hidratos e implementando un refrigerador mecánico, logrando una mayor producción hidrocarburifera y mayor rendimiento de la Planta Separadora de Líquidos Gran Chaco.

5.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Estudiar las características y el funcionamiento de la Planta de Extracción de Licuables Gran Chaco.  Diseñar un equipo de refrigeración mecánica de flujo de gas implementando la aplicación del equipo en el tren de fraccionamiento de la Planta Gran Chaco para aumentar la capacidad de producción.

 Obtener propano líquido mediante la destilación simple del gas licuado de petróleo y dar a conocer su aplicación en la Planta Gran Chaco.

 Realizar un proceso de Simulación en Hysys del ciclo de refrigeración mecánica, y programar el resultado de su implementación en Microsoft Excel.

6. FUNDAMENTO TEORICO:

6.1 DEFINICIONES  Gas Natural Es una mezcla de hidrocarburos compuesta principalmente por gas metano y en proporciones menores de otros hidrocarburos, como etano, propano, butanos, pentanos, y otros; también contiene impurezas como vapor de agua, azufre, dióxido de carbono, nitrógeno e inclusive helio.El gas se acumula en yacimientos subterráneos en regiones geológicas conocidas como "cuencas sedimentarias de hidrocarburos" y puede existir en ellas en forma aislada o mezclado con el petróleo.  Licuefaccion: La licuefacción de los gases es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido, por el aumento de presión (compresión isoterma) y la disminución de la temperatura (expansión adiabática), llegando a una sobrepresión elevada, hecho que diferencia a la licuefacción.

 Criogenizacion Como su nombre lo indica es aquella en la que se llevan a cabo procesos criogénicos(-160 ºC) , con la finalidad de obtener diferentes productos, con niveles de pureza elevados, es decir, con la menor contaminación posible, a su vez el proceso criogénico es utilizar temperaturas muy bajas para obtener los mejores resultados posibles.  Endulzamiento Se debe tener presente su uso, el cual, denota la eliminación de los componentes ácidos del gas natural, por lo general el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno. A los efectos del tema en estudio, otros componentes ácidos como el COS y el CS2, tienen una gran importancia debido a su tendencia a dañar las soluciones utilizadas para endulzar el gas y, por lo general, no se reportan dentro de la composición del gas a tratar, una costumbre muy costosa para la industria.

 Deshidratación Es un proceso mediante el cual se remueve el agua del Gas Natural y dependiendo de la tecnología empleada el contenido de agua del gas ya deshidratado puede ir desde 7 lb/MMpce hasta partes por millón. Los principales procesos empleados son la deshidratación mediante trietilénglicol (TEG),el cual es un proceso de absorción en donde el TEG se pone en contacto contracorriente en una columna con el Gas Natural, este sale por el tope deshidratado y el TEG pasa a un sistema de regeneración donde se le elimina el agua absorbida, el otro proceso es la deshidratación mediante Tamices Moleculares, a diferencia del proceso anterior este es un proceso de adsorción donde a un lecho de sólidos desecantes con amplia afinidad por el agua y químicamente inertes se les hace fluir el gas natural húmedo, este sale seco y el sólido desecante es regenerado mediante gas seco caliente.  Procesamiento del gas natural El Gas Natural después de haber sido tratado y dependiendo de su composición, es posible que contenga hidrocarburos de gran valor comercial, cualquier industria con el fin de maximizar el valor de sus productos, procesa este gas ya tratado para extraer Etano, Propano, Butanos, Gasolina y Residual, los cuales, tienen un gran valor en los mercados Nacionales y Extranjeros. El Procesamiento del Gas Natural esta conformado por las siguientes etapas:  Extracción de líquidos La forma más utilizada para la obtención de líquidos del gas natural es mediante la reducción de la temperatura del mismo. Esto se puede lograr mediante una refrigeración directa utilizando los principios de refrigeración mecánica o autorefrigeración por expansión. La selección del método o la combinación de los mismos, depende de la composición del gas, del producto a obtener, del nivel de recobro deseado y/o de los parámetros económicos y de diseño de una situación en particular. El principio termodinámico, en el cual se basan las diferentes tecnologías de extracción de líquidos, busca llevar al gas natural a condiciones de saturación para luego reducir la temperatura ya sea por refrigeración proceso conocido como Refrigeración Mecánica o expansión del fluido. La expansión puede ser realizada isentrópica o isentálpicamente, de esta manera se obtiene la mayor cantidad de líquidos; cuando la expansión es efectuada en forma isoentálpica el proceso es adiabático y es conocido como

expansión Joule Thompson, mientras la expansión se realiza isoentrópicamente, a través de un sistema de turbo expansión se obtendrá una menor temperatura y una mayor cantidad de líquido.  Fraccionamiento de líquidos El proceso de fraccionamiento es aquel mediante el cual se obtiene de los líquidos del gas natural (LGN) uno o varios productos bajo especificaciones comerciales, esto se logra mediante una columna de platos o empaques promoviendo el intercambio de masa entre el líquido y el vapor, el cual es generado por el calor introducido al sistema. Este vapor al ascender por la columna se va enfriando, generando la disminución en la concentración de sus componentes mas pesados. En la fase líquida se presenta el proceso inverso, a medida que desciende por la columna se calienta vaporizando sus componentes más livianos, generando así mediante este intercambio energético y masico los productos deseados bajo especificación.  Almacenamiento de líquidos La riqueza del gas natural producido se mide en GPM, unidad la cual se define como el contenido de líquidos de componentes C3+ presentes en el gas natural. El GPM significa cantidad de galones de líquidos obtenidos por el propano y demás pesados (C3+), por cada mil pies cúbicos de gas natural a condiciones estándar. Mientras mayor sea el GPM del gas, éste se considera más rico, por contener mayor proporción de componentes pesados, lo cual permite extraer mayores volúmenes de LGN.  Hidratos Los hidratos son cristales formados por hidrocarburos y agua libre bajo condiciones de presión y temperatura muy particulares según la composición molecular del gas natural. Son compuestos sólidos en formas de cristales con apariencia de nieve. Su presencia se debe a una reacción entre el gas natural y el agua. En esta reacción el solvente es el agua en forma de vapor y las moléculas de gas más livianas entran en los puentes de hidrógeno de agua, formando estructuras tridimensionales.

 GLP: Gas licuado del petróleo es la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural o disuelto en el petróleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de licuar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano.

6.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA SEPARADORA DE LIQUIDOS GRAN CHACO:

La Planta de Extracción de Licuables Gran Chaco procesa una corriente de gas natural, proveniente de tres plantas de ajuste de punto de rocío (Sábalo, San Alberto y Margarita), para obtener los siguientes productos:  Gas Residual  Etano  Gas Licuado de Petróleo (Propano + Butano)  Isopentano  Gasolina Estabilizada La planta puede operar en dos modos, Recuperación de etano y Rechazo de etano, siendo los caudales de entrada a la Unidad variables dependiendo del caso (1137 MMSCFD para caso 1A Recuperación etano 95% y 1047 MMSCFD para caso 2A Rechazo de etano), siendo siempre el caudal de gas residual producido de 978 MMSCFD.

ENTRADA DE PLANTA

El gas proveniente del gasoducto GIJA ingresa a la planta a una presión mínima de 950 psig y a una temperatura de 95 ºF. En la línea de entrada, antes de la SDV-0010, se deriva una alimentación de fuel gas seguro hacia el Sistema de Antorcha y Gas de Sellos de los turbocompresores y turboexpander por un lado y otra línea de alimentación al Sistema de Fuel Gas, para abastecer los consumos durante las maniobras de puesta en marcha de la planta. Ambas líneas cuentan con pre acondicionamiento del gas con objeto de cumplir los

requerimientos de los equipos asociados. Dado que la presión de diseño del GIJA es superior a la de planta (1135 psig), antes de la válvula de corte SDV-0010 se instalan las válvulas de seguridad PSV- 0162 A/B/C/D que protegen todas las instalaciones aguas abajo así como la línea 32¨-P-001-C1 ante un cierre inadvertido.

El caudal total de gas a procesar es medido en el Puente de Medición de Gas de Entrada, ubicado sobre la línea de ingreso aguas abajo de la derivación hacia el by-pass. Dicho puente consta de dos medidores de caudal tipo ultrasónico (uno en servicio y otro en stand-by) compensados por presión y temperatura, una toma muestras para análisis de dew point de agua y una derivación hacia el cromatógrafo para análisis de composición del gas de entrada. Posteriormente la corriente principal de gas de alimentación continúa hacia la Unidad de Filtración y Deshidratación. Si por algún motivo la Planta de Extracción de Licuables tuviese que salir de servicio, existe un By-pass Total de Planta que permite que el gas proveniente de las tres plantas de ajuste de punto de rocío continúe por el ducto sin ser procesado. Este bypass se ubica dentro de los límites de batería y pertenece a la Planta de Extracción de Licuables. Existe otro By-pass Total de planta, que se ubica fuera de los límites de batería, que pertenece y es operado por YPFB Transporte. Dicho by-pass permite que el gas circule por el gasoducto sin ingresar a la Planta de Extracción de Licuables.

UNIDAD DE FILTRADO Y DESHIDRATACIÓN DE GAS DE ALIMENTACIÓN

El propósito de esta unidad es acondicionar el gas de entrada, removiendo el agua, llevándolo a condiciones aptas para ser procesado en la Unidad Criogénica El proceso comienza en el Filtro Coalescedor de Gas de Alimentación F-101, donde la corriente es despojada tanto de partículas sólidas como de gotas de líquido que pudieran estar presentes en el gas, para evitar el deterioro de los deshidratadores. La concentración máxima de agua que presenta el gas de entrada es de 65 mg/Sm3 por tratarse de gas previamente acondicionado. La deshidratación se realiza por medio de adsorción con tamices moleculares y el objetivo de la operación es reducir el contenido de vapor de agua presente en el gas para evitar la formación de hielo e hidratos en la unidad de extracción de líquidos.

La unidad cuenta con cuatro Deshidratadores V-102 A/B/C/D conectados en paralelo, de los cuales tres permanecen en operación mientras que el restante se regenera. El gas procesado fluye a través de los tamices moleculares en forma descendente.

Una vez que el gas ha sido deshidratado fluye hacia los Filtros de Polvo F-102 A/B (uno en servicio y otro en stand-by), donde se eliminan todas las partículas que pudieran haberse arrastrado desde los tamices. El gas filtrado y seco pasa hacia la Unidad Criogénica.

SISTEMA DE REGENERACIÓN DE DESHIDRATADORES

Los tamices moleculares son regenerados utilizando una derivación del gas seco proveniente de los filtros F-102 A/B. Dicha corriente es comprimida por los compresores K-101 A/B (uno en servicio y otro en stand-by) y luego es enviada hacia el calentador E-501, asociado a los turbogeneradores de la Unidad.

El gas caliente fluye en sentido ascendente a través del lecho que se encuentre regenerando y abandona el deshidratador por el tope, para luego ser conducido hacia el Aeroenfriador de Gas de Regeneración A-101. El agua que condensa es separada de la corriente gaseosa en el Scrubber de Gas de Regeneración V-103 y luego es enviada al Sistema de Tratamiento de Agua. El gas de tope del scrubber es reinyectado a la corriente de gas de alimentación aguas arriba del filtro F-101.

Una vez desabsorbido, el lecho es enfriado con gas de regeneración frío. Las válvulas de control de temperatura del circuito de regeneración bloquean la derivación hacia el equipo E501, mientras que habilitan totalmente el paso del gas frío a través del by-pass. De esta manera se consigue enfriar el tamiz y luego el gas que abandona el deshidratador es enfriado en el equipo A-101 y seguidamente ingresa al separador V-103 donde se elimina cualquier líquido que pudiera haber condensado.Finalmente la corriente gaseosa retorna al proceso y es inyectada aguas arriba del filtro F-101. Previa a la etapa de calentamiento (280ºC), se realiza una etapa de precalentamiento (120ºC)

UNIDADES CRIOGÉNICAS

Compuesta por dos trenes equivalentes que operan en paralelo, procesando cada uno el 50% del caudal proveniente de la Unidad de Filtración y Deshidratación. Existen dos unidades Criogénicas, compuestas por un tren turboexpansión (1-K-101/X-101 y 2-K-101/X-101) que operan de acuerdo al proceso RSV (Recycle Split Vapor) patentado por Ortloff Engineers Ltd., donde se licuan los componentes pesados que luego son separados del gas en cada una de las torres Deetanizadoras (1-C-101 y 2-C-101), obteniéndose una corriente de Gas Residual por el tope que luego de ser comprimida es reinyectada al gasoducto.

FRACCIONAMIENTO La zona de Fraccionamiento de Líquidos está formada por tres secciones, que separan sucesivamente los productos licuables provenientes de la corriente líquida de la Unidad Criogénica: ETANO; GLP; ISOPENTANO Y GASOLINA. La zona de Fraccionamiento de Líquidos cuenta con tres secciones diferenciadas:  Deetanizadora C-301: cuando la Planta opera en modo Recuperación de Etano. Dicho producto será enviado hacia una Planta Petroquímica futura através de un ducto. Cuando la Planta opera en modo Rechazo de Etano, esta torre permanece fuera de servicio.  Torre Debutanizadora C-302: esta torre es alimentada con los líquidos de fondo de las torres Demetanizadoras 1-C-101 y 2-C-101, o con los líquidos de fondo de la torre Deetanizadora C-301, de acuerdo al modo de operación de la planta. Se obtiene GLP por el tope, que puede almacenarse en esferas y enviarse o bien a cargaderos de camiones o a ducto de exportación.  Torre Deisopentanizadora C-303: esta torre es alimentada con los líquidos de fondo de la torre Debutanizadora C-302. Se produce Isopentano por el tope y Gasolina Estabilizada por el fondo. El isopentano se almacena en esferas mientras que la gasolina en tanques API (650) Ambos productos se envían a cargaderos de camión o a ducto de exportación (común).

La Unidad de Compresión de Gas Residual está compuesta por cuatro trenes (K-201 A/B/C/D) que operan en paralelo, comprimiendo el gas residual que abandona la Unidad Criogénica. Posteriormente la corriente es enfriada en los Aeroenfriadores de Gas Residual A-202 A/B/C/D y luego es conducida a través de los Filtros Coalescentes de Gas Residual F-201 A/B. Una vez que la corriente ha sido acondicionada, se mide el caudal en el Puente de Medición de Gas de Salida y finalmente es reinyectada en el Gasoducto GIJA. La planta dispone de un bypass que garantice el suministro continuo de gas natural a gasoducto en caso de parada parcial o total de la misma, mientras no se requiera de recompresión adicional. Este bypass será operado por la planta y es independiente del bypass que el operador del GIJA implementará sobre el mismo.

ALMACENAJE DE PROPANO

El propano ingresa a la planta a través de camiones, los cuales se conectan a las líneas de descarga y ecualización a través de mangueras. El propano es conducido hacia la succión de las bombas P-623 A/B y posteriormente filtrado por el F-605 antes de llegar al tanque V-615. Dicho tanque, tipo cilíndrico permite almacenar un volumen aproximado de 4830 ft3 de propano a temperatura ambiente, con lo cual la presión de almacenaje puede estar comprendida entre 47.4 psig y 215.2 psig (valores de presión de vapor del Propano a 23.0 ºF y 113.0 ºF respectivamente). Desde aquí el propano es tomado por las bombas P-621 A/B para ser enviado hacia el Sistema de Refrigeración de la planta, a razón de 100.0 gpm y una presión de 278.0 psig siendo deshidratado previamente. El propano no se repone de manera continua, si no que se completa el nivel del acumulador V-502 solo cuando es necesario.

RECUPERACIÓN DE GLP

Esta sección es alimentada desde el fondo de la Columna Deetanizadora C 301 cuando la Unidad Criogénica funciona en modo Recuperación de Etano, mientras que es alimentada desde el fondo de las Columnas Demetanizadoras 1-C-101 y 2-C-101, cuando dicha unidad opera en modo Rechazo de Etano.

La Columna Debutanizadora C-302 opera a una temperatura de 155.1 ºF y a una presión de 217.5 psig en el tope, y a una temperatura de 320.0 ºF y a una presión de 227.5 psig en el fondo. La misma es alimentada por una corriente líquida que luego de ser expandida en una válvula de control, ingresa a la columna a una temperatura de 143,7ºF y a una presión de 230 psig. La corriente gaseosa del tope abandona la columna Debutanizadora C-302 y es conducida hacia el Aerocondensador Debutanizadora A-301, donde es enfriada hasta una temperatura de 131.6 ºF, condensando totalmente a una presión de 210.0 psig. La corriente líquida ingresa al Acumulador Reflujo Debutanizadora V-303 y luego es evacuada por las Bombas de Reflujo Debutanizadora P-302 A/B.

En condiciones normales de operación esta corriente no contiene livianos no condensables y el acumulador se encuentra inundado, pero si los hubiera los mismos serían separados en el acumulador de reflujo para luego ser enviados al Sistema de Venteos a Antorcha. De la descarga de las Bombas P-302 A/B se derivan dos corrientes: el reflujo que es reinyectado a la columna C-302 y el producto que es enviado hacia las Esferas de Almacenaje de LPG V607 A/B/C/D. Del plato chimenea inferior de la columna Debutanizadora C-302 se extrae una corriente de líquido a una temperatura de 309,1 ºF que es conducida hacia el Reboiler Debutanizadora E- 303. En este equipo la corriente es vaporizada parcialmente hasta alcanzar una temperatura de 320,1 ºF. El calor necesario es aportado por una corriente proveniente del Sistema de Hot Oil. El vapor generado es reinyectado por debajo del último plato de la columna C-302, mientras que el líquido remanente es devuelto al fondo del mismo equipo. Del fondo de la Columna Debutanizadora C-302 se extrae una corriente de líquido que es enviada como alimentación hacia la columna eisopentanizadora C-303. a una temperatura de 320.1 ºF y a una presión de 227.5 psig.

RECUPERACIÓN DE ISOPENTANO Y GASOLINA ESTABILIZADA

El isopentano es separado de la gasolina en la columna C-303, la cual es alimentada por el líquido de fondo proveniente de la C-302. La columna Deisopentanizadora C-303 opera a una temperatura de 166.4 ºF y a una presión de 42.5 psig en el tope, y a una temperatura de 223.7

ºF y a una presión de 55.0 psig en el fondo. La misma es alimentada por una corriente líquida que ingresa a la columna a una temperatura de 208.5 ºF y a una presión de 49.8 psig.

ALMACENAJE Y ENVIO PRODUCCION GLP El GLP proveniente de la Unidad de Fraccionamiento de Líquidos es almacenado en las esferas V-607 A/B/C/D en estado líquido a temperatura ambiente, con lo cual la presión de almacenaje puede estar comprendida entre 34.0 psig y 210.0 psig (valores de presión de vapor del LPG a 23 ºF y 131.6 ºF respectivamente). Las mismas tienen 80.0 ft de diámetro y cada una de ellas almacena un volumen aproximado de 235000 ft3, totalizando entre las cuatro una capacidad equivalente a cinco días de producción. Desde aquí el GLP puede ser evacuado de la planta a través de un ducto o en camiones tanque. Hacia el ducto de GLP se bombea por medio de las bombas P-614 A/B/C, a razón de 1762.0 gpm (dos bombas en servicio y una en reserva) y una presión de operación de 1200 psig en Límite de Batería. El caudal de GLP entregado al ducto es medido en el Puente de Medición de GLP, el cual cuenta con dos medidores de caudal másicos (uno en servicio y otro en stand-by) compensados por presión y temperatura, un toma muestras y las conexiones necesaria para el Proving System de calibración. Inmediatamente aguas abajo del puente de medición el sistema cuenta con la lanzadora PL-601 que permite lanzar los scraper de inspección, cada vez que sea requerido. Normalmente este dispositivo permanece bloqueado y el GLP continúa a través de un by-pass hacia el ducto. Con las bombas P-615 A/B/C (dos en servicio y una de reserva, con capacidad de 1586.0 gpm) se cargan camiones mediante seis cargaderos. Los gases que pudieran desprenderse como consecuencia de la operación de carga retornan a las esferas a través de la línea de ecualización. Los camiones se conectan a las líneas de carga a través de mangueras.

ISOPENTANO

El Isopentano proveniente de la columna C-303 es almacenado en las esferas V-608 A/B/C en estado líquido a temperatura ambiente, con lo cual la presión de almacenaje puede variar entre 28,4 ºF y 113 ºF o la temperatura de operación (131ºF). Desde aquí el Isopentano puede

ser evacuado de la planta a través de un ducto o en camiones tanque. Con las bombas P-616 A/B se despacha a través del ducto de Isopentano / Gasolina a razón de 152.0 gpm para obtener 1200 psig en L.B.

Las operaciones de envío de Isopentano o Gasolina se realizan en forma intermitente. El caudal entregado al ducto es medido en el Puente de Medición de Isopentano / Gasolina, el cual cuenta con dos medidores de caudal másicos (uno en servicio y otro en stand-by) compensados por presión y temperatura, un toma muestras y las conexiones necesaria para el Proving System de calibración. Inmediatamente aguas abajo del puente de medición el sistema cuenta con la lanzadora PL-602 que permite lanzar los scraper de inspección, cada vez que sea requerido. Normalmente este dispositivo permanece bloqueado y la corriente continúa a través de un by-pass hacia el ducto. El isopentano también se exporta de la planta por medio de camiones, mediante las bombas P-617 A/B, las cuales bombean el producto a razón de 462.0 gpm hacia el cargadero de camión de Isopentano. Los gases que pudieran desprenderse como consecuencia de la operación de carga retornan a las esferas a través de la línea de ecualización. Los camiones se conectan a las líneas de carga a través de mangueras.

GASOLINA La gasolina proveniente de la Unidad de Fraccionamiento de Líquidos es almacenada en los tanques TK-609 A/B a temperatura ambiente y presión atmosférica. Los mismos poseen una membrana interna flotante que impide tanto el escape de gases como el ingreso de aire, evitando así la formación de atmósferas explosivas. Desde aquí la Gasolina puede ser evacuada de la planta a través de un ducto (común con el isopentano) mediante las bombas P-618 A/B (a razón de 153.0 gpm) (presión en L.B. de 1200 psig) y o en camiones tanque con las P-619 A/B (462.0 gpm).

6.3. FORMACIÓN DE HIDRATOS DE GAS Los hidratos de gas se comportan como soluciones de gases en sólidos cristalinos y no como compuestos químicos. La estructura principal de los hidratos cristalinos es formada por

moléculas de agua. Las moléculas de hidrocarburo ocupan espacios vacíos dentro del espacio de la red de las moléculas de agua. La formación de hidratos es más de naturaleza física que química. Aparentemente, no son fuertes los enlaces químicos entre el hidrocarburo y las moléculas de agua. De hecho, las moléculas de hidrocarburo se encuentran libres rotando dentro de los espacios vacíos. La estructura del agua es semejante a la del hielo debido al parecido de sus calores de formación. Sin embargo, las redes cristalinas son algo diferente al hielo ya que las redes del hielo no tienen el espacio incluso para pequeñas moléculas de hidrocarburo. Se conocen dos tipos de hidratos de redes cristalinas. Cada uno contiene espacios vacíos de dos tamaños distintos. Una red tiene el tamaño para aceptar pequeñas moléculas como metano y grandes moléculas como el propano, este radio acepta alrededor de dos moléculas pequeñas por cada grande. La otra red acepta moléculas de metano y moléculas de mediano tamaño como el etano, este radio acepta alrededor de tres medianas por cada pequeña. Aunque los hidratos de gas parecen ser soluciones sólidas en lugar de compuestos químicos, un número específico de moléculas de agua están asociadas con esta molécula de gas. Esto se debe a la estructura del cristal y el radio depende primordialmente con el tamaño de la molécula de gas. CONDICIONES PARA LA FORMACIÓN DE HIDRATOS DE GAS La consideración más importante para la formación de hidratos es que esté presente el agua líquida para su formación. Incluso con la presencia de agua líquida se necesita un equilibrio entre el gas y el agua a condiciones de presión y temperatura para que la formación del hidrato ocurra. Pero, una vez formadas las semillas del cristal, la hidratación ocurre fácilmente. Las semillas del cristal se forman a temperaturas de 3 a 10°F por debajo de la temperatura de formación y a unos 300 o más psi por encima de la presión de formación. Sin embargo, partículas de óxido o arena también funcionan como semillas de cristales en la iniciación de formación de los hidratos.

Formación de hidratos de gas por reducción de presión Reduciendo la presión a condiciones normales de superficie, causamos también una reducción en la temperatura del gas. Esta reducción de temperatura puede causar la condensación del vapor de agua presente en el gas. Lo que ocasionaría una mezcla de gas y agua líquida, condiciones necesarias para la formación de hidratos. Métodos de extracción de gas de los hidratos Se están estudiando tres métodos de extracción de gas natural de los hidratos. Todos esto métodos usan la disociación, un proceso por el cuál un material se descompone en sus partes constituyentes. En el caso de los hidratos de gas disociación, esto usualmente involucra una combinación de liberar la presión y subir la temperatura de manera que los cristales helados se derritan o de lo contrario cambien la forma y liberen las moléculas de gas natural atrapadas. 6.4 PROCESO DE LICUEFACCION DEL GAS NATURAL Durante el procesamiento del gas se realiza una serie de cortes derivados tanto el gas como tanto los líquidos por lo que el fraccionamiento del gas nos ayudara a poder licuefactarlo mediante el proceso de criogenización. Durante el proceso este procedimiento el gas sufre distintos cambios durante su cambio de fase y estado por lo que es necesario extraer los cortes de la corriente del gas atreves de un proceso denominado fraccionamiento del gas LICUEFACCION DEL GAS NATURAL Se define como licuefacción proceso o método por el cual el gas natural es enfriado a muy baja temperatura con el objeto poder facilitar su transporte de forma segura .El proceso de licuefacción teniendo faces : 1. Es la del enfriamiento y condensación en la cual el gas reduce su temperatura y cambia su estado líquido

2. Es el proceso de FLASHING del Gas donde el gas experimenta un cambio de fase dividido a la reducción de fracción el proceso es un proceso adiabático por lo cual no se añade ni se extrae calor bajando del punto de ebullición del líquido de la cantidad de vapor generado depende presión y descarga y del recipiente al cual se esté enviando el gas

PROCESO DE REFRIGERACION La refrigeración del gas se usa principalmente en la etapa de regasificación y obtener el GNL que consiste en un control adecuado de punto de roció a etapas de condensación y puntos de burbuja podemos encontrar dos tipos de refrigeración q son: la refrigeración mecánica está basada en dos procesos, el de compresión y condensación, donde se tiene además la trasformación del GAS a un fluido comprensivo en la refrigeración por absorción se tiene 3 procesos REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN 

PROCESO DE LYNDE : En este proceso se realiza la condensación de hidrocarburos mediante un proceso de expansión utilizando válvulas de Joule-Thomson por lo que se incrementa el volumen y las caídas de presión su principal aplicación esté proceso se encuentra en sistemas de regasificación por ejemplo gasoductos virtuales



PROCESO DE CLAURE : En este proceso mediante se comprime al gas natural se comprime el gas natral con objeto de reducir la caída de presión para luego poder

pasar a un sistema de criogenización donde el principal objeto es reducir la temperatura del Gas Natural 

PROCESO DE PHILLPS : Este proceso se utiliza en la planta de turbo expansión donde tiene grandes volúmenes de gas proceso por lo que expande el Gas reduciendo las caídas de presión para el control adecuado de todo acido de refrigeración.

CICLO DE REFRIGERACION Este ciclo se caracteriza debido a que el gas al expandirse también a criogenizarse. Por lo que identifica 4 etapas en este ciclo que son: 

EVAPORACION: En este ciclo para la refrigeración se utiliza refrigerante que se encuentra en estado líquido por lo que el GAS se evapora debido a un enfriamiento súbito de la corriente de condesado donde los evaporadores y de forma recalentada para la siguiente etapa.



COMPRECION: En esta etapa el gas incrementa su presión debido a la expansión del liquido por lo que él compresor añade trabajo al evaporado .y extrae todos aquellos vapores que no tienen capacidad de enfriamiento y los comprime de esta manera



CONDESACION: En eta etapa del condensador elimina el calor del refrigerante generando un intercambio de calor por medio de un ventilador. aire de la atmosfera se libera a un menor temperatura que el líquido que se encuentra dentro del condensador saturándose de esta manera vapores y pasando al estado liquido



EXPANSIÓN: La expansión atreves del proceso de refrigeración se genera debido a que el líquido se expande con el condensador eliminando el líquido del refrigerante debido o que el líquido se encuentra líquido refrigerante por lo que el aire se encuentra a una misma temperatura de vapores

6.5 PROCESO DE REFRIGERACION CON OTROS EQUIPOS Refrigeración magnética En los últimos años se han hecho fuertes investigaciones alrededor de la refrigeración magnética la cual, en vez de utilizar refrigerantes que dañen la capa de ozono y compresores que consumen energía, utilizan agua y metales. El sistema de enfriamiento funciona por medio de imanes que operan a temperatura ambiente y se muestra en la figura (1.2). Se ha demostrado que el metal de gadolinio se calienta al ser expuesto a un campo magnético y al retirarlo se enfría. El diseño consiste en un disco que contiene segmentos de polvo de gadolinio y un imán permanente. El disco pasa por una abertura en el imán donde se concentra el campo magnético. Por efecto magneto-calórico, el gadolinio se calienta al entrar al campo magnético; este calor se retira con agua. Al salir del campo, el material se enfría como resultado del mismo efecto magneto-calórico. Una segunda corriente de agua es enfriada y posteriormente circulada por los serpentines de un refrigerador. Karl A. Gshneider y Carl B. Zimm construyeron una unidad de refrigeración magnética pero losimanes que utilizaba eran superconductores suministrados por energía eléctrica, por lo que era impráctico para usos domésticos. Las investigaciones posteriores sustituyeron el superconductor con un imán permanente lo que redujo considerablemente el tamaño del equipo.

Refrigerador por absorción El nombre de refrigeración por absorción se usa por tradición pero no es el correcto, ya que se debiera llamar refrigeración por disolución. Se basa en las propiedades de las soluciones binarias. A diferencia de las sustancias puras, las soluciones tienen la propiedad de disolver el vapor de una composición con el líquido de otra composición distinta. En el diagrama

temperatura-concentración que vemos a continuación (ver fig. 1.3), donde se grafica la temperatura y la fracción molar, observamos que a una temperatura determinada coexisten vapor más rico en el componente más volátil con líquido rico en el componente menos volátil. El ciclo de refrigeración por absorción es un caso particular de los sistemas a sorción en donde participan por lo general dos fases, sea, entre un liquido y un vapor o entre un sólido y un vapor.

De todos los ciclos termodinámicos disponibles para la producción de frío los sistemas tritermos absorción son los más utilizados en la aplicación de energías de baja entalpía como la solar o el calor de desecho industrial, en particular los sistemas a absorción líquido-gas y sólido-gas y los de adsorción sólido-gas, tanto en funcionamiento continuo como intermitente. El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amoniaco Principio de funcionamiento de un refrigerador por absorción

Los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el Amoniaco y el agua, respectivamente. En los ciclos de absorción hablamos siempre de agente absorbente, designando así a la sustancia que absorbe los vapores, y de agente refrigerante, o agente frigorífico, a la sustancia que se evapora y da lugar a una producción frigorífica aprovechable. Serían absorbentes el agua y la solución de Bromuro de Litio, y refrigerantes el Amoniaco y el agua destilada,

en

los

respectivamente.

ciclos

de

absorción

Agua-Amoniaco

y Bromuro

de

Litio-Agua,

La principal diferencia entre la refrigeración por absorción y la de compresión de vapor es que la primera no requiere de un compresor, la energía que usa es en forma de calor, por lo que se disminuye el ruido, vibración y peso.

Éste es sustituido por un tanque de absorción en el cual se mezclan dos sustancias. Algunos gases son absorbidos por otras substancias, por ejemplo la sal de mesa absorbe agua, del mismo modo que el bromuro de litio (LiBr) y el amoniaco (NH3). Los tipos de sistemas por absorción varían por las sustancias que son absorbidas. Existen principalmente dos tipos de refrigeradores por absorción: los que usan compuestos absorbentes sólidos (Faraday) y otros en que el absorbente es líquido (Electrolux). Los sistemas de compresión y de absorción de vapor

Entre los sistemas de compresión de vapor y los sistemas de absorción existen tanto semejanzas como diferencias. La refrigeración útil se logra de la misma manera en ambos sistemas. Esto es, por la evaporación de un liquido en un evaporador, utilizando el calor latente de vaporización para obtener un efecto de enfriamiento. Ambos sistemas utilizan, asimismo, un condensador para remover calor del vapor refrigerante a una alta presión, y regresarlo a su estado líquido original. Ambos utilizan un dispositivo de control de flujo de expansión. Los sistemas difieren, sin embargo, en cuanto a los medios utilizados para recuperar el refrigerante evaporado y aumentar su presión. En primer lugar, las formas de energía utilizadas para operar el sistema, son diferentes. En el sistema de compresión de vapor se utiliza la energía mecánica para accionar el compresor. La operación del compresor mantiene la baja presión del evaporador y eleva, asimismo, la presión en el lado de alta.

En el sistema de absorción se utiliza la energía calorífica, para elevar la presión del refrigerante. La baja presión del evaporador se mantiene, mediante el uso de otra sustancia llamada absorbente. Dos componentes, el absorbedor y el generador, llenan una función semejante a la del compresor. En el sistema de absorción se utilizan a menudo componentes auxiliares como las bombas.

Una razón por la cual el sistema de absorción es popular y versátil, estriba en que opera directamente con la energía calorífica. En cualquier lugar en donde se disponga de vapor residual, agua caliente o gases de combustión, se toma con especial interés, a la refrigeración por absorción.

Propiedades de los refrigerantes  Propiedades térmicas. Las propiedades térmicas en general, permiten conocer el comportamiento de las substancias frente a los cambios de estado o bien el análisis de los diferentes factores externos que intervienen para que estos cambios se produzcan.  Presión de vapor. Para compuestos puros, el equilibrio entre las fases del refrigerante líquido y el refrigerante vapor permite la determinación de las temperaturas de evaporación y de condensación, así como de las presiones en función de estas temperaturas.  Volumen específico y densidad. El volumen específico es el valor inverso de la densidad, y ambos varían en función de la temperatura y de la presión, siendo más importante este efecto si el refrigerante se encuentra en fase vapor. Conociendo el volumen específico se puede determinar la cantidad de vapor generado por la vaporización de una cierta masa de refrigerante líquido.  Calor específico. El calor específico indica la cantidad de calor necesaria para absorberse o disiparse, para obtener la variación de un grado de temperatura de una cierta masa de una substancia. Este valor es muy importante sobre todo para el dimensionamiento de los intercambiadores de calor.  Calor latente. El calor latente indica la cantidad de calor necesaria por unidad de masa de la substancia, para efectuar una transición de un estado de agregación a otro. En el caso de los refrigerantes existen grandes variaciones de estos calores.

6.6 PROCESO TURBO-EXPANSOR Una planta expansora (que utiliza turboexpansor), produce refrigeración para condensar y recobrar líquidos de hidrocarburos contenidos en el gas natural por el más directo y eficiente medio disponible, consiste en la expansión del gas natural en un turboexpansor. Este proceso convierte la entalpia del gas en un trabajo utilizable. La expansión del gas a través del turboexpansor se comporta termodinámicamente como un proceso isentrópico, en vez de, un proceso isentálpico de expansión a través de una válvula. Sin embargo, las temperaturas resultantes con la turboexpansión son mucho más bajas la expansión a través de la válvula. Las modernas plantas turboexpansoras han reemplazado esencialmente a las plantas absorbedoras debido al bajo costo inicial, simplicidad y altos niveles de recobro. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO TURBO-EXPANSOR El gas seco de alimentación se enfría con el gas residual a la salida del deetanizador. Además, con gases de alimentación más ricos se requiere con frecuencia la refrigeración mecánica como suplemento para el enfriamiento del gas. El gas enfriado es enviado al separador de baja temperatura donde se separan los líquidos condensados, los cuales llegan a la parte central del deetenizador mediante una válvula de expansión. El flujo de vapor a la salida del separador pasa por el turboexpansor y llega a la parte superior de la columna deetanizadora. Con esta configuración el recobro de etano alcanza el 80% ó menos. Además, el separador frío se opera a bajas temperaturas para maximizar el recobro. Frecuentemente, las altas presiones y bajas temperaturas son condiciones cercanas al punto crítico del gas haciendo la operación inestable. El otro problema de este diseño es la presencia del bióxido de carbono (CO2), el cual puede solidificarse a las temperaturas de operación presente en el proceso. Los puntos de diseño críticos son a la salida del turboexpansor y el tope del demetanizador. Una alternativa al diseño convencional es el uso de dos turboexpansores donde la expansión ocurre en dos etapas. Mientras este diseño contribuye al acercamiento de las condiciones críticas en el separador de baja temperatura también hace menos posible la formación de sólidos en la columna demetanizadora

6.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS El rendimiento, medido por el COP(coeficiente de operación) es menor que en el método por compresión (entre 0,8 y 1,2 frente a 3 y 5,5 )si bien es cierto que el COP obtenido mediante compresión tiene en cuenta la energía eléctrica invertida en el compresor, que no es energía primaria en sí. En cambio en un sistema de absorción la energía utilizada para el cálculo del COP es el calor aportado al generador, que si es una energía primaria evaluable. Es por tanto que no se pueden comparar el COP de compresión y de absorción. Sin embargo en algunos casos compensa, cuando la energía proviene de una fuente calorífica más económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse.

También hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento (0,8 frente a 1,37).

Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede reutilizarse.

Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse. Los aparatos generadores por absorción son más voluminosos y requieren inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).

Este método de refrigeración está reservado casi universalmente a grandes instalaciones comerciales. Fundamenta su uso en el hecho de que algunas sustancias conocidas como absorbedores, tienen gran avidez por absorber vapores de otras, conocidas como refrigerantes, generando la disminución de presión suficiente para la evaporación del refrigerante y el consecuente enfriamiento.

6.8 COMPARACIÓN GENERAL DE TRES SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Mec. Compresión

Absorción

Magnética

Entrada de

Compresión de

Regeneración del

Motor para girar

energía

refrigerante

refrigerante

disco

Libera calor

Condensador

Condensador

Aplicación campo magnético

Diferencia

Compresor

Absorbedor y

Disco de gadolinio

generador Absorbe calor

Evaporador

Evaporador

Retirar campo magnético

Refrigerante

R-134ª

LiBr-agua Amoniaco-agua

Tabla Comparación de tres sistemas de refrigeración

Agua

7. APLICACIÓN PRACTICA: a. LICUEFACCION EL GAS NATURAL A TRAVÉS DEL PROCESO DE CRIOGENIZACIÓN IMPLEMENTANDO UN REFRIGERADOR MECANICO PARA EVITAR FORMAR HIDRATOS EN EL TREN DE FRACCIONAMIENTO Y LOGRAR UNA MAYOR PRODUCCIÓN HIDROCARBURIFERA Y RENDIMIENTO DE LA PLANTA SEPARADORA DE LÍQUIDOS GRAN CHACO. Para demostrar este proceso de revamping en la planta separadoras de liquidos Gran Chaco se realizo una simulación en Hysys, demostrando los resultados programados en Microsoft Excel. Paquete de simulación Hysys

Resultados – Microsoft Excel

c. OBTENER PROPANO LÍQUIDO MEDIANTE LA DESTILACIÓN SIMPLE DEL GAS LICUADO DE PETRÓLEO Y DAR A CONOCER SU APLICACIÓN EN LA PLANTA GRAN CHACO.  MATERIALES

 PROCESO DE LA DESTILACION SIMPLE 1.1.1 PROCESO DE LA DESTILACION FRACCIONADA.Se coloca la mezcla en un balón de vidrio. Al ser calentada, la sustancia de menor punto de ebullición se evaporará primero , luego la otra sustancia se va a evaporar también. Sin embargo, apoyarse

en

la

punta

de

la

columna

para

de

fraccionamiento, la primera sustancia se condensa

de

nuevo en el frasco, y la otra sustancia seguirá subiendo hasta encontrar el condensador. El

termómetro

sirve

para

mantener

una temperatura constante, un poco por encima del de ebullición.

Al

final

del

proceso,

el

punto

vaso

contendrá el líquido más volátil y el balón de vidrio tendrá el líquido menos volátil. Gráfico 1: Destilacion fraccionada La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de izquierda a derecha en una placa.

La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que se puede producir espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio.

 CALCULOS CALCULO DE LA DENSIDAD En el laboratorio de química de la carrera la de ingeniería de gas y petroquímica de la universidad pública de el Alto se procedió a realizar las pruebas obteniendo los siguientes resultados: a) Peso molecular de la mescla del GLP. b) La gravedad específica. c) Presión y temperatura relativa. d) El factor de compresibilidad. e) Presión del GLP. f) La densidad del GLP. Composición fisicoquímica del gas licuado de petróleo (GLP). Compuesto

Formula

Peso molecular

Fracción molar

Propano

𝐶3 𝐻8

44

0.6

Butano

𝐶4 𝐻10

58

0.4

Tabla 1: Composición química del GLP Solución: a) 𝑛

̅̅̅̅̅𝐺𝐿𝑃 = ∑ 𝑋𝑖 𝑀𝑔𝑖 𝑀𝑔 𝑖=1

Formula 1:Peso molecular promedio del GLP

̅̅̅̅̅ 𝑀𝑔𝐺𝐿𝑃 = 𝑋𝐶3𝐻8 𝑀𝑔𝐶3 𝐻8 + 𝑋𝐶4𝐻10 𝑀𝑔𝐶4𝐻10 … … … … … (1) Ecuación 1:Peso molecular promedio del GLP.

Reemplazar los valores indicados de los diferentes compuestos de la tabla 1. En la ecuación 1 ̅̅̅̅̅𝐺𝐿𝑃 = (0,6)(44) + (0,4)(58) 𝑀𝑔 ̅̅̅̅̅ 𝑀𝑔𝐺𝐿𝑃 = 49,6 [

𝑙𝑏 ] 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙

b) 𝐺. 𝐸. =

̅̅̅̅̅𝐺𝐿𝑃 𝑀𝑔 ̅̅̅̅̅ 𝑀𝑔𝑎𝑖𝑟𝑒

Formula 2: Gravedad Específica. 𝑙𝑏 Recordemos que el ̅̅̅̅̅ 𝑀𝑔𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28,976 [𝑙𝑏−𝑚𝑜𝑙]

Entonces utilizando dicho valor y los que ya hemos hallado reemplacemos en la formula (2). 𝑙𝑏 ] 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙 𝐺. 𝐸. = 𝑙𝑏 28,976 [ ] 𝑙𝑏 − 𝑚𝑜𝑙 49,6 [

𝐺. 𝐸. = 1.7 c) 𝑇𝑠𝑐 = 168 + 325𝐺𝐸 − 12.5𝐺𝐸 2 Formula 3: Temperatura pseudocrítica.

𝑃𝑠𝑐 = 677 + 15𝐺𝐸 − 37,56𝐺𝐸 2 Formula 4: Presión pseudocrítica.

Utilizando el valor de la gravedad específica podemos calcular la temperatura pseudocrítica del GLP 𝑇𝑠𝑐 = 168 + 325(1.7) − 12.5(1.7)2

𝑇𝑠𝑐 = 684.4

Utilizando el valor de la gravedad específica podemos calcular el valor de la presión pseudocrítica del GLP. 𝑃𝑠𝑐 = 677 + 15(1.7) − 37,56(1.7)2 𝑃𝑠𝑐 = 3445

d) 𝑇𝑠𝑟 =

𝑇 𝑇𝑠𝑐

Formula 5: temperatura relativa.

𝑃𝑠𝑟 =

𝑃 𝑃𝑠𝑐

Formula 6:Presión relativa.

Reemplazando los valores. 𝑇𝑠𝑟 = Reemplazando los valores.

𝑇 𝑇𝑠𝑐

𝑃𝑠𝑟 =

𝑃 𝑃𝑠𝑐

e) Nos dirigimos a la siguiente tabla y hallamos el factor de compresibilidad: f) 𝑃𝐺𝐿𝑃 𝑉𝐺𝐿𝑃 = 𝑧𝑛𝑅𝑇𝐺𝐿𝑃 Formula 7: Ecuación de estado para gases reales

De la formula (2) despejamos la 𝑃𝐺𝐿𝑃 . 𝑃𝐺𝐿𝑃 =

𝑧𝑛𝑅𝑇𝐺𝐿𝑃 𝑉𝐺𝐿𝑃

Reemplazamos todo los valores hallados: g) Utilizando la ecuación (7) Se tiene: 𝑃𝐺𝐿𝑃 𝑉𝐺𝐿𝑃 = 𝑧𝑛𝑅𝑇𝐺𝐿𝑃

Pero se sabe lo siguiente: 𝑛=

𝑚 ̅̅̅̅̅𝐺𝐿𝑃 𝑀𝑔

Formula 8: Numero de moles

𝜌=

𝑚 𝑉

Formula 9: Densidad

Reemplazando la fórmula 8 obtendremos lo siguiente: 𝑃𝐺𝐿𝑃 𝑉𝐺𝐿𝑃 = 𝑧

𝑚 𝑅𝑇 ̅̅̅̅̅𝐺𝐿𝑃 𝐺𝐿𝑃 𝑀𝑔

𝑃𝐺𝐿𝑃 ̅̅̅̅̅ 𝑀𝑔𝐺𝐿𝑃 =

𝑧𝑚𝑅𝑇𝐺𝐿𝑃 𝑉𝐺𝐿𝑃

Este último despeje realizamos una comparación con la ecuación 9 y tenemos lo siguiente: ̅̅̅̅̅𝐺𝐿𝑃 = 𝑧𝜌𝐺𝐿𝑃 𝑅𝑇𝐺𝐿𝑃 𝑃𝐺𝐿𝑃 𝑀𝑔

𝜌𝐺𝐿𝑃 = 1.1.2

𝑃𝐺𝐿𝑃 ̅̅̅̅̅ 𝑀𝑔𝐺𝐿𝑃 𝑧𝑅𝑇𝐺𝐿𝑃

Calculo de la viscosidad del GLP. 𝐸 = 𝜌𝐿 × 𝑔 × 𝑉𝑒 Formula 10: Empuje

Donde: 𝐸 : Fuerza de empuje en [N] 𝜌𝐿 : Densidad del fluido en [

𝑘𝑔⁄ 𝑚3 ]

𝑔: Constante de la gravedad en [𝑚⁄𝑠 2 ] 𝑉𝑒 : Volumen del perdigón a emplearse 𝑊 = 𝑚 ∙ 𝑔 = 𝜌𝐿 × 𝑔 × 𝑉𝑒 Formula 11: Fuerza debida a su masa.

𝑊−𝐸 =𝑚∙𝑎

𝐹𝑟 = 6 ∙ 𝜋 ∙ ŋ ∙ 𝑟 ∙ 𝑣 Formula 12: Fuerza de rozamiento planteada por Stokes

Donde: 𝐹𝑟 : Fuerza de rozamiento ŋ: Viscosidad del fluido 𝑟: Radio de la esfera. 𝑣: Velocidad de caída de la esfera. Calculo de la velocidad: 𝑚𝑔 − 𝐸 − 𝐹𝑟 = 𝑚 ∙ 𝑎 Debido a la aceleración del cuerpo, el cuerpo ganara velocidad, consecuentemente la fuerza de rozamiento 𝐹𝑟 se incrementa hasta que el sistema entre en equilibrio y la sumatoria de fuerzas sea cero, en esa condición se cumple: 𝑚𝑔 − 𝐸 = 𝐹𝑟 Antes que el sistema entre en equilibrio, el cuerpo esta con aceleración, la ecuación que rige ese movimiento es: 𝑑𝑣

𝑑𝑣

𝑚 𝑑𝑡 = 𝑚𝑔 − 𝐸 − 6 ∙ 𝜋 ∙ ŋ ∙ 𝑟 ∙ 𝑣es decir 𝑚 𝑑𝑡 = 𝑚𝑔 − 𝐸 − 𝑘𝑣 Donde F es la diferencia entre el peso y el empuje 𝐹 = 𝑚𝑔 − 𝐸, 𝑘 = 6 ∙ 𝜋 ∙ ŋ ∙ 𝑟 . Integramos la ecuación del movimiento para obtener la velocidad de la esfera en función del tiempo. 𝑣

∫ 0

𝑡 𝑑𝑣 = ∫ 𝑑𝑡 𝐹 𝑘 0 𝑚 +𝑚𝑣

Resolviendo se obtiene: 𝑣=

𝐹 𝑘𝑡 (1 − 𝑒 − ⁄𝑚 ) 𝑘

𝑟 𝐹𝑟 = 6 ∙ 𝜋 ∙ (1 + 2,4 ) ŋ ∙ 𝑟 ∙ 𝑣 𝑅

2 𝑟 2 ∙ (𝜌𝑒 + 𝜌𝐿 ) ŋ= 9 𝑣 (1 + 2,4 𝑟 ) 𝑅  RESULTADOS

d. REALIZAR UN PROCESO DE SIMULACIÓN EN HYSYS DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN MECÁNICA, Y PROGRAMAR EL RESULTADO DE SU IMPLEMENTACIÓN EN MICROSOFT EXCEL.

Proceso de simulación en hysys de acuerdo a la cromatografía de la corriente de gas obtenida en la Planta de separación de liquidos Gran Chaco.

Resultados – Microsoft Excel

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:  De acuerdo al proceso de simulación en Hysys y los resultados que se programaron en el programador Microsoft Excel podemos demostrar que la Planta de separación de liquidos Gran Chaco en la unidad de fraccionamiento producía 334.307 Toneladas métricas de licuables, volumen que representa solo el 24.6% de su capacidad instalada, considerado un porcentaje muy bajo, el cual con este proyecto de diseño y aplicación del de un refrigerador mecánico en la Planta Gran Chaco se logro un revamping a la Planta procesadora, de por lo menos hasta un 70% de su capacidad de procesamiento, con la finalidad de poder lograr una mayor producción hidrocarburifera con el máximo rendimiento de la Planta de Extracción de Licuables y la recuperación del capital y rentabilidad.  El diseño y aplicación del refrigerador mecanico logra en su totalidad enfriar la corriente de gas a la entrada del tren de fraccionamiento dando como resultado la reducción de la temperatura y mantenimiento de la presion de operación el cula ayudo a que no se pueda formar hidratos en la torre deetanizadora y la alta recuperación de licuables (GLP, isopentano y gasolisas).  La obtención del propano liquido se realizo con la finalidad de demostrar la impotancia de este gas que es el compuesto de mayor utilidad para el enfriamiento de la corriente de gas en la Planta de Sepoaracion de Liquidos Gran Chaco obteniendo a través de la cromatografía como resultado de su gravedad especifica de 1,7 .  Técnicamente se recomienda el uso del proceso de refrigeración mecánica para la implantación de la planta de extracción de líquidos, debido a su alta eficiencia, bajos requerimientos de energía y servicios adicionales, por su factibilidad técnica y alta recuperación de GLP muy rico en propano (45%).

 Se recomienda el estudio de varios procesos de refrigeración mecánica tales como: turbo expansión o ciclo externo, sustituyendo la válvula Joule- Thomson, de manera de hacer un mejor uso de la energía disponible.  El separador Twister supersónico es una tecnología innovadora para

el

acondicionamiento de gas, tanto para deshidratación como para controlar el punto de rocío de hidrocarburos, ya que permite remover agua e hidrocarburos pesados del gas natural. Además, no necesita químicos ni equipos rotatorios para su funcionamiento, ocupa poco espacio y tiene bajo peso, lo cual disminuye significativamente los costos de capital y de operación.

 9. BIBLIOGRAFIA  http://www.elpaisonline.com/index.php/component/k2/item/118394-plantasseparadoras-y-de-gnl-son-o-no-industrializacion-del-gas  https://www.textoscientificos.com/petroleo/gas-licuado-petroleo.  http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://ri.bib.udo.edu.ve/ bitstream/123456789/407/1/Tesis-IP008-S84.pdf#140  Mantenimiento adecuado de sistemas de refrigeración. http://www.engormix.com  INACAP (Instituto Nacional de Capacitación Profesional) www.inacap.cl ,www.scribd.com  CAMPBELL, J. “Gas Conditioning and Processing”. Volumen II. Campbell Petroleum Series. Norman, Oklahoma. 1978. 348 páginas.  Manual Básico de Operaciones del Simulador de Procesos.1998. 25-30 páginas.  The Institute of Petroleum. “Moderna Tecnología del Petróleo”. Editorial Reverté, S. A., Barcelona .1963. 734 páginas.



10. ANEXOS