Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular
para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politcnica de la
Fuerza Armada (UNEFA) Extensin Zaraza
Profesor: Mendoza, Luis
Participantes: Lima, Margrelia
Seccin: 1 (Normal) Eumelys ING DE GAS Leonardo
Padrino,
Rondn,
Torrealba, Elizabeth
Zaraza Abril de 2011 ndice Pg. Introduccin.. Gas Natural
Licuado
GNL4 Licuefaccin.. .4 El proceso de licuacin en una
planta...6
Pre-tratamiento gas7 Ciclos frigorficos....8 Las etapas del
del
ciclo
frigorfico..10 Los diferentes refrigerantes usados en el proceso
de
enfriamiento....11 Circuito en cascada de tres
etapas...12 Proceso de enfriamiento del
Gas..13 Almacenamiento GNL..15 Transporte GNL...16 del del
Regasificacin GNL.17
del
Conclusin.... ...21 Bibliografa... 23
Introduccin La licuefaccin de gases incluye una serie de fases
utilizada para convertir un gas en estado lquido. Los procesos se
utilizan para fines cientficos, industriales y comerciales. Muchos
de los gases se pueden poner en estado lquido a presin atmosfrica
normal por simple refrigeracin y otros como el dixido de carbono,
requieren presurizacin. La licuefaccin de los gases es un proceso
complicado que utiliza diferentes compresiones y expansiones para
lograr altas
presiones y temperaturas muy bajas, utilizando por ejemplo
turboexpansores. Este proceso logr mejorar la eficiencia y bajar
los costos de la produccin de aire lquido, gracias a su importancia
en la produccin de oxgeno, nitrgeno y otros gases. Cabe destacar
que los encendedores y las garrafas, entre otros artculos
utilizados en la vida cotidiana, contienen gas lquido que fue
obtenido gracias a la licuacin El gas alimentado a la planta de
licuefaccin viene de los campos de produccin. Los contaminantes que
se encuentran en el gas natural se extraen para evitar que se
congelen y daen el equipo cuando el gas es enfriado a la
temperatura del LNG (161C) y para cumplir con las especificaciones
tcnicas del gasoducto en el punto de entrega.
Gas Natural Licuado GNL
El gas natural licuado (GNL) es el gas natural que ha sido
procesado para ser transportado en forma lquida o para ser
almacenado nuevamente. cmo reserva para luego ser vaporizado
Es la mejor alternativa para abaratar costos en sitios
apartados, donde no es econmico llevar el gas al mercado por
gasoducto.
El gas natural es transportado como lquido a presin atmosfrica y
a -161 C donde la licuefaccin reduce en 632 veces el volumen de gas
transportado. Hoy en dia las operaciones de GNL estn amplindose
rpidamente en todo el mundo, y cada vez hay ms plantas en
construccin o en vas de desarrollo.
Actualmente se consumen 104 millones de toneladas anuales de GNL
en el mundo. Las proyecciones varan pero se espera para 2010 que la
produccin se pueda duplicar.
Licuefaccin Cuando se extrae el gas natural de los yacimientos
subterrneos, a menudo contiene otros materiales y componentes que
deben ser eliminados antes de que pueda ser licuado para su
uso:
Helio por su valor econmico y por los problemas que podra
producir durante el licuado;
Azufre, corrosivo a equipos, dixido de carbono que se solidifica
en las condiciones de licuefaccin, y mercurio, que puede
depositarse en instrumentos y falsificar las mediciones;
Agua, que al enfriar el gas se congelara formando hielo o bien
hidratos que provocaran bloqueos en el equipo si no se
eliminaran;
Hidrocarburos pesados, llamados condensado, que pueden
congelarse al igual que el agua y producir bloqueos del equipo y
problemas en la combustin del gas.
El GNL producido debe ser usado en procesos de combustin y por
lo tanto hay que extraer algunos hidrocarburos para controlar su
poder calorfico y el ndice de Wobbe. Dependiendo del mercado final,
la remocin de etano, propano y otros hidrocarburos debe estar
controlada mediante una unidad de remocin de lquidos que puede
estar integrada en el proceso de licuefaccin.
El proceso de licuacin en una planta puede resumirse de la
siguiente manera:
1) Etapa de extraccin de CO2: Para evitar que se generen
productos slidos con la reduccin de la temperatura, se realiza la
purificacin del gas por adsorcin del dixido de carbono y el agua
existentes en el mismo, por medio de la aplicacin de una corriente
inversa de solucin de mono-etanol-amina (MEA)
2) Etapa de deshidratacin y filtrado: Se le extrae la humedad al
gas hasta lograr valores menores a 1 ppm. Luego se realiza un
filtrado para extraer trazas de mercurio y partculas slidas, y
adems se produce la separacin de los hidrocarburos pesados por
condensacin parcial.
3) Etapa de licuacin y almacenamiento:
Se produce el enfriamiento necesario para su licuacin. El GNL
producido se enva al tanque de almacenamiento, el cual lo mantiene
a su temperatura de licuacin, operando a una presin de 20 a 70
mbar. El GNL es almacenado en tanques de paredes dobles a presin
atmosfrica, que ms bien es un tanque dentro de otro. El espacio
anular entre las dos paredes del tanque est cubierto con un
aislante. El tanque interno en contacto con el GNL, est fabricado
con materiales especializados para el servicio criognico y la carga
estructural creada por el propio peso del GNL.
Pre-tratamiento del gas El gas natural que se extrae de los
yacimientos contiene diversas sustancias disueltas que pueden ser
perjudiciales en el curso de su transporte, proceso o utilizacin
final; tambin ocurre que algunas de estas sustancias pueden tener
un valor econmico ms alto si se venden por separado. En principio,
una buena parte de los hidrocarburos lquidos asociados al gas
natural se separan en la plataforma de produccin y se almacenan y
transportan de manera independiente; asimismo, en la zona de
produccin el gas se acondiciona para su transporte por gasoducto en
fase gaseosa a alta presin (70 a 150 bar) y temperatura ambiente,
eliminando agua, gases cidos e inertes as como comprimindolo en
caso necesario.
Puede hablarse entonces de dos etapas de pre-tratamiento: una en
las cercanas del pozo y otra a la entrada de la planta de
licuacin.
Las condiciones del gas en la planta de licuacin van a ser
diferentes a las de produccin y transporte, ya que los equipos y
materiales que se van a utilizar son mucho ms sensibles a algunas
impurezas. En primer lugar, el agua que satura la corriente de gas
a su llegada a la planta puede congelarse provocando obturaciones
en varias partes de la misma; adems las bajas temperaturas
favorecen la formacin de hidratos al aumentar la condensacin de
vapor de agua (los hidratos se destruyen a presin atmosfrica, pero
en las plantas de GNL a presin ha de mantenerse elevada hasta el
final del proceso). Por ello el punto de roco que se considera
admisible en gasoductos no vale como criterio de diseo en plantas
de GNL: en stas normalmente se requiere un punto de roco de -50C
para el gas que entra en la zona de refrigeracin.
Ciclos frigorficos
Es sabido que si se aporta calor a una sustancia su temperatura
aumenta. Este principio tiene una excepcin en los puntos en los que
se produce un cambio de estado. A la temperatura de ebullicin (o a
la de fusin) el proceso de calentamiento se estanca y aunque
sigamos aportando calor la temperatura no sube hasta pasado un
tiempo. El calor aportado en ese espacio de tiempo se llama calor
latente de ebullicin (o de fusin) y representa la energa necesaria
para cambiar la disposicin de las molculas, rompiendo la cohesin
previa, cuando pasa de lquido a vapor (o de slido a lquido). Para
dar una idea de la importancia del calor latente diremos que para
transformar 1 m de GNL a gas a -161C y presin atmosfrica
necesitamos 50 millones de caloras (es decir, si se aportan 50
millones de caloras a 1m de GNL que se encuentra a -161C, lo que se
obtiene finalmente es esa misma masa de gas natural en fase gaseosa
a -161C), mientras que para aumentar 100C la temperatura de esa
masa de gas solamente necesito 20 millones de caloras.3 3
Resumiendo, hay tres conceptos directores del proceso de
licuacin, que son los siguientes: 1) A la temperatura de ebullicin
(o a la de fusin) el proceso de calentamiento se estanca y aunque
se siga aportando calor la temperatura no sube hasta pasado un
tiempo 2) El cambio de fase lquido-vapor de un fluido se produce de
distinta manera dependiendo de las condiciones de presin
3) El efecto Joule-Thomson: la temperatura de un as a presin
disminuye sensiblemente al expandirlo a travs de una vlvula
reguladora. Estos son los principios termodinmicos que se
aprovechan en los ciclos frigorficos de evaporacin/condensacin, ya
sea en frigorficos domsticos o plantas de licuacin, con la nica
diferencia del tamao de los equipos.
Las etapas del ciclo frigorfico son:
1) Compresin: aumento de la presin del gas refrigerante (que se
encuentra en su totalidad en fase gas, a baja presin y a la
temperatura del foco fro), en un compresor. En esta fase, que es la
que mueve todo el ciclo, el trabajo mecnico se transforma en
aumentar la energa interna del fluido refrigerante (presin y
temperatura) 2) Condensacin: enfriamiento y condensacin del gas a
alta presin, por medio de ventiladores (si el foco caliente es la
atmsfera) o intercambiadores (si el foco caliente es otro fluido).
Esto es posible porque la temperatura a la salida del compresor es
mayor que la del foco caliente. En esta fase el refrigerante cede
calor al exterior, especialmente durante la transformacin de gas a
lquido (el calor latente del cambio de fase) 3) Expansin:
disminucin de la presin del ahora lquidorefrigerante, en una vlvula
laminadora (la cual se sita a la
entrada del vaporizador para que el proceso sea lo ms adiabtico
posible). Al bajar la presin baja la temperatura y, de acuerdo con
el diagrama de Mollier, el nuevo punto de equilibrio se establece
en un punto en el que una parte del lquido se ha vaporizado (la
temperatura tambin disminuye pero en mucha menor proporcin) 4)
Vaporizacin: la vaporizacin del refrigerante contina en el foco fro
hasta que toda su masa pase a estado gaseoso. La expansin de la
etapa anterior o mejor dicho, la relacin de compresin inicial se
calcula para que la temperatura final del refrigerante resulte
inferior a la del producto o ambiente que se quiere enfriar en el
foco fro, por lo que el producto o ambiente a enfriar cede calor al
refrigerante en el intercambiador (cambio de fase a temperatura
constante).
Los diferentes refrigerantes usados en el proceso de
enfriamiento El enfriamiento del gas natural se consigue utilizando
diferentes ciclos de enfriamiento. Podemos hablar por ejemplo
del uso de refrigerantes gaseosos utilizados en intercambiadores
de calor como medio para enfriar el gas natural, y del el mtodo de
tres ciclos de enfriamiento en cascada. En tales cascadas, la
refrigeracin puede ser proporcionada por metano, etileno y propano
en secuencia. Otro sistema conocido usa gases de hidrocarburos como
propano, etano y metano en un nico ciclo y un ciclo de refrigeracin
de propano separado para proporcionar enfriamiento de la mezcla de
refrigerante y gas natural. El uso de hidrocarburos como
refrigerantes es peligroso especialmente en ambientes confinados.
Un mtodo alternativo es el desvelado por la US Patent 6023942, que
propone el uso de dixido de carbono como refrigerante. Este mtodo
puede utilizarse en tierra pero presenta problemas en plataformas
marinas. Ya que depende de un proceso de expansin en bucle abierto
como medio principal para enfriar el chorro de GNL. Los procesos de
expansin como este no permiten se alcancen temperaturas lo
suficientemente bajas y por ello el GNL tiene que mantenerse a muy
altas presiones para mantenerlo en forma de lquido. Por motivos
de
seguridad y econmicos estas altas presiones no son apropiadas
para ambientes industriales
Un mtodo alternativo es la utilizacin de procesos basados en el
ciclo del nitrgeno (ver US Patent 6631626), pero tiene la
desventaja significativa de una eficiencia trmica mucho ms baja que
en un sistema basado en hidrocarburos. Asimismo, ya que el nitrgeno
tiene una baja transferencia de calor, se requiere una gran rea de
transferencia de calor para disipar el calor residual del proceso
en un medio de enfriamiento. Hay que indicar tambin que en
cualquier proceso de licuefaccin de chorros de GNL la presencia de
nitrgeno es problemtica debido a la solubilidad de estos
componentes en el GNL presurizado. La US Patent 7386996 utiliza
recientemente un nuevo proceso basado en dixido de carbono como
refrigerante pero con un circuito de pre-enfriamiento proporcionado
con una disposicin en cascada con el circuito de enfriamiento
principal.
Este ciclo evita el peligro de los hidrocarburos en el circuito
de refrigeracin principal, a la vez que reduce sensiblemente el
consumo energtico. Como indicbamos anteriormente, en una disposicin
en cascada, el circuito de enfriamiento se lleva a cabo por una
serie de ciclos de refrigeracin que estn tpicamente en forma de
sistema de bucle cerrado. La
disposicin es tal que el chorro de gas pasa a travs de una serie
de intercambiadores de calor interrelacionados que estn dispuestos
de forma que al menos un chorro de refrigerante pasa a travs de una
pluralidad de intercambiadores de calor en secuencia.
Circuito en cascada de tres etapas La US Patent Application
20080006053 desvela un mtodo para licuefaccin de gases ricos en
hidrocarburos. En este proceso el gas fluye a travs de una cascada
de tres etapas de refrigeracin, cada etapa comprendiendo un
circuito de
refrigeracin y un compresor, donde al menos parte del flujo
de
refrigerante del segundo circuito se usa para el
pre-enfriamiento del gas rico en hidrocarburos en la primera etapa
de
refrigeracin. De esta forma se equilibra la carga en cada
compresor. Estandarizando las unidades de impulsin y los
compresores de los tres circuitos de refrigerante, es posible
maximizar la capacidad de licuefaccin del proceso usando unidades
de transmisin y compresores probados. Este mtodo puede aplicarse a
cascadas de refrigerantes mixtos y circuitos con pre-enfriamiento
de dixido de carbono.
Proceso de enfriamiento del Gas Para convertir el gas natural en
lquido, se enfra el gas tratado hasta aproximadamente -161 C, que
es la temperatura a la cual el metano su componente principal se
convierte a forma lquida. El proceso de licuefaccin es similar al
de refrigeracin comn: se comprimen los gases refrigerantes por
intermedio de un compresor, estos gases ingresan a una torre
llamada caja fria en forma gaseosa y liquida por distintas caerias
y en los intercambiadores que posee sta caja fria los gases se
convierten
en lquidos fros, tales como propano, etano etileno, metano,
nitrgeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan a medida que
intercambian calor con una corriente independiente de gas natural
que es el que va a ser licuado al llegar a los -161 C.
De este modo, el gas natural se enfra hasta el punto en que se
convierte en lquido. Una vez que el gas ha sido licuado se almacena
a presin atmosfrica.
El diseo de estas plantas est gobernado por normas estrictas, en
la industria de GNL hay cuatro diseadores de plantas que se usan
industrialmente: proceso con
intercambiados de tubos en espiral de Air Products (APCI y APX),
la cascada optimizada de Phillips, el triple ciclo refrigerante de
Linde y el proceso de caja fra con mezcla refrigerante de Black and
Veatch (PRICO).
Todos estos procesos son usados en la industria y competencias
de diseo son realizadas para seleccionar el
proceso que va a generar el proyecto ms rentable a lo largo de
toda su vida til.
Almacenamiento del GNL El GNL se almacena a -161 C y a presin
atmosfrica en tanques criognicos especiales para baja temperatura.
El tpico tanque de GNL tiene doble pared: una pared externa de
hormign armado, recubierto con acero al carbono, y una pared
interna de acero niquelado al 9%. La seguridad y la resistencia son
las consideraciones de diseo primarias al construir estos
tanques, los cuales se disean para soportar terremotos y fuertes
vientos.
Las funciones que debe cumplir un tanque de almacenamiento son:
Retencin del lquido Estanqueidad del gas Aislamiento trmico
Seguridad del entorno
La permanencia media del GNL en los tanques vara desde das en
las terminales europeas y americanas hasta un mes en las terminales
japonesas.
La funcin de retencin requiere una estructura capaz de soportar
la carga hidrosttica del lquido, densidad prxima a 0,5 Kg/m , y
adems soportar las bajsimas temperaturas . Para asegurar la
resistencia estructural al peso del lquido, se realiza una prueba
hidrulica con agua. La estanqueidad del gas se garantiza con una
prueba de estanqueidad con N2. Los hormigones, que son ms porosos
que el acero, llevan una capa metlica como barrera de vapor. El
aislamiento trmico se consigue con aislantes como perlita, foamglas
y fibra de vidrio. La seguridad se garantiza con condiciones muy
estrictas en el diseo del tanque, las cuales consideran el efecto
ssmico, el impacto de proyectiles y el incendio.3 15
Adems,
el
almacenamiento
debe
regular
las
discontinuidades de la carga / descarga de buques, permitiendo
un tasa estable de produccin.
Transporte del GNL El GNL se transporta a presin atmosfrica en
buques especialmente construidos con casco doble. El sistema de
contencin de carga se disea y construye utilizando materiales
especiales para el aislamiento y tanque, para asegurar el
transporte seguro de esta carga criognica. El GNL en los tanques de
carga del buque se mantiene a su temperatura de saturacin (-161 C)
a lo largo de toda la navegacin, pero se permite que una pequea
cantidad de vapor se disipe por ebullicin, en un proceso que se
denomina "autorrefrigeracin". El gas evaporado se utiliza para
impulsar los motores del buque. Aproximadamente 40% de los buques
de GNL actualmente en servicio cuentan con sistemas de contencin de
carga del tipo de membrana, de modo que tienen un aspecto muy
similar al de otros cargueros. El resto de los buques tienen un
sistema de contencin de carga ms particular, que incluye cuatro o
ms tanques esfricos grandes. Ambos tipos de sistema de
contencin poseen antecedentes de operacin extremadamente seguros
y confiables.
Regasificacin del GNL Una vez que el buque-tanque de GNL llega a
la terminal de regasificacin en la zona de mercado, el GNL es
bombeado desde el barco hasta los tanques de almacenamiento. Los
tanques de GNL son similares a los utilizados en la terminal de
licuefaccin.
Luego, el GNL vuelve a su estado gaseoso original. Para ello, se
bombea desde los tanques de almacenamiento y se calienta con
vaporizadores que son unas piletas llenas de agua la cual recibe
calor por intermedio de tres quemadores, a su vez, se hace circular
el GNL por una serpentina que est sumergida en la pileta antes
mencionada. Gracias a ste proceso el GNL es vaporizado e inyectado
al gasoducto. Puede decirse que las dos partes principales de una
planta de regasificacin son los tanques de almacenamiento de GNL y
el muelle de atraque para los buques metaneros.
El resto de la planta puede dividirse en los siguientes grupos:
Sistemas de captacin y descarga de agua de mar Equipos principales
(regasificadores, relicuador) Tuberas Servicios auxiliares
Edificios
Una planta de estas caractersticas tiene como misin la recepcin
del gas natural licuado, que llega en los buques metaneros, y
despus de un perodo de almacenamiento, transformarlo a gas para
inyectarlo a presin en las redes de transporte. Asimismo, despus de
almacenarlo en los tanques, el GNL tambin pude enviarse, mediante
camiones cisterna, a plantas satlite. Las funciones que debe
asegurar un Terminal de regasificacin son: Descarga.
Por medio de brazos de descarga criognicos, se hace la
transferencia a los tanques, utilizando las bombas de los
metaneros. Almacenamiento. El GNL recibido se almacena durante
varios das en tanques especiales diseados para condiciones
criognicas. El bombeo. Desde los tanques hasta el relicuador o
hasta la estacin de carga de camiones lo realizan las denominadas
bombas primarias, que se encuentran sumergidas en los tanques de
almacenamiento. Desde el relicuador hasta la red de gas previo paso
por los vaporizadores- lo realizan las bombas secundarias o de alta
presin. Regasificacin. El GNL lquido es calentado bajo presin en
los
vaporizadores y transformado en gas a la presin de emisin.
Medida.
El gas se mide a la salida de la planta mediante contadores de
turbina y se regula la presin de emisin. Odorizacin. Las
vaporizaciones que se producen en la planta (tuberas, brazos de
descarga, tanques y equipos) son utilizadas, durante la descarga
para devolver gas al barco y se recuperan mediante compresores,
inyectndolos en el relicuador para su posterior vaporizacin.
conclusion Cuando se extrae el gas natural de los yacimientos
subterrneos, a menudo contiene otros componentes que deben ser
eliminados antes de que pueda ser licuado para su uso: Azufre,
mercurio hidrocarburos pesados, especialmente benzeno, y dixido de
carbono que puede congelarse y producir bloqueos en el equipo de
licuefaccin . El proceso de licuefaccin es similar al de
refrigeracin comn: se comprimen los gases refrigerantes por
intermedio de un compresor, estos gases ingresan a una torre
llamada caja fria en forma gaseosa y liquida por distintas caerias
y en los
intercambiadores que posee sta caja fria los gases se convierten
en lquidos fros, tales como propano, etano etileno, metano,
nitrgeno o mezclas de ellos, que luego se evaporan a medida que
intercambian calor con una corriente independiente de gas natural
que es el que va a ser licuado al llegar a los -161 C. De este
modo, el gas natural se enfra hasta el punto en que se convierte en
lquido. Una vez que el gas ha sido licuado se almacena a presin
atmosfrica. El diseo de estas plantas est gobernado por normas
estrictas, en la industria de GNL hay cuatro diseadores de plantas
que se usan industrialmente: proceso con
intercambiados de tubos en espiral de Air Products (APCI y APX),
la cascada optimizada de Phillips, el triple ciclo refrigerante de
Linde y el proceso de caja fra con mezcla refrigerante de Black and
Veatch (PRICO). Todos estos procesos son usados en la industria y
competencias de diseo son realizadas para seleccionar el
proceso que va a generar el proyecto ms rentable a lo largo de
toda su vida til.
Bibliografa
http://todoproductividad.blogspot.com/2009/07/sobrelas-ultimas-tecnologias-de.html
http://www.imiq.org/documentos/4102007103044.pdf
http://koweindl.com.ar/kya_articulos/introduccion_al_gas_
natural_licuado.pdf http://www.iae.org.ar/archivos/educ_gnl.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_del_gas_natural_licua do
http://definicion.de/licuacion/
