Planta de Gas Natural Licuado

Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Química

Curso: Introducción a la Simulación de Procesos con HysysIQ. Héctor Javier Martínez Grimaldo

Planta de gas natural licuado

Problema

Una corriente de gas natural proveniente de un gasoducto es alimentada a una planta de gas natural licuado, para su transporte en un buque metanero con una capacidad de 266,000 m3

de gas natural licuado (GNL), el esquema se muestra en la Figura 1. Las condiciones de alimentación de la planta son las siguientes

Tabla 1. Condiciones de alimentación a planta de

pretratamientoTemperatura (°C) 38Presión (bar) 42Flujo másico (kg/h) 386,700

Composición molarMetano 0.812458Etano 0.080503Propano 0.021190Iso-butano 0.003268n-butano 0.005149Iso-Pentano 0.000891n-pentano 0.001089n-hexano 0.001287H2O 0.000989N2 0.068224CO2 0.004951He 0.000001

El propósito de la planta de GNL es llevar a dicho gas a la temperatura de -256 °F (-160°C) y 1 atm de presión (condiciones de ebullición del metano, ya que comúnmente el gas natural tiene una composición mayor del 70% de metano). Durante el proceso se disminuye el volumen del gas natural a 600 veces debido a la licuefacción, esto permite el transporte por vía marítima con un menor volumen.

Debido a la baja temperatura en la que se lleva a cabo la licuefacción del gas natural, es necesario eliminar el H2O y CO2 antes de ingresar a la planta de licuefacción, ya que estos compuestos se congelan y pueden producir hidratos de carbono que se depositan en las tuberías y equipos.



Figura 1. Esquema de carga y transporte de gas natural licuado1

Se desea simular la planta de pretratamiento de gas natural y la planta GNL, en la Figura 2 se muestra el diagrama principal de procesos, en donde se muestran dos sub-diagramas, uno para cada planta.

1 Kidnay A. J., Parrish W. R., “Fundamentals of natural gas processing”, Mechanical Engineering a Series of Textbooks and References Books, Faulkner L. L. (ed.),CRC Taylor & Francis, ,USA, 2006, pp. 268.



Figure 2. Diagrama de proceso principal

Como primera aproximación la planta de tratamiento de gas natural se modela como se muestra en la Figura 3, donde las operaciones P-CO2, P-H2O y P-N2 son los procesos de remoción de CO2, H2O y N2 respectivamente. Estas plantas tienen que seguir las siguientes especificaciones para la corriente de entrada de la planta de GNL:

Tabla 2. Especificación en la corriente de alimentación a la planta de licuefacción de gas

naturalImpureza Especificación

CO2 < 50 ppmvH2O < 0.1 ppmvN2 < 1%mol

Figura 3. Sub-diagrama de proceso para pretratamiento de gas

La planta de GNL se simulara para varios casos:

1. Ciclo de refrigeración de Linde simple (Figura 4)2. Ciclo de refrigeración de Linde simple con integración térmica (Figura 5)



3. Ciclo de refrigeración de Linde de doble etapa de compresión (Figura 6)4. Proceso en cascada simple con 3 refrigerantes en ciclo de Linde simple (Figura 7)5. Proceso en cascada en doble etapa con 2 refrigerantes, ciclo de propano con dos etapas

de compresión y ciclo de etano de 3 etapas de compresión.

¿Qué proceso tiene el mínimo consumo de energía en los compresores?

Figura 4. Caso 1: Sub-diagrama de procesos para planta de gas natural licuado.






Información adicional

Modelo termodinámico: Peng-Robinson

Caída de presión en los intercambiadores: ΔP=0 ¿̄

Plantas de pretratamiento:

Tabla 3. Especificaciones para las plantas de pretratamientoCorriente Temperatura (°C) Presión (bar)

A deshidratación 38 41.5Residuo CO2 20 1A remoción de N2 25 56.17Residuo H2O 20 1A planta GNL 25 56.17



Residuo N2 20 1

Planta de GNL (Caso 1):

Tabla 4. Especificaciones para la planta de GNL (ciclo de Linde simple)

Corriente Temperatura Presión2 -100°F3 1atm6 50°F7 56.17bar8 25°C

Planta de GNL (Caso 2): No hay especificaciones adicionales para corrientes. Para el intercambiador de calor E-103

1. Modelo : Weighted2. Corrientes en tubos: 1 y 23. Corrientes en coraza: 5 y 5a


Tabla 5. Especificaciones para la planta de GNL (ciclo de Linde simple de alta presión con doble expansión de

gas)Corriente Temperatura Presión

10 -100°C11 8.5bar3 1atm

13 50°C6 50°C7 8.5bar8 50°C9 56.17bar

16 25°C




1. Refrigerantes: Propano, etano y metano.

Planta de GNL (Caso 5)

1. Refrigerantes: Propano y etano

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