Licuefaccion de Gas Natural

El desarrollo de la Industria del Gas Natural esta limitado por las dificultades en el transporte del Gas Natural. Muchas fuentes de Gas Natural están localizadas en áreas remotas, a grandes distancias de los mercados comerciales los que los hacen difíciles su producción y extracción.

El Gas Natural debe previamente ser sometido a diversos procesos-antes del transporte- luego estos son transportados por ductos como gas comprimido o como gas licuado. Otro medio de transporte del Gas Natural-En estado Liquido- es por medio de Buques Metaneros. Ademas se puede transformar el gas en Energía Eléctrica.

El TRANSPORTE POR DUCTOS:

Tal vez sea la solución mas simple, pero requiere la instalación de red de ductos conectando los puntos de producción con los puntos de recepción ello implica el transporte y el sistema de distribución.

EL transporte por buques metaneros es la practica normal después  de haberse licuado el gas-El gas se transforma a Liquido bajo ciertas condiciones de presión y temperatura-. La Licuación del Gas permite una significativa reducción de volumen de aproximadamente de 600 veces, lo que hace el transporte eficiente. Para producir el GAS LICUADO se utiliza el PROCESO DE LICUACIÓN.

El transporte del metano por buques requiere la licuefaccion del Gas Natural, el cual es transportado en fase liquida a presión atmosférica a aproximadamente a una temperatura de -160°C. El transporte por buque de gas natural presurizado es limitado por razones de costos y seguridad.

Las fracciones liquidas pueden ser transportadas en la forma de GLP, si consisten básicamente de C3 y C4 o pueden ser mezcladas con el crudo para una fraccion C5+ separada de un gas asociado. Es posible transformar el Gas Natural químicamente en un producto liquido a condiciones del ambiente, tales como Metano, gasolina o diesel.

CONVERSIÓN ELÉCTRICA:

Es también posible convertir el calor de combustión del Gas Natural en energía eléctrica-las centrales térmicas-.  En ausencia de un fraccionamiento , el transporte por ductos es posible en dos fases -gas y líquidos  o como un fluido supercritico, a mayores presiones que el criconderbar , eliminando así cualquier riesgo de condensación.

LICUACIÓN DEL GAS NATURAL:

La licuación de los gases es parte importante de la refrigeración  Muchos procesos a temperaturas criogenicas (temperaturas bajo -100°C) depende de la liquefaccion de los gases. A temperaturas sobre el punto critico, una sustancia existe solo en fase gaseosa. Las temperaturas criticas del Helio, Hidrógeno y Nitrogeno (tres gases licuefactibles usados comúnmente  son -268, -240 y -147°C. Por lo tanto, ninguna de estas sustancias existirá en forma liquida a condiciones atmosféricas  Ademas, bajas temperaturas de estas magnitudes no pueden ser obtenidas con técnicas de refrigeración ordinarias. Las Técnicas que pueden ser usadas son: Sistema de Refrigeración en Cascada, Sistema con Refrigerante Mixto, etc. 

El proceso de liquefaccion generalmente comprende una zona criogenicas con uno o mas ciclos de refrigeración en donde el gas natural es enfriado en una o mas etapas desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de condensación del Gas Natural o algo menor. Esta temperatura es normalmente alrededor de -160·C.

Los sistemas de refrigeración generalmente hacen uso de fluidos refrigerantes, que pueden ser un constituyente puro o una mezcla. El refrigerante es tipicamente vaporizado en uno o mas intercambiadores de calor criogenicas en el cual el Gas Natural es enfriado. El refrigerante vaporizado es subsecuente mente comprimido a altos niveles de presión y temperatura. El refrigerante es enfriado mediante agua o aire y posteriormente enfriado por expansión. Es común en los procesos de licuación con ciclos múltiples que los ciclos de refrigeración consecutiva sean enfriados pro el refrigerante del primer ciclo. Normalmente, las corrientes de Gas Natural son primeros descontaminados de agua, gases ácidos e hidrocarburos pesados.

CICLO DE REFRIGERACIÓN:

El ciclo de refrigeracion puede dividirse en 4 etapas:

Etapa de Expansion: En la etapa de expansion se inicia con la disponibilidad de un refrigerante al estado liquido. Mediante esta etapa, la presion y temperatura son reducidas mediante el FLASHEO del liquido a travez de una valvula de control ( Valvula Joule-Thompson). No ocurre cambio de energia debido a que la entalpia al inicio y al final permanecen iguales (PROCESO ISOENTALPICO). En la salida coexisten ( liquido y gas).

Etapa de Evaporacion: El vapor generado durante la expansion no provee ninguna refrigeracion al proceso. El calor adsorvido en esta etapa es causado por la evaporacion de la fase liquida y del gas natural, por lo tanto, el gas natural se llega a enfriar a esa temperatura, y el refrigerante pasa todo al estado de vapor saturado.

Etapa de Compresion: Los vaporares refrigerantes dejan el Chiller o Intercambiador de Calor a la presion de saturacion. Todos los vapores son comprimidos ISOENTROPICAMENTE (bajo entropia constante) hasta una presion mayor o igual al de la inicial.

Etapa de Condensacion: El refrigerante sobrecalentado es enfriado a presion constante hasta la temperatura del DEW POINT y los vapores refrigerantes empiezan a condensar a temperatura constante.Durante la reduccion de calentamiento y proceso de condensacion, todo el calor y trabajo aumentado al refrigerante durante los procesos de Compresion y Evaporacion, deben ser removidos de modo que el ciclo pueda ser completado alcanzando el Punto Inicial. 

CONDICIONES DE LICUEFACCION DEL METANO:

Generalmente, el metano a las condiciones de salida del yacimiento esta a 15.6°C y 5500 KPa y se desea convertirlo a liquido saturado a presion atmosferica ( -161,6°C y 101 KPa).

Como el metano tiene una temperatura critica de -85°C, este no puede ser licuado bajo ninguna circunstancia a temperaturas mayores. Para enfriar el gas desde las condiciones del yacimiento, se tienen 3 procesos posibles:

• Intercambio de Calor con una corriente Fria.
• Expansion Isoentropica con produccion de trabajo, mediante un expander.
• Expansion adiabatica a traves de una valvula Joule-Thompson.

En este proceso de licuacion se considerara como esquema base el de Joule-Thompson, junto con un pre-enfriamiento mediante intercambio de calor. La razon de enfriamiento de la carga se debe a que si se efectua una expansión desde 5516 KPa y 15.6°C hasta la presión atmosférica  esta descendera solo hasta -12.2°C, por lo que no habra licuacion del Gas Natural. -Se encuentra fuera de la envolvente-.

La combinación de estos dos conceptos da origen al Ciclo Linde Simple el cual se representa en un diagrama de Mollier.

El proceso consiste en un enfriamiento de la carga mediante intercambio de calor con la corriente de gas frio obtenida de la expansion, seguido por una expansion adiabatica del gas. El compresor del gas de recirculacion producido por la expansion representa el punto de inyeccion de la energia del proceso.

CICLO DE CASCADA CONVENCIONAL:

En este proceso , la temperatura es reducida en etapas sucesivas para igualar el perfil de temperatura-entalpia. En si, el proceso consta de 3 etapas. La primera etapa corresponde al enfriamiento producido por el propano como refrigerante donde se obtiene -35°C. En esta etapa un 20% de intercambio de calor se da. La segunda etapa utiliza etileno como refrigerante, enfriando el Gas Natural hasta -100°C, obteniendose un intercambio de calor en esta etapa de aproximadamente 50%. La tercera etapa utiliza el metano como refrigerante, enfrianfo el Gas Natural hasta -155°C, usando el ciclo de metano. En cada uno de los ciclos, la mas baja presion atmosferica, para eliminar el riesgo de ingreso del aire.

DESCRIPCION DEL PROCESO:

El propano comprimido a 1.3 MPa en el primer ciclo, es condensado con agua de enfriamiento. La vaporizacion del propano a -35°C  enfria el gas natural y tambien condensa el etileno, comprimido a 2.1 MPa. La vaporizacion del etileno a -100°C ayuda a licuar el gas natural bajo presion y a condensar el metano comprimido hasta 3.9 MPa. en el tercer ciclo. Desde que el gas natural es subenfriado a -155°C, la expansion de la fase liquida a presion atmosferica resulta en vaporizacion parcial (flash), la cual ayuda a alcanzar la temperatura de equilibrio liquido-vapor s presion atmosferica.

En este Ciclo de Refrigeracion de Cascada, el ciclo consiste de 3 subciclos con diferentes refrigerantes. En el primer ciclo, el propano deja el compresor a alta temperatura y presion y ingresa al Condensador donde agua o aire de enfriamiento es usado como refrigerante. El propano condensa y entra a la Valvula de Expansion donde su presion es disminuida hasta la presion de evaporacion. Como el propano evapora, el calor de evaporacion viene de la condensacion del Etileno, enfriamiento del metano y del Gas Natural. El propano deja el evaporador e ingresa al Compresor, completando asi el ciclo.

El Etileno condensado se expande y evapora conforme condensa el metano y el gas natural es mas adelante enfriado y licuado. Como el metano entra al compresor para completar el ciclo, la presion del gas natural licuado es reducida en una valvula de expansion multietapas con usualmente tres etapas, y consecuentmente tres niveles de temperatura de evaporacion para cada refrigerante. Los flujos de masa en cada etapa son usualmente diferentes. El Gas Natural desde los ductos va a traves de un proceso durante el cual los gases acidos son removidos y su presion aunmentada a un valor promedio de 40 bar antes de entrar al ciclo.

PLANTA MELCHORITA

La Planta  de licuefacción de gas natural se construye en un terreno costero  de 521 hectáreas de  extensión ubicado a 170   kilómetros al sur de Lima. Esta incluye un centro de licuefacción de gas natural, un terminal marítimo con un muelle de carga y un canal de  navegación que permitirá el ingreso y salida de los buques metaneros.

En la Planta se producirá el gas  natural licuado (LNG) mediante un proceso de  purificación y enfriamiento, a través del cual el gas pasa de su estado gaseoso  al estado líquido, reduciendo su volumen hasta 600 veces, facilitando así su  almacenamiento hasta su traslado en buques metaneros. La Planta tendrá  una capacidad nominal de 4.4 millones de toneladas anuales, lo que significa  que estará en capacidad de procesar 620 MMSCFD.

Luego  de ser enfriado, el LNG se almacenará en dos grandes tanques de almacenamiento  de 130,000 m3  a presión atmosférica para su posterior embarque en buques metaneros. Para  permitir la carga del gas licuado, el Proyecto contempla la  construcción de un terminal marítimo con un muelle de carga y un canal de navegación.