INTRODUCCINEl gas natural est considerado hoy en da como el combustible con mayor aceptacin a nivel mundial, producto del elevado alcance del recurso, buena rentabilidad y daos mnimos en el ambiente por ser el combustible ms limpio del yacimiento. Debido a sus mltiples usos del mismo, y por ser base de nuestro centro de estudio, a continuacin explicaremos mediante la simulacin del proceso usando el software PRO II, el proceso de expansin del Gas Natural.La mayora del gas natural proveniente de yacimientos se procesa para eliminarle los hidrocarburos lquidos ms pesados. stos, comnmente llamados lquidos del gas natural (LGN, en ingls NGL), incluyen etano, propano, butanos, y gasolina natural (condensado). La recuperacin de los componentes NGL en el gas no slo se realiza como mtodo de control del punto de roco de la corriente de gas natural, sino tambin como una fuente de ingresos, ya que los LGN generalmente tienen un valor ms alto como productos separados que como parte dela corriente de gas natural. Las fracciones LGN ms livianas, como el etano, el propano y los butanos, pueden venderse como combustibles o materias primas de refineras y plantas petroqumicas, mientas que las porciones ms pesadas pueden utilizarse como cortes en el blending de naftas. Existen varios procesos para recuperar LGN pero los ms comunes son los de compresin, absorcin, adsorcin, yrefrigeracin criognica (o turboexpansin).El proceso de refrigeracin criognica es el tipo de recuperacin de LGN ms avanzado que se utiliza hoy en da. Combina altos niveles de recuperacin (generalmente permite la recuperacin total de propano y componentes ms pesados y entre el 50 y el90% del etano) con bajos costos de capital y fcil operacin. Sin embargo, es menos atractivo en el caso de procesamiento de gases muy ricos ya que estos pueden tratarse mediante refrigeracin simple o donde los productos livianos de LGN (C2 yC3) no son comercializablesUna planta expansora (que utiliza turboexpansor), produce refrigeracin para condensar y recobrar lquidos de hidrocarburos contenidos en el gas natural por el ms directo y eficiente medio disponible, consiste en la expansin del gas natural en un turboexpansor. Este proceso convierte la entalpia del gas en un trabajo utilizable. La expansin del gas a travs del turboexpansor se comporta termodinmicamente como un proceso isentrpico, en vez de, un proceso isentlpico de expansin a travs de una vlvula. Sin embargo, las temperaturas resultantes con la turboexpansion son mucho ms bajas la expansin a travs de la vlvula. OBJETIVOS DEL PROCESOEl objetivo principal del proceso es extraer los lquidos contenidos en el gas natural reduciendo su temperatura. Debido a que el gas natural tiene cantidades variables de propano y butano que pueden ser extraidos por procesos consistentes en la reduccin de la temperatura del gas hasta que estos componentes y otros ms pesados se condensen. Los procesos usan refrigeracin o turbo expansores para lograr temperaturas menores de -40 C necesarias para recobrar el propano. Subsecuentemente estos lquidos son sometidos a un proceso de purificacin usando trenes de destilacin para producir propano y butano lquido o directamente GLP. Asimismo, es importantes destacar que el uso del turbo expansor, sin embargo, no elimina la necesidad de la vlvula de expansin Joule Thompson que se usa en los sistemas convencionales de refrigeracin. El turbo expansor en un dispositivo mucho ms eficiente que la vlvula, haciendo un importante cierre estanco que evita la perdida de energa.DESCRIPCIN DEL PROCESOEn una planta turbo-expander,el chiller o la vlvula J-T de los procesos de refrigeracin simple se reemplazan por una turbina de expansin. A medida que el gas entrante se expande, le entrega trabajo al eje de la turbina porlo que se reduce la entalpa del gas. Esta disminucin de la entalpa causa una mayor cada de temperatura que la que se obtendra mediante una expansin Joule-Thompson simple (a entalpa constante). La turbina puede estar conectada a un compresor, el cual recomprime el gas con una slo una pequea prdida en la presinglobal. Esto genera una presinms elevada del gas tratado, que puede aumentarse hasta la especificacin de transporte en gasoducto mediante una segunda etapa de compresin.El gas de entrada se enfra primero en un intercambiador gas/gas de alta temperatura y luego en un enfriador con propano (chiller). La alimentacin de gas parcialmente condensado se enva aun separador. El lquido del separador se alimenta a la desmetanizadora, el gas se enfra an ms en el intercambiador gas/gas de baja temperatura y se alimenta a un segundo separador fro. El gas del separador fro se expande a travs de la turbina hasta la presin de la desmetanizadora, que generalmente vara entre 100 y 400 psia (6,8y 27,2 atm)El turbo expander produce simultneamente enfriamiento y condensacin del gas, y trabajo til que puede utilizarse para recomprimir el gas de salida. Generalmente entre el 10% y el 15% del gas alimentado se condensa en el separador fro, a temperaturas entre -15y 0 C. La turbina disminuye la presin del gas de entrada (generalmente 600 a 900 psia, osea 40 a 60 atm) hasta la presin de la desmetanizadora.Las temperatura tpica del gas que ingresa a la desmetanizadora es -55 a -65 C, lo suficientemente baja como para que una parte importante del etano seencuentre licuado.La columna desmetanizadora es una columna de destilacin de baja temperatura que realiza la separacin entre metano y etano. El metano y los componentes ms livianos que l, como el nitrgeno, son los principales productos de cabeza de la torre, mientras que el etano y los componentes ms pesados, como el propano, butanos, e hidrocarburos ms pesados, son los principales componentes del fondo de la columna. La relacin molar de metano a etano en el producto de fondo es tpicamente 0,01 a 0,03. Debido a que la salida del turbo expander es un flujo bifsico, el lquido producido en este sirve como reflujo en la columna. El producto de fondo de la desmetanizadora puede ser fraccionado luego para producir corrientes de etano, propano, butanos, y gasolina natural.La temperatura de fondo del producto se encuentre frecuentemente por debajo de la temperatura ambiente, entonces el gas de alimentacin puede utilizarse como medio de transferencia de calor en el reboiler. Esto representa mayor refrigeracin de la alimentacin y origina rendimientos ms altos de recuperacin de etano, generalmente 80%. El producto de cabeza de la desmetanizadora, luego de intercambiar calor con el gas de entrada, se recomprime a la presin de gasoducto y se vende como gas residual.Nota Importante: Una vez explicado el proceso bsico de una planta expansora de gas es importante destacar que los procesos criognicos solo pueden utilizarse de la presin de gas luego de la expansin es suficientemente alta para que transcurra la condensacin de los componentes ms pesados. Sin embargo, si el gas llega a baja presin (digamos menos de 50 atm),debe utilizarse refrigeracin mecnica externa para enfriarlo hasta latemperatura especificada. Por otro lado, si el contenido del LGN del gas es relativamente bajo (menos de 2,5-3 GPM galones por mil pie cbicos), basta con auto-refrigeracin (intercambiador gas/gas). Sin embargo, para alimentaciones moderadamente ricas (>3GPM), debe considerarse la refrigeracin mecnica para obtener alta recuperacin de etano de forma ms econmica. Por ltimo, ntese que en esta aplicacin, se requiere una deshidratacin aguas arriba del gas para prevenir la formacin de hidratos. La tcnica generalmente utilizada es la deshidratacin sobre lecho slido. Algunas veces, se agregan pequeas cantidades de metanol o glicol antes del turbo expander.

CONCLUSINUna vez finalizado la simulacin del proceso de expansin del gas natural, podemos llegar a las siguientes conclusiones:-. La corriente de gas de salida del separador generalmente posee componentes pesados que pueden ser condensados en procesos de extraccin de LGN.-. El proceso de turbo expansor se seleccion como proceso para extraccin de LGN debido a que genera mayor cantidad de lquido y menor requerimiento de energa en comparacin con otros procesos.-. La turboexpansin ocurre isoentrpicamente. El turboexpansor consiste bsicamente en un equipo de expansin de gas natural en el cual el trabajo producido por este es aprovechado para comprimir gas residual.-. Al finalizar la simulacin se cumplieron cabalmente los balances de masa y energa.-. La recuperacin de hidrocarburos simulada por la corriente de lquidos del gas natural producto de la planta fue exitosa.-. Los requerimientos de energa y utilidad para los equipos se mantuvieron estables y fueron ptimos. RECOMENDACIONES-. Se recomienda la profundizacin en el uso de simulador PRO II, puesto que adems de su fcil manejo garantiza simulaciones muy cerca de los procesos reales.-. Se recomienda incrementar el inters en futuras investigaciones acerca de los procesos de turbo expansin.

Repblica Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educacin SuperiorUniversidad Nacional ExperimentalRafael Mara BaraltProyecto: Ingeniera y Tecnologa Ingeniera de Gas Prof.: Nill Hernndez

Planta Expansora de Gas Natural

Abreu Mario Marn Mariana Martnez Nataly FranciscoLos Puertos, 2015

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UNERMB06/03/2015