gnl review

8/2/2019 Gnl Review

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GNLGas Natural Licuado

Preparado para:Clase de Conversión de Gas Natural

Postgrado Ingeniería QuímicaFacultad de Ingeniería

Universidad Central de Venezuela

2010

Review

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Contenido

Glosario / Abreviaturas Conceptos generales

Cadena de valor

Tratamiento

Ciclos de Refrigeración

Tecnologías de Licuefacción

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Glosario

GAS NATURAL Combustible gaseosoobtenido de fuentes o depósitos, o por vaporización de gas natural licuado, yconsiste en una mezcla compleja dehidrocarburos primariamente metano, ygeneralmente también incluye etano,propano, hidrocarburos más pesados encantidades mucho más pequeñas.Generalmente, también incluye algunosgases inertes, tales como dióxido decarbono, vapor de agua, así comocantidades muy pequeñas de otrosconstituyentes. GAS NATURAL ENTREGADO AL

CLIENTE : Mezcla de 80% a 95% demetano, 3% a 15% de etano, con cantidades

más pequeña de otros hidrocarburos y nohidrocarburos (nitrógeno, dióxido decarbono) - Más liviano que el aire (gravedadespecífica alrededor de 0,60) - Poder calorífico de 1000 Btu/pie cúbico de gas -Mercaptanos compuestos de azufreinyectados dentro del gas para odorizarlo.

Definiciones COVENIN 904 / COVENIN 3568-1

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Glosario

Gas de síntesis: Mezclas de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2)que se emplean para fabricar productos químicos. Generalmente se obtiene apartir de metano, aunque puede obtenerse a partir de metano, propano ybutano.

GLP (Gas Licuado de Petróleo) / LPG (Liquefied Petroleum Gas): Es unamezcla de hidrocarburos gaseosos a temperatura y presión ambiental,mantenida en estado líquido por aumento de presión y/o descenso detemperatura. Esta compuesto principalmente por propano, butanos y puedecontener propileno y butileno.

GPM (Galones por Mil Pies Cúbicos): Se refiere al contenido decomponentes hidrocarburos del gas natural que pudieran ser obtenidos comoproductos líquidos.

GNL (Gas Natural Licuado) / LNG (Liquefied Natural Gas): Porción dehidrocarburos livinos, predominantemente metano, se obtiene medianteproceso de enfriamiento de gas natural a -160 °C.

LGN (Líquidos del Gas Natural): Es una mezcla de hidrocarburos líquidos

obtenida del proceso de extracción del Gas Natural, compuestoprincipalmente por etano, propano, butanos, pentano y otros.

Definiciones COVENIN 904 / COVENIN 3568-1

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Abreviaturas

GLP (LPG) Gas Licuado de Petróleo (Liquefied Petroleum Gas)

GNL (LNG) Gas Natural Licuado (Liquefied Natural Gas)

GNC (CNG) Gas Natural Comprimido (Compressed Natural Gas)

LGN (NGL) Líquidos del Gas Natural (Natural Gas Liquids)

GTP Gas a Productos (Gas To Products)

GTL Gas a Líquidos (Gas To Liquids)

LSG Líquidos Sintéticos del Gas Natural

XTP X (Gas, liquids or solids) To Products

DME Dimetileter

E&P Exploración y Producción

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Contenido


Cadena de valor

Tratamiento



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Qué es el GNL?

GNL es un líquido criogénicoUn líquido criogénico es una forma líquida de cualquier elementoo compuesto que se licúa a una temperatura por debajo de -73ºC(100ºF) a presión atmosférica. Algunos líquidos criogénicoscomunes son: Nitrógeno, Oxígeno, Helio, Hidrógeno y GNL.

GNL es gas natural que ha sido enfriado y condensado a líquido

A presión atmosférica el GNL tiene una temperatura cercana a -162ºC o -260ºF GNL normalmente contiene entre 85-95% de metano. GNL es incoloro, inodoro, no corrosivo y no tóxico. La evaporación de GNL puede desplazar el oxígeno y causar sofocación Rango de inflamabilidad 5-15% vol en aire Temperatura de autoignición 540ºC

GNL = Gas Natural LicuadoLNG = Liquefied Natural Gas

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1 m3 de GNL corresponde a 615 Sm3de gas natural

Densidad aproximada: 735 kg/Sm3

Propiedades físicas

S: Estado Estándar. 15ºC, 1atm

A temperaturas por encima de -110ºCel vapor de GNL es más ligero que el

aire

El GNL es más ligero que el aguaDensidad GNL: 450 kg/m3Densidad Agua: 1000 kg/m3

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PROPIEDADES TÍPICAS DE GNL

Fórmula Química CH4 ± Metano ±85%promedio

Peso Molecular 16,04

Temperatura deEbullición

-161ºC @ 1bar

Temperatura de Auto Ignición 634 ºC

Límite inferior deInflamabilidad

6 %

Inertes ± Otrosgases

N*, CO2, H2S ± trazas*Algunos campos de gas

tienen hasta 4%

Pesados ±Hidrocarburospesados

C2H6 ± 10%;C3H8- 6%;C4H10 ± 2%

Trazas

PROPIEDADES TÍPICAS DE GAS NATURAL

Fórmula Químicatípica de gashúmedo dealimentación

CH4 ± Metano ± 83,10%molC2H6 ± Etano ± 5,95%mol

C3H8 ± Propano ± 2,90%molC4H10 ± Butanos ± 1,4%mol

C5H12 ± Pentanos ± 0,30%molC6H14 ± Hexano ± 0,56%mol

Peso Molecular 20,590

Temperatura deEbullición

-161ºC @ 1bar

Temperatura de Auto Ignición

450ºC a 634 ºC

Límite inferior deInflamabilidad

5 % a 15 %

Inertes ± Otros

gases

N2 ± Nitrógeno ± 0,16%mol*

CO2 ± Dióxido de Carbono ± 6,20%molH2S ± Sulfuro de Hidrógeno ± Trazas

Total: 100%*%molar de nitrógeno puede ser tan alto como 4%

Comparación entre las propiedades delGas Natural y GNL

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Composición del Gas Natural y GNL

Ejemplo :Data de Snohvit;Gas de Alimentación ± GNL

Composición molar

Componente Slug Catcher Planta deLicuefacción GNL

Nitrógeno 2,51 2,67 1,10

Metano 80,02 86,34 91,92

Etano 4,97 6,54 5,59

Propano 2,50 2,68 1,11

Butano 1,22 1,23 0,23

Pentano 0,58 0,35 0,04

C6+ 1,62 0,15 0

Aromáticos 0,23 0,02 0

CO2 5,20 0,005 0,005

H2S 0,0005 0 0

Agua 0,81 0 0

MEG 0,35 0 0

Total 100 100 100

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Contenido


Cadena de valor

Tratamiento



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Cadena de GNL

(Fuente: BKR 2004)

El gas natural es tratado químicamente ysecado, para separar el CO2, e l H2S y el agua, y

pasa por las siguientes etapas de enfriamiento:-Preenfriamiento-Enfriamiento-Subenfriamiento

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Diagrama de flujo simplificado de GNL

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Diagrama de Bloques -Sistema Condensado

Típico tren simple para separación ymanejo de condensado

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Diagrama de Bloques -Acondicionamiento de GasTípico tren simple o múltiple de remociónde ácido para deshidratación

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Diagrama de Bloques -

LicuefacciónTrenes múltiples de licuefacción típicos

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Diagrama de Bloques -

Energía yC

alor Turbinas de Gas con generadores devapor por recuperación de calor perdido

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Distribución de Costos para unaInstalación "Típica" de Licuefacción

Cadena de valor delGNL y el área

resaltada para costo

específico delicuefacción

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Contenido


Cadena de valor

Tratamiento



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Deb

ido a razones técnicas en el proceso de producción de GNL:-Congelamiento de equipos de proceso

-Corrosión

Debido a requerimientos de mercado:

-Poder calorífico (contenido energético)

-Índice de Wobbe (propiedad del contenido energético, comportamiento en combustión)

Límites típicos por impurezas

Agua 1 ppmv

CO2 50 ppmv

H2S 4 ppmvMercurio < 0,01 µg/Nm3

Aromáticos e Hidrocarburos pesado 1-10 ppm

Tratamiento

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Remoción de Agua

Remociónde Mercurio

Remoción de CO2

Purificación de gas de alimentación

Tratamiento

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Tratamiento

Gas deAlimentación

Gas tratado

< 50 ppm CO2

Gas deAlimentación

Gas tratado< 1 ppm H2O

Gas deAlimentación

Gas tratado< 0.020 g/Nm3 Hg

Remoción de Gases Ácidos Solvente húmedo MDEA / UCARSOL / Sulfinol

Dehydration molecular sieve

Remoción de MercurioCar bon impregnado de azufreAlumina impregnada de azufre

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Remoción de agua por adsorción

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Remoción de agua

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Remoción de Mercurio y CO2

Reacción entre Hg y sulfuro demetal (alumina) formando HgS

Remoción de Mercurioen lechos

Remoción y regeneraciónen plantas especiales

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Contenido


Cadena de valor

Tratamiento



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Ciclos de refrigeración

La licuefacción degas natural utiliza losprincipios de unrefrigerante decocina,

fundamentados en lacondensación-refrigeración,después una válvulade globo yfinalmente, laevaporación,después de que se

ha reiniciado el ciclo.

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Ciclo de refrigeración de Carnot

Carnot: Proceso posible termodinámicamente más efectivo

Eficiencia deCarnot

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Esquema de un ciclo de refrigeraciónsimple

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P, psia

H, Btu/lb

A

BC

D

Gas naturalGas natural licuado

(GNL) -160º C.25º C.

Condensados

Circuito de refrigeración

(Mezcla de refrigerantes)

Aire o Agua

A

BC

D

Esquema de un ciclo de refrigeraciónsimple

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Ciclo de refrigeración Vapor Compresión

Ciclo de refrigeración Vapor Compresión de MúltiplesEtapas

Refrigeración en Cascada Refrigeración Joule Thomson

Refrigeración Turbo Expansor


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Vapor Compresión

Evaporator (Refrigeration Load)

Condenser (Heat Rejection)

Throttle Compressor

Ejemplo:Household Refrigerator Loop


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Turboexpander

Compressor

High Pressure Low pressure


Efecto Joule ThomsonUn gas no ideal cambiará su temperatura cuandobaja la presión.

Ejemplo: Metano a baja temperatura tiene unefecto Joule Thomson significativo. Este se usapara enfriar circuitos de mezcla de refrigerante a

la temperatura de operación de la planta.

Expansión MecánicaEl trabajo mecánico es extraido de la corriente delrefrigerante para bajar su entalpía y temperatura.

Ejemplo: Turbina de fluido denso, Expansor de N2en el proceso AP-XTM de GNL

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Multiples etapas

Compressor

Compressor



Condenser (Heat Rejection)

ThrottleThrottle

ThrottleThrottle

Vapor Compresión

Ejemplo: Evaporación delpropano refrigerante a más deuna nivle de presión ± reduce elconsumo de energía.


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Refrigeración en Cascada

Throttle Compressor


Condenser

(Heat Rejection)

Condenser/Exaporator

Throttle Compressor

Ejemplo: Preenfriamiento conpropano/mezcla de refrigerantepara alcanzar las tempeturascriogénicas de refrigeración.


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Curvas deenfriamiento

gas natural/refrigerante


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Refrigerantes: Propano

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Diagrama P-H PropanoDiagrama P-H Etano

Propano(-41.95ºC / -43.94ºF)

Etano(-88.5ºC / -127.71º F)

Etileno(-103.8ºC / -155.35 ºF)

Nitrógeno(-195.8ºC /-320.44ºF)

Metano(-161.6ºC / )

Tipos de refrigerantesDiagrama P-H EtanoDiagrama P-H EtilenoDiagrama P-H Nitrógeno

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-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 100%

Duty

T e m p e r a t u r e ,

F

Sub-CoolingLiquefactionPre-Cooling

100

150

Curvas de enfriamientoCon mezcla de

refrigerante

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T e m p e r a t u r a

Calor

Tipo Ventajas Desventajas

Mezclas derefrigerantes

Sistema de compresión simple El ajuste de la composición permite balancear el

proceso Condensadores mas pequeños Menor requerimiento energético Más flexibilidad en la distribución de energía

Operación mas compleja Necesita el monitoreo del

refrigerante en línea La composición optima de la

MR puede requerir paradas de

plantaComponentes

puros Mayor aprovechamiento con compresión en

paralelo Permite una predicción exacta del

comportamiento del refrigerante continuamente

Mas equipos sistema de compresión más

complicado

T e m p e r a t u r a

Calor

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Técnicas de Licuefacción

Esto significa una reducción

en el trabajo durante elproceso de enfriamiento y unincremento en la EFICIENCIA

El principalOBJETIVO es

reducir la distanciaentre las dos curvas

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Contenido

Glosario / Abreviaturas

Conceptos generales

Cadena de valor

Tratamiento



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Proceso de un ciclo

MR SimpleProceso de Expansión N2

Ciclo Linde Simple

C3MRDMR

Proceso de Expansión N2/C

1

Cascada mezcla de fluidosPMR

Cascada optimizadaCascadaAP-XTM

Proceso de dos ciclos

Proceso de tres ciclos


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Natural gasLiquefied Natural Gas

(LNG) -160º C25º C

Condensates

Refrigerant cycle(Mixed refrigerant)

Air or water

Natural gasconditioning

SMR PRICO II cLNG

Proceso de un ciclo

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Ciclo del Proceso SMR

LNG

NGCond

FG

LNG

NGCond

FG


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Ciclo Expansión N2

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C3 MR DMR Liquefin

Air or water


(LNG) -160º C25º C

CondensatesNatural gasconditioning

Proceso de dos ciclos

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C3MR

C3 PrecoolingFeed

LNG

MixedRefrigerant

Liquefaction

MRV

LNG

cond

FG

NG

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Liquefin

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DMR

Cond

FG

LNG

NG

Pre-Cooling

With MixedRefrigerant

Liquefaction andSub-Cooling WithMixed Refrigerant

-180

-130

-80

-30

20

70

0 20 40 60 80 100

Duty %

T , D e g .

C

Dual MR Process Cycle

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Dos ciclos

Aire o AguaAir or water


(LNG) -160º C25º C

CondensatesNatural gas

conditioning

Proceso de tres ciclos

PCOP MFC APX

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CASCADA

NG

LNG

FG

Cond

Sub-Cooling

Liquefaction

Pre-Cooling

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 100%Duty

T e m p e r a t u r e ,

F

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AP-XTM

C3 Pre-CoolingFeed

Mixed Refrigerant Liquefaction

LNG

NitrogenExpander

Sub-cooling

-120C

-150C

-150C

MCR ® CryogenicHeat Exchanger

CryomachineryCompanders

LNGSub Cooler N2 Economizer Boxes

Sub-CoolingWith a

NitrogenExpander Cycle

Liquefaction with aMixed Refrigerant

CyclePre-

CoolingWithPropane

-180

-130

-80

-30

20

70

0 20 40 60 80 100Duty %

T ,

D e g .

C

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Lista de tecnologías disponibles

Licenciante Tecnología Descripción/Refrigerante

CONOCO PHILLIPS PCOP 3 ciclos con refrigerantes puros/C3,Etileno, C1

APCI

C3-MR Dos ciclos de refrigeración/C3, MR (N2+C1+C2+C3)

DMRDos ciclos con mezcla de refrigerantes/ MR (C2+C3+C4) /(C1+C2+N2)

APX Tres ciclos: C3-mezcla-N2/ C3/MR (N2+C1+C2+C3)/N2

SHELL

DMR Dos ciclos con mezcla de refrigerantes/ MR (C1+C2+C3+N2)

C3-MR Dos ciclos de refrigeración/ C3/MR (N2+C1+C2+C3)

PMRDos ciclos en paralelo + expansión ± mezcla/ C3/MR(N2+C1+C2+C3)

AXENS-IFP LIQUEFIN DMR Dos ciclos con mezclas/ MR (C1+C2+C3+C4+N2)

LINDE-STATOIL MF CASCADE 3 ciclos con mezclas/ MR (C2+C3) / (C1+C2+C3) / (N2+C1+C2)PRITCHARD BLACK &VEATCH

PRICO II 1 ciclo ± mezcla/ (N2+C1+C2+C3+iC5)

BHP BILLITON cLNG 1 ciclo con expansión de N2/N2

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(Data source; Wood Mackenzie)

Esquema de las tecnologías delicuefacción Shell

Capacidad (Mtpa)

Representación esquemática de las

opciones de proceso del portafolioShell para procesos de

Licuefacción

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Esquema simplificado del proceso ShellPMR, con un tren de extracción de LGN

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Cascada Optimizada deConocoPhillips

Proceso simple conmezcla de refrigerante

Procesos múltiples conmezcla de refrigerante

Refrigerantes: Trescomponentes puros

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Proceso de licuefacción CascadaOptimizada Phillips

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Proceso de licuefacción MFC ® (MixedFluid Cascade)

D d d d fl id d

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Desde cascada de fluido puro a cascada conmezcla de fluidos (Statoil-Linde MFC ®)

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Plantas de GNL existentes anivel mundial

Technip, Algeria

PRICO, Algeria

SMR-APCI, Libya

APCI C3MR , Nigeria

Technip, Algeria

PRICO, Algeria

SMR-APCI, Libya

APCI C3MR , Nigeria

APCI C3MR, Australia

APCI C3MR ,Brunei

APCI C3MR, Indonesia

APCI C3MR, Malaysia

APCI C3MR, Australia

APCI C3MR ,Brunei

APCI C3MR, Indonesia

APCI C3MR, Malaysia

APCI C3MR, Abu Dhabi

APCI C3MR, Qatar

APCI C3MR, Oman

APCI C3MR, Abu Dhabi

APCI C3MR, Qatar

APCI C3MR, Oman

POCP, AlaskaPOCP, Alaska

POCP, T&T POCP, T&T

APCI: 82 % POCP: 16 %

PRICO: 1 % Tealarc: 1 %

Source: Chevron

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Trenes Existentes y Proyectados de GNL

Source: APCI

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Comparación de la Eficiencia delos procesos

LNG PRODUCTION PER UNIT POWER

AP-Xtm DMR CASCADE SMR N2

100 100

90

80

70

C3MR

100

AP-XTM

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Gracias por su atención

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