DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA, ALIMENTOS Y AMBIENTAL

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1 UNIVERSIDAD DE LAS AMÉRICAS PUEBLA ESCUELA DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA, ALIMENTOS Y AMBIENTAL OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO CRIOGÉNICO DE PLANTA DE GAS MEDIANTE SIMULACIÓN PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE GAS LICUADO DE PETRÓLEO (G.L.P.) Tesis presentada para obtener el grado de Magister in Chemical Engineering FERNANDO GAVILANES CARRASCO Primavera 2012

2 AGRADECIMIENTOS Agradezco ante todo a Dios por brindarme la oportunidad de culminar una nueva etapa en mi vida, que sin sus bendiciones y favores este logro alcanzado no habría sido posible conseguirlo. A mis padres, por el apoyo y los consejos dados durante toda mi vida quienes a pesar de la distancia han estado presentes en mi corazón. A mi esposa quién ha estado incondicionalmente apoyándome en los momentos difíciles y que gracias a su apoyo y comprensión he culminado esta importante meta. Al gobierno del Ecuador y a EPPETROECUADOR por darme las facilidades para poder realizar los estudios de maestría. A todos los profesores de la maestría por inculcarme a más de conocimientos, valores de vida para continuar con el camino hacia el éxito profesional. A mis compañeros por compartir los momentos de alegría y tristeza en una tierra lejana a la nuestra. II

3 DEDICATORIA Todo el esfuerzo realizado en el que han existido triunfos, alegrías y tristezas, se lo dedico a mis padres por darme la vida, a mi esposa por quererme, apoyarme y estar a mi lado, a mi abuela por ser un ejemplo de vida y fortaleza, a la memoria de mi abuelo que estaría muy orgulloso de este logro alcanzado, a mis hermanos, tíos, sobrinos y primos, porque cada uno de ellos han sabido estar en una parte de mi vida, en una parte de mi corazón. Fernando III

4 INDICE AGRADECIMIENTOS... II DEDICATORIA... III ÍNDICE DE TABLAS... VI ÍNDICE DE FIGURAS... VII 1. RESUMEN INTRODUCCIÓN OBJETIVOS MARCO TEÓRICO Gas licuado de petróleo (G.L.P.) Usos y aplicaciones del G.L.P Pecios de referencia en mercados internacionales Simulador ASPEN Plus Base de datos del simulador ASPEN Plus Métodos de propiedades físicas Modelos de unidades de operación de ASPEN Plus METODOLOGÍA Caso de estudio Descripción del proceso criogénico de Planta de Gas Metodología para simulación de proceso criogénico de Planta de Gas utilizando ASPEN Plus RESULTADOS Simulación para 100% de carga a Planta de Gas Validación de simulación IV

5 6.3 Simulación para 45% de carga a Planta de Gas Cálculo del porcentaje de carga Determinación de la composición de la carga de gas Resultados de simulación Optimización de variables de proceso Análisis de composición de gas residual Resultados de producción de G.L.P. y especificaciones del producto CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS V

6 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Base de datos, contenido y uso de componentes Tabla 2. Cromatografía de gas residual Tabla 3. Corrientes de alimentación para 100% de carga Tabla 4. Datos de diseño y resultados de simulación para 100% de carga Tabla 5. Balance general de Planta de Gas para 100% de carga Tabla 6. Porcentaje de carga a Planta de Gas Tabla 7. Cromatografías de gas utilizados como carga a Planta de Gas Tabla 8. Media y desviación estándar para cada componente Tabla 9. Corrientes de alimentación para 45% de carga Tabla 10. Corrientes de productos para 45% de carga Tabla 11. Balance general de Planta de Gas para 45% de carga Tabla 12. Datos de operación y resultado de simulación GV Tabla 13. Datos de operación y resultado de simulación GE Tabla 14. Datos de operación y resultado de simulación GE Tabla 15. Datos de operación y resultado de simulación GE Tabla 16. Datos de operación y resultado de simulación GE-1504C Tabla 17. Datos de operación y resultado de simulación GV Tabla 18. Datos de operación y resultado de simulación GV Tabla 19. Datos de operación y resultado de simulación GV Tabla 20. Datos de operación y resultado de simulación GV Tabla 21. Resultado de simulación sistema de refrigeración Tabla 22. Resultado de simulación sistema de refrigeración (Continuación) Tabla 23. Balance molar a la entrada y salida del compresor GC Tabla 24. Cromatografía y resultados de simulación para la corriente de gas residual Tabla 25. Producción de G.L.P. y especificaciones comerciales VI

7 INDICE DE FIGURAS Figura 1. Origen de G.L.P Figura 2. Precios internacionales de G.L.P Figura 3. Componentes base de datos PURE Figura 4. Método de propiedades para producción de petróleo y gas Figura 5. Método de propiedades para refinación Figura 6. Método de propiedades para procesamiento de gas Figura 7. Método de propiedades para procesos petroquímicos Figura 8. Guía para determinar el método de propiedades Figura 9. Modelos de unidades de operación Figura 10. Diagrama de flujo planta de gas Figura 11. Nueva simulación en ASPEN plus Figura 12. Especificaciones iniciales Figura 13. Especificaciones de compuestos Figura 14. Método de propiedades Figura 15. Modelo de mezclado Figura 16. Modelo de divisor Figura 17. Modelo Heater Figura 18. Modelo Heatx Figura 19. Modelo Flash Figura 20. Modelo Sep Figura 21. Modelo Valve Figura 22. Modelo Pump Figura 23. Modelo Compr Figura 24. Modelo Radfrac Figura 25. Especificación de corrientes Figura 26. Diagrama de Flujo Planta de Gas Figura 27. Reinicialización de simulación Figura 28. Inicio de simulación Figura 29. Comparación entre datos de diseño y resultados de simulación VII

8 Figura 30. Fracción de vapor en cada corriente de proceso Figura 31. Temperatura en cada corriente de proceso Figura 32. Flujo molar de propano en cada corriente de proceso Figura 33. Densidad en cada corriente de proceso Figura 34. Peso molecular en cada corriente de proceso Figura 35. Sistema de carga a Planta de Gas Figura 36. Comparación entre datos de cromatografía y resultados de simulación para el propano en la corriente de gas residual VIII

9 1. RESUMEN El G.L.P. formado por 60% de propano y 40% de butano es un derivado que se obtiene mediante el procesamiento del gas asociado proveniente de los pozos productores de petróleo en la Planta de Gas (proceso criogénico) que forma parte de los centros de refinación de la empresa estatal petróleos del Ecuador (EPPETROECUADOR). Según cifras del Banco Central para cubrir la demanda interna del país se importa cerca del 80% de G.L.P., causando un gran impacto en la economía del país. Actualmente no es posible invertir en la Planta de Gas para la modernización de ciertos equipos del proceso por existir proyectos de construcción de nuevos centros de refinación, esto crea la necesidad de realizar un análisis de las condiciones actuales en las que opera la Planta de Gas, con la finalidad de optimizar aquellas variables que afectan el proceso criogénico para obtener una mayor recuperación de propano de la corriente de gas residual y así incrementar la producción de G.L.P. En el presente trabajo se llevó a cabo dicho análisis utilizando el simulador de procesos ASPEN Plus 7.2 para determinar las condiciones óptimas del proceso y determinar el efecto que tienen las variables optimizadas en la recuperación del propano y por ende en el incremento de la producción de G.L.P. Los resultados de todo el conjunto de variables analizadas y optimizadas nos indican que es posible recuperar el 9,25% en peso del propano de la corriente de gas residual incrementando así la producción de G.L.P. puesto que el propano recuperado pasará a formar parte de la corriente de producto terminado. 1

10 2. INTRODUCCIÓN La empresa estatal petróleos del Ecuador (EPPETROECUADOR) es la entidad encargada de la producción, refinación y comercialización tanto del petróleo como de productos terminados para cubrir la demanda de combustibles en el Ecuador. La gerencia de refinación que forma parte de EPPETROECUADOR tiene por objetivo transformar los hidrocarburos, mediante procesos de refinación, en derivados que satisfagan la demanda interna. Su misión se enmarca en el cumplimiento de las normas nacionales e internacionales para la producción de derivados en sus refinerías bajo estrictos controles de calidad y dentro de los estándares internacionales a fin de garantizar las exigencias del consumidor y proteger el medio ambiente. Uno de los principales centros de refinación es la Planta de Gas ubicada en el Complejo Industrial Shushufindi (C.I.S.) que está diseñada para procesar el gas asociado (mezcla de hidrocarburos comprendidos entre el metano y el butano) y los hidrocarburos licuables (mezcla comprendida entre pentanos y hexanos) proveniente de los campos de producción de petróleo; con la finalidad de obtener como producto principal gas licuado de petróleo (G.L.P.) y como productos secundarios gasolina natural (C 5, C 6,) y gas residual (C 1, C 2, CO 2, N 2 ). El G.L.P. es una mezcla de hidrocarburos de petróleo que generalmente consiste en una mezcla de 60% de propano (propano y propileno) y 40% de butano (n-butano e iso-butano). A presión atmosférica y temperatura ambiente (1 atm y 20 C), el G.L.P. se encuentra en estado gaseoso; por lo que para obtener líquido a presión atmosférica, la temperatura del butano debe ser inferior a -0,5 C y la del propano a -42,2 C; por otro lado para obtener líquido a temperatura ambiente, el G.L.P. debe someterse a una cierta presión, más de 2 atm para el butano y más de 8 atm para el propano. Estas condiciones se logran en la Planta de Gas utilizando un proceso criogénico en el cual la temperatura desciende hasta -45 C consiguiéndose así la licuefacción del propano y butano, componentes principales del G.L.P. 2

11 En el Ecuador, según cifras del Banco Central, el consumo de G.L.P. para uso doméstico, industrial y comercial es de alrededor barriles anuales; la producción de sus refinerías está cerca de barriles por lo que se deben importar alrededor de barriles anuales de G.L.P.; es decir alrededor del 80% del consumo es cubierto por importaciones, lo que implica un costo importante para el estado ecuatoriano; esta es la principal razón para buscar alternativas que permitan incrementar la producción de este derivado y así disminuir las importaciones y por ende el costo económico que esto implica para el país. En el Ecuador, la Planta de Gas, aporta con alrededor del 6% del origen de G.L.P. para cubrir el consumo interno; es decir aporta con alrededor del 35% de la producción total de G.L.P. en el Ecuador, que representa una aportación importante de este derivado. PLANTA DE GAS 6% 12% REFINERIAS IMPORTACIONES 82% Figura 1. Origen de G.L.P. Fuente: Estadísticas del Banco Central del Ecuador 1 Por las razones expuestas anteriormente, es necesario operar eficientemente el proceso de producción de G.L.P. para incrementar su producción. La optimización de las principales variables del proceso criogénico utilizando un simulador de procesos permite determinar las condiciones que favorecen una mayor producción 3

12 de G.L.P., sin la necesidad de modificar las variables en tiempo real, lo que causaría desestabilización del sistema y por ende pérdidas económicas, ya que los productos saldrían de especificación y llevaría tiempo estabilizar el proceso para obtener los productos deseados listos para su comercialización. Dentro del conjunto de herramientas disponibles para el análisis y el diseño de procesos, la simulación de operaciones unitarias y sistemas químicos desempeña un papel básico y fundamental, muy especialmente en aquellos procesos cuyo grado de complejidad hace inviable su estudio por métodos analíticos. Se podría definir brevemente un simulador de procesos como un paquete informático que puede realizar cálculos de balances de materia y energía de un proceso, sea éste un equipo u operación básica aislada, una unidad de planta o la planta completa. Las técnicas de simulación de procesos se fundamentan en el desarrollo y obtención de uno o varios modelos matemáticos del sistema que reproduce su comportamiento ya sea en condiciones estacionarias (simulación estacionaria) o en condiciones no estacionarias (simulación dinámica); estos modelos matemáticos están constituidos por una serie de ecuaciones que representan los balances de materia, de energía y la ecuación de estado que mejor caracteriza al sistema en estudio. La simulación de procesos es pues una herramienta informática muy importante ya que puede permitir desde el cálculo y diseño de un intercambiador de calor hasta el desarrollo y optimización de una compleja unidad de proceso. 4

13 3. OBJETIVOS Objetivo general Optimizar las principales variables del proceso utilizando el paquete de simulación ASPEN Plus versión 7.2, para la recuperación total del propano en una planta criogénica (Planta de Gas), incrementado así la producción de G.L.P. Objetivos específicos 1. Describir el proceso criogénico de producción de G.L.P. en la Planta de Gas del Complejo Industrial Shushufindi. 2. Analizar el proceso criogénico en el simulador ASPEN Plus versión 7.2 utilizando datos de diseño para validar la simulación. 3. Evaluar el proceso criogénico con el simulador al modificar las variables de diseño por las de operación actuales y determinar las variables que afectan directamente al proceso. 4. Optimizar las principales variables del proceso utilizando el simulador para una mayor recuperación de propano de la corriente de gas residual. 5. Evaluar las condiciones óptimas de operación para la mayor recuperación del propano y por ende en el incremento de la producción de G.L.P. 5

14 4. MARCO TEÓRICO 4.1 Gas licuado de petróleo (G.L.P.) El gas licuado de petróleo (G.L.P.) tiene su origen en el tratamiento que se le da al petróleo crudo y/o al gas natural en sus fases de refinamiento. Los hidrocarburos cuyos componentes son hidrógeno y carbono, se presentan bajo tierra tanto en estado líquido como en estado gaseoso. Se formaron en el transcurso de millones de años, cuando grandes masas de materiales orgánicos quedaron bajo la tierra, éstas bajo la acción de altas presiones y temperaturas se fueron transformando en petróleo crudo (hidrocarburo líquido) y en gas natural (hidrocarburo gaseoso). El gas natural puede hallarse disuelto en el petróleo crudo como gas asociado, en pozos donde el producto dominante es el petróleo; también lo podemos encontrar como gas libre no asociado donde el producto dominante es el gas o en mezclas de hidrocarburos, tanto gaseosos como líquidos en los llamados pozos de condensados. El G.L.P. es la mezcla de gases de petróleo producidos ya sea por pozos petrolíferos o gasíferos. Estos gases se procesan en una planta de refinación, obteniéndose como resultado el G.L.P. Los gases licuados del petróleo son hidrocarburos compuestos principalmente de propano y butano, que en mayor o menor proporción acompañan al petróleo crudo y al gas natural; además de iso-butano y etano en pequeñas cantidades 2. El G.L.P. comercial en el Ecuador está compuesto aproximadamente de 60% de propano y el butano representa el 40% del volumen. En el crudo, la mayor presión de vapor la tienen el propano y el butano, antes del transporte del crudo se debe reducir este inconveniente por lo que se separan durante el proceso de estabilización en el campo de extracción. Al llegar a las refinerías se procede a separar las cantidades variables de G.L.P. del crudo estabilizado, que oscilan entre un 2 y 3%, mediante la primera etapa de destilación o fraccionamiento (torre atmosférica). 6

15 Además de estos orígenes naturales del G.L.P., éste se obtiene como subproducto de una serie de procesos de refinería que se listan a continuación: Reformado Catalítico: Se alimenta de naftas ligeras para producir aromáticos y gasolinas. El rendimiento en G.L.P. está entre 5 y 10%. Cracking Catalítico: Se alimenta de gasóleo o nafta produciendo etileno y propileno para petroquímica. El rendimiento en G.L.P. está entre 5 y 12%. Steam Cracking: Se alimenta con gasóleo o nafta produciendo etileno y propileno. El rendimiento en G.L.P. está entre 23 y 30%. Polimerización y Alquilación: Se alimentan de butanos para producir gasolinas. El rendimiento en G.L.P. está entre 10 y 15%. Cracking Térmico: Se alimenta de gasóleo y fuel-oil para producir gasolina. El rendimiento en G.L.P. está entre 10 y 20%. Visbreaking: Se alimenta de gasóleo pesado y residuo para producir coque. El rendimiento en G.L.P. está entre un 5 a 10%. 2, 3 En la Planta de Gas del Complejo Industrial Shushufindi, el G.L.P. se obtiene como producto principal en un proceso criogénico que utiliza como carga el gas asociado, este proceso criogénico utiliza propano como medio refrigerante en el sistema de enfriamiento, donde se consigue la licuefacción de los componentes de G.L.P. que son el propano y el butano; la unidad de procesos de la Planta de Gas consta de las siguientes etapas 4 : - Pre enfriamiento de la carga - Deshidratación - Sistema de enfriamiento - Separación de gas residual - Separación de productos El proceso criogénico es descrito de manera detallada en el caso de estudio del presente trabajo. Los orígenes del G.L.P. en el mercado nacional se pueden atribuir a la producción de gas en los campos de Ancón (Provincia del Guayas) por la explotación de crudo de la compañía inglesa ANGLO. Las instalaciones de refinación de gas en 7

16 ese entonces, no permitían obtener una separación de fracciones de gas, lo que hubiera facilitado el consumo a nivel nacional del gas con alto contenido de propano. Estas razones, acompañadas a las especificaciones que debían tener las gasolinas utilizadas en los vehículos de la época, influyeron en que las instalaciones de refinación de gas y petróleo instaladas en el país, no permitan la producción de propano en forma separada del butano. En nuestro país se desarrolló la tecnología de producción, el almacenamiento, la distribución, el consumo y las normas de control para una mezcla de propano y butano (G.L.P.), limitando un consumo de gas combustible de excelente poder calorífico que podrían tener mezclas de metano, etano y propano y que tendrían, un precio mucho menor por su fácil disponibilidad y por un requerimiento tecnológico menor para su elaboración en los campos del Oriente Usos y aplicaciones del G.L.P. Dentro de las principales ventajas que tiene el uso del G.L.P. sobre otros combustibles, se deben mencionar: limpieza, economía, alto poder calorífico, fácil manejo y transporte así como, seguridad en su uso; razones por las cuales el uso del G.L.P. es cada vez mayor en el ámbito industrial, comercial y doméstico. Las aplicaciones más importantes en el sector industrial son: Hornos estacionarios y continuos Calderas Equipos de corte y soldadura de metales Quemadores industriales En sopletes y mecheros Secadores Incineradores y crematorios El G.L.P. es un combustible de combustión limpia, sostenible y eficiente y una fuente vital de energía para cientos de millones de personas en todo el mundo. Es 8

17 una energía de usos múltiples con miles de aplicaciones. El G.L.P. puede ser almacenado, transportado y utilizado de una manera eficiente ya que emite menores cantidades de gases de efecto invernadero que la gasolina o el diesel. En el sector doméstico el G.L.P. tiene su más popular aplicación con cerca del 47% de la demanda mundial y es comúnmente utilizado para cubrir necesidades de cocción de alimentos y demandas de calentamiento en el hogar Pecios de referencia en mercados internacionales El precio del G.L.P. está directamente relacionado con el precio del barril de petróleo a precio internacional; en la figura 2 se muestran los precios de este derivado para algunos países principalmente de la región de Sudamérica incluido el Ecuador, es importante observar que este precio es uno de los más bajos de la región; lo cual se debe principalmente a las políticas de subsidios a los combustibles que se manejan en el país. Figura 2. Precios internacionales de G.L.P. Fuente: Blog Economía petrolera Abril

18 4.2 Simulador ASPEN Plus ASPEN Plus es un simulador que resuelve los balances de materia y energía, de operaciones unitarias y procesos completos, además de tener numerosas herramientas de optimización y de análisis de sensibilidad para procesos químicos. Este simulador está orientado a la industria química y petroquímica, refino de petróleo, procesamiento de gas y aceites, combustibles sintéticos, generación de energía, metales y minerales, industrias del papel y la pulpa, farmacéuticas y biotecnología. ASPEN Plus modela y simula cualquier tipo de proceso en el cual exista flujo de materia y energía de una unidad de proceso a otra. El paquete de simulación se divide en tres bloques fundamentales: Interfaz gráfica: Es el entorno gráfico de modelado; posee un sistema experto que va guiando en la construcción de un modelo. Propiedades físicas: Banco de datos con modelos termodinámicos y propiedades de un gran número de componentes orgánicos, inorgánicos, electrolitos y sólidos; posee las siguientes características: - Bases de datos de componentes puros y específicos de cualquier aplicación - Sistemas de estimación para constantes de propiedades - Bases de datos para parámetros de interacción binaria - Sistemas de regresión de datos - Sistemas para electrolitos - Acceso a la base de datos termofísicos DECHEMA Las propiedades se deben seleccionar según el tipo de componentes y condiciones de operación de trabajo tales como mezclas ideales, hidrocarburos y gases de hidrocarburos, mezclas no polares, mezclas polares, aminas y petróleo. Motor de simulación: Es el núcleo del programa que está escrito en lenguaje Fortran, es el que soporta todo el modelo desde la lectura del 10

19 archivo de entrada que describe el proceso hasta su resolución por algoritmos numéricos. ASPEN Plus puede resolver el diagrama de flujo de tres maneras distintas: Como simulador modular secuencial (SMS), como simulador orientado a ecuaciones (SOE) y un tercer modo que comprende aspectos de los dos anteriores. De forma esquemática, el SMS resuelve las ecuaciones equipo a equipo, dividiendo el sistema de ecuaciones en módulos que corresponden a las diferentes operaciones básicas. Secciona las corrientes, de modo que es necesario determinar las variables que se han de iterar. Así, aunque ASPEN Plus ya selecciona dichas corrientes mediante algoritmos que tiene implementados, el usuario también puede escoger las variables a iterar. El SOE en cambio, resuelve el sistema de forma simultánea 8,9. Mayor detalle del uso del simulador podremos encontrarlo en los manuales citados en la parte de Bibliografía Base de datos del simulador ASPEN Plus ASPEN Plus almacena las propiedades físicas de un gran número de componentes en algunas bases de datos; además de la base de datos estándar del simulador es posible dar especificaciones para crear nuevos compuestos. En la tabla 1 se muestra el contenido de las principales bases de datos existentes en ASPEN Plus y además indica el contenido de cada una de ellas y el uso en la simulación. 11

20 Tabla 1. Base de datos, contenido y uso de componentes BASE DE DATOS CONTENIDO USOS PURE 10 AQUEOUS SOLIDOS INORGANICOS COMBUST Parámetros de componentes puros en su mayoría componentes orgánicos Parámetros de componentes puros para especies iónicas y moleculares en soluciones acuosas Parámetros de componentes puros para electrolitos fuertes, sales y otros sólidos Parámetros de componentes inorgánicos puros Parámetros de componentes puros para productos de combustión incluyendo radicales libres Base de datos para componentes primarios Simulación que contiene electrolitos Simulación que contiene electrolitos y sólidos Sólidos, electrolitos y aplicaciones metalúrgicas Cálculos en fase gas y a altas temperaturas Fuente: ASPEN Plus user guide 10 Para el presente caso de estudio los compuestos de interés que son hidrocarburos ligeros desde metano hasta hexano además de dióxido de carbono, nitrógeno y agua, están en la base de datos denominada PURE 10, (ver figura 3) que es 12

21 además la principal base de datos de componentes que presenta ASPEN Plus y contiene parámetros para 1677 componentes 11. Figura 3. Componentes base de datos PURE 10 Fuente: Simulador ASPEN Plus Métodos de propiedades físicas Encontrar el método apropiado para estimar las propiedades físicas y termodinámicas de los componentes es por lo general la decisión más importante en una simulación, ya que de esta estimación dependerá la precisión de los resultados que se lleguen a obtener en una simulación de procesos. El método de propiedades es una colección de métodos y propiedades que ASPEN Plus utiliza para calcular las propiedades termodinámicas y propiedades de transporte. 13

22 Las propiedades termodinámicas son: Coeficientes de fugacidad (Valor K) Entalpía Entropía Energía libre de Gibbs Volumen. Las propiedades de transporte son: Viscosidad Conductividad térmica Coeficiente de difusión Tensión superficial. El simulador ASPEN Plus incluye un gran número de método de propiedades que pueden ser suficientes para la mayoría de las aplicaciones; sin embargo ASPEN Plus permite crear nuevos métodos de propiedades según los requerimientos de la simulación a realizarse. Los métodos de propiedades disponibles en el simulador se dividen en: método ideal de propiedades, métodos de propiedades basadas en ecuaciones de estado, método de propiedades con coeficientes de actividad y método de propiedades para sistemas especiales Método de propiedades recomendado para diferentes aplicaciones de la industria del petróleo La guía del usuario de ASPEN Plus recomienda para las diferentes aplicaciones de la industria petrolera y petroquímica los métodos mostrados en las figuras 4, 5, 6 y 7 detalladas a continuación. 14

23 Figura 4. Método de propiedades para producción de petróleo y gas Fuente: ASPEN Plus User Guide 10 Figura 5. Método de propiedades para refinación Fuente: ASPEN Plus User Guide 10 Figura 6. Método de propiedades para procesamiento de gas Fuente: ASPEN Plus User Guide 10 15

24 Figura 7. Método de propiedades para procesos petroquímicos Fuente: ASPEN Plus User Guide 10 Considerando la recomendación de la guía del usuario para ASPEN Plus de la figura 6 (procesos criogénicos) y realizando el análisis mostrado en la figura 8 se llegó a determinar que el mejor método de propiedades para realizar la simulación del proceso criogénico de la Planta de Gas es utilizar la ecuación de estado de Peng-Robinson. Figura 8. Guía para determinar el método de propiedades Fuente: ASPEN Plus User Guide 10 16

25 Ecuación de estado de Peng-Robinson El método de propiedades utilizado en el presente trabajo es la ecuación estándar de Peng-Robinson asociado con las volatilidades relativas estándar ( ); este método es recomendado para proceso de transformación de hidrocarburos como: procesamiento del gas, refinación y procesos petroquímicos. Peng-Robinson es usado para mezclas no polares y medianamente polares como por ejemplo mezclas de hidrocarburos y gases ligeros como dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno e hidrógeno. Este método de propiedades es particularmente apropiado para sistemas que operan a altas temperaturas y presiones como lo es el procesamiento de hidrocarburos y extracciones supercríticas 11,13. La ecuación de estado para este modelo es: RT P V b V m m a V b b V b m m Ec Donde: b a a b k i i ij i i k x b i j (1) ij x x i i i f T, Tc, Pc, w f Tc, Pc i k j (2) ij 0,5 a a 1 k i i i j i kij T T (3) ij Ec Ec Los parámetros de los componentes puros para la ecuación de estado de Peng-Robinson son calculados de la siguiente manera: 17

26 a b i i 2 R Tc 0,45724 i Pc RTc 0,07780 Pc i i i 2 i Ec Ec Las expresiones anteriores se obtienen aplicando las restricciones críticas para la ecuación de estado bajo la siguiente condición: i Tc i 1, 0 Ec El parámetro es una función de la temperatura que fue introducido originalmente por Soave en la ecuación de estado de Redlich-Kwong; este parámetro mejora la correlación de la presión de vapor del componente puro. Esta aproximación fue adoptada también por Peng-Robinson de la siguiente forma: T i 1 m i 1 Tr 1 2 i 2 Ec El parámetro m i puede ser correlacionado con el factor acéntrico ( ) con la siguiente expresión: mi 2 0, ,54226 i 0,26992 i Ec Con todas las expresiones anteriores queda definido el método de propiedades para la ecuación de estado de Peng-Robinson

27 4.2.3 Modelos de unidades de operación de ASPEN Plus Los modelos de unidades de operación son utilizados para representar los equipos que conforman una unidad de proceso y son necesarios para realizar la simulación de cualquier unidad o proceso de una planta. Los principales modelos disponibles en el simulador se muestran en la figura 9. Figura 9. Modelos de unidades de operación Fuente: ASPEN Plus User Guide 10 19

28 Para el desarrollo del presente trabajo se utilizaron los siguientes modelos de unidades de operación: MIXER (Mezclador) Los mezcladores combinan 2 o más corrientes de entrada (materia, calor o trabajo) y se obtiene una corriente de salida; si se mezclan corrientes de materia se tiene la opción de colocar una corriente de salida de agua decantada que permite que la corriente principal esté libre de agua; además este modelo permite especificar la presión de la corriente de salida o la caída de presión en el mezclador. El modelo de mezclador determina la temperatura y las condiciones de fase en que se encuentra la corriente de salida realizando un cálculo de fases en equilibrio de un flash adiabático sobre la composición de las corrientes de alimentación. FSPLIT (Divisor) El divisor permite dividir una corriente de entrada (masa, calor o trabajo) en dos o más corrientes de salida; todas estas corrientes tienen la misma composición y propiedades. Se debe especificar en este modelo todas las corrientes de salida menos una, ya que el simulador lo determina sin especificar. Al igual que en un mezclador se puede definir la presión de salida o la caída de presión en el divisor. SEPARADORES El modelo SEP combina las corrientes de alimentación y divide las corrientes de salida de acuerdo a las especificaciones dadas; cuando los detalles de la separación son desconocidos o no tienen mucha importancia se puede utilizar este modelo, caso contrario se debe de utilizar un modelo de separación más riguroso. 20

29 El modelo FLASH 2 determina la fase y las condiciones térmicas de una mezcla con una o más corrientes de alimentación. Es posible generar curvas de calentamiento o enfriamiento de este modelo. El modelo flash representa una sola etapa de separación; se realiza el cálculo de una fase de equilibrio (líquido-vapor) en base a las especificaciones dadas. Este modelo permite realizar cálculos para un flash adiabático, isotérmico e isobárico y además permite determinar el punto de burbuja y punto de rocío. En general se deben de fijar por lo menos dos de las siguientes condiciones termodinámicas para resolver el modelo. - Temperatura - Presión - Carga térmica - Fracción de vapor INTERCAMBIADORES DE CALOR Todos los intercambiadores de calor determinan las condiciones térmicas y de fase de una mezcla con una o más corrientes de entrada. Los modelos de intercambiador permiten simular el rendimiento de intercambio de energía de dos o más corrientes; entre estos modelos los utilizados en este trabajo son: - HEATER Este tipo de modelo utiliza una corriente de alimentación al intercambiador y permite realizar los siguientes cálculos ya sea en una sola fase o multifase: - Cálculo del punto de burbuja o rocío. - Adicionar o remover cualquier cantidad de energía especificada en la carga térmica del modelo. - Especificar la temperatura de calentamiento o enfriamiento a la salida del intercambiador. - Determinar la carga necesaria de enfriamiento o calentamiento para obtener una fracción de vapor deseada a la salida del intercambiador. 21

30 El modelo da como resultado una corriente de salida y tiene la opción de adicionar una corriente de agua decantada. La especificación de la carga energética al intercambiador puede ser definida por la corriente caliente de otro bloque; además se puede utilizar el modelo para cambiar las condiciones termodinámicas de una corriente. - HEATX El modelo permite realizar cálculos mediante métodos cortos o por detalle de un intercambiador que tiene dos corrientes de entrada al mismo; la principal diferencia entre estos dos métodos de cálculo es el procedimiento de cálculo del coeficiente global de transferencia de calor. En el método corto el usuario especifica el valor del coeficiente global de transferencia de calor o el simulador toma un valor por default. En el método detallado el cálculo de transferencia de calor es riguroso y se realiza utilizando coeficientes de película, combinando las resistencias de película de lado tubo y carcasa con la resistencia de la pared del material para calcular el coeficiente global de transferencia de calor; para aplicar este método es necesario saber a detalle la geometría del intercambiador de calor. Para utilizar el modelo HeatX se deben especificar las corrientes fría y caliente de entrada al intercambiador y una de las siguientes especificaciones: - Temperatura de salida o el cambio de temperatura de la corriente fría o caliente. - Fracción de vapor de la corriente fría o caliente. - Carga energética del intercambiador. - Área de transferencia de calor. - Temperatura de aproximación a la corriente fría o caliente en la salida del intercambiador. 22

31 COLUMNAS Para el modelo de columnas ASPEN Plus tiene modelos para realizar cálculos basados en métodos cortos y un cálculo riguroso de la separación multietapa; en este trabajo se realizó la simulación con el modelo riguroso denominado RADFRAC, el mismo que se detalla a continuación. - RADFRAC Este es un modelo riguroso para la simulación de todo tipo de operaciones de fraccionamiento multietapa de equilibrio líquido-vapor. Además de la destilación este modelo puede ser utilizado para simulaciones como: - Absorción - Despojamiento - Destilación extractiva y azeotrópica RADFRAC puede modelar columnas donde existen dos fases líquidas y ocurren diferentes reacciones químicas en dichas fases, además este modelo puede simular precipitaciones de sales. El modelo RADFRAC puede operar en modo de simulación y en modo de diseño. En el modo de simulación el modelo calcula la temperatura, el flujo y perfiles en fracción molar; este perfil está basado en parámetros especificados en la columna como la relación de reflujo, el flujo de destilado o fondos y las cargas de energía. Todas las especificaciones de la columna pueden estar en unidades de masa, moles o unidades de volumen estándar; además se puede especificar los componentes y la eficiencia de las etapas. MODIFICADORES DE PRESIÓN En los modelos de bombas y compresores se necesita como requisito conocer la potencia del equipo para lograr un cambio en la presión, o especificar la presión de salida y el simulador calculará la potencia requerida. 23

32 El modelo de bomba permite simular una bomba o una turbina hidráulica y calcula ya sea la potencia requerida en el caso de la bomba o la energía producida en el caso de la turbina. El modelo de compresor puede simular: compresor politrópico, compresor politrópico de desplazamiento positivo, compresor isoentrópico, turbina isoentrópica. Ambos modelos pueden calcular la potencia requerida dando como especificación la presión de salida, o especificada la potencia determinar la presión de salida. Cuando sólo se requiere realizar cambios de presión se utilizará el modelo de válvula; este modelo calcula la caída de presión o el coeficiente (Cv) para una válvula de control

33 5. METODOLOGÍA 5.1 Caso de estudio Actualmente, al no ser posible hacer grandes inversiones en la Planta de Gas para la modernización de ciertos equipos del proceso por la situación económica del país, y por existir proyectos de construcción de nuevos centros de refinación, es necesario realizar un análisis de las condiciones en las que opera la Planta de Gas, con la finalidad de optimizar aquellas variables que tienen un mayor efecto en el proceso criogénico para obtener una mayor recuperación de propano y así incrementar la producción de G.L.P. Es importante considerar que la corriente de gas residual que es un subproducto del proceso criogénico se utiliza como gas de combustión en hornos, calderas, turbinas y generadores eléctricos y además el remanente de este gas es enviado a quemarse en un equipo denominado TEA ; por lo que es importante disminuir la cantidad de propano que sale en esta corriente. Al realizar la optimización de las variables de operación de la Planta de Gas, la composición de propano en el gas residual será un parámetro muy importante para la evaluación. En la tabla 2 se muestra una cromatografía de gases realizada por el laboratorio del control de calidad del Complejo Industrial Shushufindi de la corriente de gas residual en las condiciones actuales de operación. Tabla 2. Cromatografía de gas residual Fuente: Laboratorio de Control de Calidad (C.I.S.) 14 25

34 Como se puede observar en esta cromatografía de gases el porcentaje de propano que es enviado en la corriente de gas residual es considerable, razón por la cual es necesario determinar las mejores condiciones del proceso que permitan la recuperación de este propano y así incrementar la producción de G.L.P Descripción del proceso criogénico de Planta de Gas El proceso criogénico de la Planta de Gas tiene como objetivo principal la producción de gas licuado de petróleo (G.L.P.); además de este derivado se obtienen como subproductos gasolina natural y gas residual. Este proceso consta de las siguientes etapas: Sistemas de entrada de gases y líquidos El gas asociado (gas) y los hidrocarburos licuables (líquidos) se reciben desde los campos de producción de petróleo en la Planta de Gas por diferentes tuberías; cada corriente pasa a un pre enfriamiento con el objetivo fundamental de condensar la mayor cantidad de agua contenida en la carga para su posterior eliminación en el separador de entrada y la condensación de un volumen adicional de hidrocarburo. Pre enfriamiento de gas de entrada La carga de gas a la entrada de la planta se enfría inicialmente en un intercambiador de tubo y carcasa (GE-001) utilizando como medio de enfriamiento agua proveniente de la torre de enfriamiento a una temperatura de 32 C, la cual fluye por el interior de los tubos; en este intercambiador la corriente de gas se enfría de 49 C a 38 C y posteriormente pasa a otro intercambiador de tubo y carcasa (GE-002) donde complementa su enfriamiento de 38 C a 27 C; por el lado de la carcasa fluye propano a 8 C que se utiliza como medio refrigerante. Con este pre enfriamiento de la carga de gas se consigue una condensación adicional de hidrocarburos de alrededor 50 gpm (galones por minuto); esta corriente de gas es enviada al separador de entrada. 26

35 Pre enfriamiento de líquidos de entrada Con el propósito descrito en el pre enfriamiento de gas, el líquido de carga es enfriado contra la corriente de gas residual en dos intercambiadores en serie de tubo y carcasa (GE-003 A/B); por el lado de la caracas fluye el líquido de carga y por el lado de los tubos fluye el gas residual, alimentado a una temperatura de 15 C. En este equipo el líquido de carga se enfría de 49 C a 27 C, mientras que el gas residual se calienta de 15 C a 40 C; la corriente de líquido entra al separador de entrada. Separador de gas de entrada El separador de gas de entrada (GV-1601) es un recipiente horizontal diseñado a 710 psig de presión y 65,6 C de temperatura; la función principal de este equipo es separar el agua, los hidrocarburos líquidos y el gas; el agua es retirada por el sumidero colocado en la parte inferior del separador; los hidrocarburos líquidos salen del separador por la parte inferior y son bombeados hacia el separador de fases, que es un recipiente que utiliza medios coalescentes para la separación de agua. El gas sale por la parte superior del separador y pasa a través del separador de nieblas que tiene la finalidad de retener cualquier gota de líquido que fuera arrastrada por el gas, para así proteger los tamices moleculares de los deshidratadores de gas. Deshidratación del gas de entrada El gas que entra en la planta debe ser deshidratado debido a las bajas temperaturas a las que será finalmente sometido; la humedad que entre en la planta se quedará en los equipos que operan a bajas temperaturas pudiendo llegar a formar hidratos y causar problemas de taponamiento, razón por la cual este proceso de deshidratación es de suma importancia en la operación normal de la planta. 27

36 La deshidratación se realiza en dos torres deshidratadoras (GV-1603/04) que operan en paralelo, ya que mientras una torre deshidrata el gas la otra se encuentra en la etapa de regeneración de tamiz molecular. Los tamices moleculares adsorbentes usados en este sistema son de material sintético; sin embargo, su estructura es suficientemente parecida a algunos minerales para ser clasificados como zeolitas. Los tamices moleculares son silicatos de aluminio cristalino que han sido activados para realizar el proceso de deshidratación. El agua contenida en la corriente de gas de entrada es adsorbida en los inter espacios del tamiz molecular con sus innumerables cavidades y su gran superficie de contacto. Los procesos de evacuación (regeneración) y relleno (deshidratación) de las cavidades de los tamices moleculares pueden ser repetidos durante mucho tiempo, bajo condiciones favorables. El tamaño del recipiente, el peso de los tamices moleculares cargados en cada uno, el caudal de regeneración y el tiempo del ciclo (tiempo durante el cual cada deshidratador puede deshidratar el volumen total de diseño de gas de entrada) han sido calculados para una operación óptima y alargar así al máximo la vida del tamiz molecular. Deshidratación del líquidos de entrada La corriente de líquidos que entra a la planta debe ser deshidratada por la misma razón expuesta anteriormente. Para la deshidratación de la corriente líquida se utiliza el mismo fundamento que para la deshidratación de gas; la planta de gas posee cuatro torres de deshidratación (GV-1605/06 y GV-1626/27), de manera que mientras dos están deshidratando las otras dos torres están regenerando el tamiz molecular. Sistema de filtros de polvos Estos filtros son de doble canasta; cada filtro cuenta con dos elementos, mientras el uno está en línea, el otro puede ser revisado durante la operación; el objetivo de estos filtros es retener el polvo de tamiz molecular que pudiese ser arrastrado 28

37 desde los deshidratadores, para evitar problemas de taponamiento en los intercambiadores de placas del sistema de enfriamiento. Refrigeración Luego de la deshidratación los gases y líquidos se combinan y se dividen en dos corrientes que van a dos intercambiadores de placas de alta eficiencia. El intercambiador de menor capacidad (intercambiador gas-gas GE-1501) utiliza como medio refrigerante gas a baja temperatura proveniente del separador frío y para el de mayor capacidad (intercambiador gas-líquido GE-1502) utiliza líquido proveniente del mismo separador. El 27% de la corriente de la mezcla de gas y líquido va hacia el intercambiador gas-gas en el que la temperatura baja de 30 C a -30 C y el restante 73% va hacia el intercambiador gas-líquido en el que la temperatura desciende hasta -30 C. Las dos salidas de los intercambiadores van hacia un intercambiador de tubo y carcasa (GE-1503); por el lado carcasa fluye propano como medio refrigerante (cuyo proceso será detallado a continuación) para disminuir la temperatura de la corriente que fluye por los tubos de - 30 C a - 40 C, permitiendo así la licuefacción de propanos y butanos. Seguidamente la corriente gas-líquido va hacia el separador frío (GV-1607) en el cual se separa la fase gaseosa (C 1, C 2, CO 2, N 2 ) y la fase líquida (C 3, C 4, C 5, C 6 ); este separador frío está diseñado para trabajar a 535 psig y - 40 C. Sistema de refrigeración con propano La temperatura del gas de entrada debe ser reducida a - 40 C para condensar y recuperar los componentes deseados contenidos en el gas. La temperatura es disminuida usando un sistema exterior de refrigeración utilizando propano como medio refrigerante. Este sistema de refrigeración se utiliza también para condensar una fracción de la corriente de gases de cabeza de la torre de-etanizadora para el reflujo requerido en dicha torre de separación. El sistema de refrigeración es un circuito cerrado; el gas y líquido de entrada así como los gases de cabeza de la torre de-etanizadora vaporizan el propano líquido que fluye por el lado de la carcasa del intercambiador de calor de la corriente 29

38 gas-líquido (GE-1503) hacia el separador frío y del intercambiador de calor de la corriente de salida de los gases del domo de la torre de-etanizadora (GE-1504C); las condiciones del propano a la salida de estos intercambiadores son 14,7 psig y - 40 C. Los vapores de propano fluyen hacia el sistema de compresión (GC-1101) donde se comprimen a 247 psig. El propano comprimido es condensado y enfriado en enfriadores por aire (GA-1906) y en intercambiadores de tubo y carcasa (GE-1906/07 y GE-1511) hasta una temperatura de 37 C para luego ser enviado a un tanque igualador de presiones (GV-1617) y posteriormente a un recipiente denominado economizador (GV-1616), que con una válvula controladora de nivel provoca una caída de presión de 74 psig, con lo que la temperatura disminuye de 37 C a 9 C. El vapor producido en este economizador va a la entrada de la cuarta etapa de los compresores, mientras que el propano líquido es enviado a los intercambiadores de la corriente gas-líquido y de la corriente de gases del domo de la torre de-etanizadora y mediante una válvula de control de nivel, del lado de la carcasa de estos intercambiadores se disminuye la presión a 14,7 psig con lo que la temperatura disminuye a -40 C. Los vapores producidos en los intercambiadores de calor van al depurador de succión (GV-1614) del sistema de compresión para finalmente ingresar a la primera etapa de los compresores y así completar el circuito. Separación de productos El líquido proveniente del separador frío pasa al proceso de separación de sus componentes, este proceso de separación consta de las siguientes etapas: - Torre De-etanizadora (GV-1609) Es un recipiente vertical de 84 pies de extremo a extremo, con dos secciones; la inferior de 44 pies y diámetro interior de 66 plg, y la superior de 38,5 pies y diámetro interior de 42 plg. La torre está formada por 36 platos Flexitrays de la marca Koch Engineering Company. Los 17 platos de cabeza son de 42 plg de paso único y los 19 platos del fondo de 66 plg son de doble paso. 30

39 El líquido del separador frío después de ser calentado en el GE-1502 es enviado al intercambiador de calor GE-1511 para incrementar la temperatura de la alimentación a la torre de-etanizadora. Antes de entrar a dicha torre la corriente del separador frío se une con la corriente del líquido saliente de los deshidratadores GV-1626/27; esta alimentación tiene una temperatura de 32.7 C, una presión de 461 psig, y una fracción de vapor de 0.44; en estas condiciones se alimenta a la torre en el plato 19. La función de la torre de-etanizadora es separar, por fraccionamiento, el metano y etano del propano y los componentes pesados, contenidos en la alimentación de la columna. Pequeñas cantidades de propano saldrán por la cabeza de la columna, pero esta cantidad debería ser mínima y es un factor de control de la torre de-etanizadora. El metano, etano y algunos vapores de propano salen por la parte alta de la torre y van hacia el condensador de reflujo GE-1504C y luego al acumulador GV Torres Debutanizadoras (GV-1611 y GV-1624) El flujo de fondo de la torre de-etanizadora, se divide en dos corrientes iguales que ingresan a cada una de las torres debutanizadoras en el plato 19 a una temperatura de 80 C. Las torres debutanizadoras son torres verticales de 75 pies de altura y 48 plg de diámetro interior; tienen 33 platos Flexitrays de paso único de la marca Koch Engineering Company. La función de las torres debutanizadoras es separar, por fraccionamiento, el propano y el butano de los componentes más pesados contenidos en la corriente de alimentación de la columna. Pequeñas cantidades de butano se deja salir por la base de las columna con la corriente de gasolina; sin embargo, el butano presente en el fondo deberá ser mínimo. La cantidad de butano en la salida de la base de las columnas es un factor de control para las torres debutanizadoras. Los vapores de propano y el butano salen por la cabeza de cada una de las torres debutanizadoras y pasan respectivamente a través de los condensadores de reflujo GA-1903 y GE-1510 y por los condensadores GA-1907 y GE Todos los vapores de cabeza se condensan y el líquido va al acumulador de 31

40 reflujo GV-1612 y GV-1621 respectivamente. Los condensadores de reflujo GA-1903 y GA-1907 son aero-enfriadores mientras que GE-1511 y GE-1509 son intercambiadores de calor de tubo y carcasa que utilizan agua como medio refrigerante. Todos los gases de cabeza de cada una de las torres debutanizadoras son condensados y el caudal total de líquido se divide en dos corrientes; una como reflujo a las torres y otra constituye la producción total G.L.P. (propano y butano) que es enviada a través del enfriador de producto GE-1908 y GE-1909 respectivamente hacia las esferas de almacenamiento de G.L.P. Los intercambiadores de calor GE-1908 y GE-1909 son intercambiadores de tubo y caracas que utilizan agua como medio refrigerante. El líquido del fondo de las torres es enviado a través de dos aero-enfriadores GA-1904 y GA-1905 para cada una de las corrientes de las torres hacia los tanques de almacenamiento gasolina natural 4. En la figura 10 se muestra un diagrama de flujo del proceso criogénico de la Planta de Gas del Complejo Industrial Shushufindi. 32

41 Figura 10. Diagrama de flujo Planta de Gas 33

42 5.1.2 Metodología para simulación de proceso criogénico de Planta de Gas utilizando ASPEN Plus. Para la simulación del proceso criogénico en ASPEN Plus se realizó el siguiente procedimiento. 1. Crear una nueva simulación en blanco Figura 11. Nueva simulación en ASPEN Plus Fuente: Simulador ASPEN Plus Seleccionar el tipo de corrida que se va a realizar, para este estudio se utilizó flowsheet en el cual se incluye estudios de sensibilidad y optimización; además se definieron las unidades de medida para la simulación y las condiciones de referencia. Figura 12. Especificaciones iniciales Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 34

43 3. Se especificaron los compuestos que conforman las corrientes de alimentación a la Planta de Gas; estos compuestos forman parte de la base de datos del simulador. Figura 13. Especificaciones de compuestos Fuente: Simulador ASPEN Plus Se estableció como método de propiedades para el presente trabajo la ecuación de estado de Peng-Robinson Figura 14. Método de propiedades Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 35

44 5. Se definieron los modelo a utilizar en el proceso criogénico con sus respectivas especificaciones; algunos modelos en el diagrama de flujo son repetitivos por lo que a continuación se detalla de cada modelo un ejemplo. MIXER (Mezclador) Figura 15. Modelo de mezclado Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 FSPLIT (Divisor) Figura 16. Modelo de divisor Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 36

45 MODELO HEATER Figura 17. Modelo Heater Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 MODELO HEATX Figura 18. Modelo Heatx Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 37

46 MODELO FLASH2 Figura 19. Modelo Flash2 Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 MODELO SEP Figura 20. Modelo Sep Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 38

47 MODELO VALVE (Válvula) Figura 21. Modelo Valve Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 MODELO PUMP (Bomba) Figura 22. Modelo Pump Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 39

48 MODELO COMPR (Compresor) Figura 23. Modelo Compr Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 40

49 MODELO RADFRAC Figura 24. Modelo Radfrac Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 41

50 6. Una vez definido los modelos se especifican las corrientes de alimentación tanto de gas (corriente 1) como de líquidos (corriente 2) hacia la Planta de Gas. Figura 25. Especificación de corrientes Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 En la figura 26 se muestra el diagrama de flujo completo para la simulación del proceso criogénico. 42

51 Figura 26. Diagrama de Flujo Planta de Gas 43

52 7. Una vez dadas todas las especificaciones necesarias, y construido el diagrama de flujo del proceso, es recomendable reinicializar la simulación para evitar que el simulador tome resultados anteriores para las nuevas iteraciones. Figura 27. Reinicialización de simulación Fuente: Simulador ASPEN Plus Se inicia la simulación del proceso criogénico al 100% de carga y el simulador realiza los cálculos respectivos y muestra un mensaje de que los resultados obtenidos son correctos por lo pueden ser utilizados para el análisis respectivo. Figura 28. Inicio de simulación Fuente: Simulador ASPEN Plus 12 44

53 9. Con los resultados obtenidos se procede a realizar el análisis para validar la simulación respecto a los datos de diseño y poder utilizar el modelo modificando las condiciones de alimentación al 45% de carga y cambiando los coeficientes globales de transferencia de calor de diseño por los coeficientes de servicio en los intercambiadores de calor utilizados en el proceso criogénico. 10. Se repite el procedimiento 7 y 8 para las nuevas condiciones de simulación del proceso. 11. Con los resultados obtenidos en la segunda simulación se procede a optimizar las principales variables que afectan el proceso criogénico para recuperar el propano de la corriente de gas residual y así incrementar la producción de gas licuado de petróleo; las variables analizadas son presión y temperatura en los separadores; temperatura del fluido frío y caliente en los intercambiadores de calor; presión, reflujo y carga térmica en las torres de separación de productos y finalmente el flujo de propano en el sistema de enfriamiento. 45

54 6. RESULTADOS Los datos de diseño y los resultados de la simulación están indicados para cada una de las corrientes de proceso y están representados con números de acuerdo con el diagrama de flujo de la Planta de Gas (Figura 26). Las especificaciones de los equipos de intercambio de calor y separación de productos utilizados en la simulación tanto para 100% de carga como para 45% de carga a la Planta de Gas se muestran en el apéndice A. 6.1 Simulación para 100% de carga a Planta de Gas En la tablas 3 y 4 se indican los datos de diseño de la Planta de Gas y los resultados obtenidos en la simulación con 100% de carga; estos resultados muestran las corrientes de alimentación y las corrientes de productos; los resultados de todas las corrientes de proceso se muestran en el apéndice B. Tabla 3. Corrientes de alimentación para 100% de carga 46

55 Tabla 4. Datos de diseño y resultados de simulación para 100% de carga En la tabla 5 se muestra un balance molar del proceso tanto para los datos de diseño de la planta como para los resultados de la simulación de las corrientes de entrada y los productos obtenidos en la Planta de Gas Tabla 5. Balance general de Planta de Gas para 100% de carga 47

56 Los resultados indicados en la tabla 5 se muestran graficados en la figura 29, como se puede observar los balances de masa para cada uno de los productos obtenidos en la simulación presentan una pequeña diferencia en moles respecto a los datos de diseño utilizados. Sin embargo, es importante indicar que el balance general es igual tanto para el diseño como para la simulación, por lo que podemos considerar que el modelo utilizado es correcto. Figura 29. Comparación entre datos de diseño y resultados de simulación 6.2 Validación de simulación Para validar los resultados de la simulación de la Planta de Gas realizada en ASPEN Plus, se analizaron los datos obtenidos y se tomaron los siguientes parámetros como puntos de comparación entre los datos de diseño y los resultados de la simulación en cada una de las corrientes de proceso. 48

57 Fracción de vapor Temperatura Flujo molar de propano Densidad Peso Molecular En las figuras 30, 31, 32, 33 y 34 se muestran los resultados del análisis antes mencionado. Figura 30. Fracción de vapor en cada corriente de proceso Figura 31. Temperatura en cada corriente de proceso 49

58 Figura 32. Flujo molar de propano en cada corriente de proceso Figura 33. Densidad en cada corriente de proceso 50

59 Figura 34. Peso molecular en cada corriente de proceso Como se puede observar en las figuras 30, 31, 32, 33 y 34, los resultados obtenidos en la simulación para cada uno de los parámetros analizados, es decir, la fracción de vapor, la temperatura, el flujo molar de propano, la densidad y el peso molecular presentan prácticamente los mismos valores que los datos de diseño de la Planta de Gas; el único dato que presenta una diferencia con los datos de diseño es la densidad de la corriente 8 (ver figura 33), que está formada principalmente por agua, lo cual puede justificarse debido a que el método utilizado para la estimación de propiedades es la ecuación de estado de Peng-Robinson que es válida para hidrocarburos ligeros y no para sustancias polares como el agua. Los resultados numéricos para cada parámetro analizado y para cada corriente de proceso se muestran en el apéndice B. Estos resultados permiten considerar que la simulación realizada es válida y puede ser utilizada para analizar modificaciones a la carga de alimentación a la Planta de Gas, con la finalidad de optimizar las principales variables del proceso criogénico para las condiciones de operación actuales. 51

60 6.3 Simulación para 45% de carga a Planta de Gas Para el análisis de la simulación de la Planta de Gas del Complejo Industrial Shushufindi en las condiciones de operación actuales se tomarán como referente los datos de operación tomados del sistema de control distribuido para una carga específica, que como se muestra en la figura 35 es de SCFD (pies cúbicos por día en condiciones normales). Figura 35. Sistema de carga a Planta de Gas Fuente: Cuarto de Control Planta de Gas (C.I.S.) 15 Los datos que se tomarán del sistema de control distribuido será el flujo de gas hacia la Planta y así se estimará el flujo de alimentación de líquidos en la misma proporción de la carga de gas Cálculo del porcentaje de carga Debido a que la carga a la Planta de Gas es reportada en flujo volumétrico, para determinar el porcentaje de carga a la Planta de Gas se utilizó la ecuación de estado de gas ideal con el factor de compresibilidad (z) tomado de los datos de diseño de la Planta de Gas; los resultados obtenidos se muestran en la tabla 6. 52

61 Tabla 6. Porcentaje de carga a Planta de Gas Determinación de la composición de la carga de gas En la tabla 7 se muestran las composiciones típicas de las corrientes de gas utilizadas como carga a la Planta de Gas, las cuales provienen de 7 estaciones de producción de petróleo. Es importante señalar que el gas obtenido como subproducto en estas estaciones es sometido a un proceso de compresión para obtener una corriente gaseosa compuesta principalmente por nitrógeno, dióxido de carbono, metano, etano, propano y butano; además de otra corriente en fase líquida compuesta por pentano y hexano. Estas corrientes de gas y líquido son enviadas hacia la Planta de Gas para su tratamiento y obtención de G.L.P. Cabe indicar además que actualmente en el laboratorio de control de calidad del Complejo Industrial Shushufindi, no se realizan cromatografías de los líquidos de entrada a la Planta de Gas, por lo que se analizarán como parámetros de referencia solamente las cromatografías de las corrientes gaseosas. 53

62 Tabla 7. Cromatografías de gas utilizados como carga a Planta de Gas Fuente: Laboratorio de Control de Calidad (C.I.S.) 14 Con los datos mostrados en la tabla 7 se procede a realizar un cálculo estadístico para determinar la media (x) y la desviación estándar (s) de las composiciones que presentan las corrientes gaseosas de las diferentes estaciones, para así validar la carga del 45% utilizada en la simulación de la Planta de Gas, los resultados obtenidos se muestran en la tabla 8. 54

63 Tabla 8. Media y desviación estándar para cada componente Resultados de simulación En la tabla 9 se muestra las corrientes de alimentación (1 y 2) utilizadas para la simulación con una carga de 45% a la Planta de Gas; mientras que en la tabla 10 se indican los resultados de la simulación para cada uno de los productos obtenidos en el proceso criogénico. Además en la tabla 11 se muestra un balance molar global de la Planta de Gas obtenido en la simulación con ASPEN Plus. Los resultados de la simulación de todas las corrientes de proceso de la planta se muestran en el apéndice C. 55

64 Tabla 9. Corrientes de alimentación para 45% de carga Tabla 10. Corrientes de productos para 45% de carga 56

65 Tabla 11. Balance general de Planta de Gas para 45% de carga Como se puede observar en los resultados obtenidos en la tabla 11 los balances de masa se cumplen satisfactoriamente para todas las corrientes de proceso. Tomando como base la simulación realizada se procedió a analizar las diferentes variables de proceso para identificar aquellas que permiten una mayor recuperación de propano en la corriente de gas residual y así incrementar la producción de G.L.P. 6.4 Optimización de variables de proceso Las variables analizadas para la optimización del proceso criogénico fueron: Acumulador de entrada GV-1601 Se analizó la presión y temperatura del acumulador de entrada (GV-1601), ya que estas son las dos variables que afectan la primera separación de la fase gas, líquido y principalmente la separación del agua que, como se dijo anteriormente, al ser un proceso criogénico en el cual se trabaja a temperaturas abajo del punto de solidificación del agua, esta puede causar taponamientos en los circuitos del sistema de enfriamiento, provocando caídas de producción e incluso paro total de operación de la planta, los resultados obtenidos se indican en la tabla

66 Tabla 12. Datos de operación y resultado de simulación GV-1601 Los resultados de la simulación nos indican que operacionalmente se puede optimizar la presión para obtener un mejor resultado en la separación inicial de la fase gas, líquido y el agua obteniéndose así condiciones menos severas y logrando eliminar cerca del 50% del agua en las corrientes de alimentación. Intercambiadores de calor GE-1501 y GE-1502 Los intercambiadores de calor GE-1501 y GE-1502 son intercambiadores de placas de alta eficiencia y constituyen la primera etapa del sistema de enfriamiento; las variables analizadas para el intercambiador GE-1501 fueron las temperaturas del fluido caliente que es una mezcla gas-líquido proveniente de los deshidratadores y el fluido frío que es el gas residual proveniente del separador frío (GV-1607); para el intercambiador de calor GE-1502 que es de mayor capacidad que el GE-1501 se analizó las temperaturas del fluido caliente que es una mezcla gas-líquido proveniente de los deshidratadores y el fluido frío que es el líquido proveniente del separador frío (GV-1607). Los datos de operación y resultados se muestran en las tablas 13 y 14. Tabla 13. Datos de operación y resultado de simulación GE

67 Tabla 14. Datos de operación y resultado de simulación GE-1502 Los intercambiadores de calor GE-1501 y GE-1502 son la primera etapa del sistema de enfriamiento y es muy importante alcanzar la temperatura más baja posible para iniciar el proceso de licuefacción; como se puede observar en las tablas 13 y 14 las diferencias de temperatura entre la simulación y los datos de operación para el fluido caliente en el primer intercambiador es de 3,4 C y en el segundo es de 11,5 C lo que nos permite indicar que sí es posible la optimización de estas variables para lograr una mayor recuperación del propano ya que, si se mantiene la presión constante en los procesos de licuefacción, las temperaturas más bajas favorecen el proceso logrando un mayor recuperación de componentes livianos como el propano. Intercambiador de calor GE-1503 El intercambiador de calor GE-1503 es la segunda etapa del sistema de refrigeración; por el lado de los tubos fluye la mezcla gas-líquido que fue pre-enfriada en los intercambiadores de placas y por el lado de la carcasa fluye propano que se utiliza como medio refrigerante (fluido frío); las temperaturas del refrigerante no están disponibles en el sistema de control. Es importante indicar que en la simulación la temperatura de salida del propano es menor que a la entrada por la caída de presión en el intercambiador de calor que es de 2 psia. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla

68 Tabla 15. Datos de operación y resultado de simulación GE-1503 Estos resultados nos indican que operacionalmente es posible disminuir la temperatura del fluido caliente optimizando el flujo de propano hacia este intercambiador; es decir con el resultado de la simulación se obtiene el flujo necesario que permite retirar la mayor cantidad de energía del fluido caliente y por ende obtener una menor temperatura del mismo; es importante indicar además que al producirse el intercambio de calor la energía que transfiere el fluido caliente al fluido frío es la necesaria para vaporizar completamente la corriente de propano que ingresa al intercambiador como refrigerante; esta condición del propano a la salida del intercambiador es muy importante, puesto que luego esta corriente se une con la corriente de salida de propano del intercambiador GE-1504C y van hacia la succión del compresor; esta corriente a la succión del compresor debe tener una fracción de vapor de 1 para evitar daños en el sistema de compresión del propano. Intercambiador de calor GE-1504C Este intercambiador de calor es el condensador del flujo de vapor que sale por el domo de la torre de-etanizadora y al igual que el intercambiador GE-1503 utiliza propano como medio refrigerante y no están disponibles los datos de temperaturas de dicho servicio. Los resultados se indican en la tabla

69 Tabla 16. Datos de operación y resultado de simulación GE-1504C Las diferencias de temperatura mostradas en la tabla anterior son de aproximadamente 3 C lo que operacionalmente afectaría al perfil térmico de la torre de-etanizadora ya que el fluido que es enfriado es utilizado como reflujo hacia la torre y por ende cambiará la composición del destilado. La diferencia de temperaturas a la entrada del fluido caliente se debe principalmente al reflujo que utiliza el modelo en la simulación ya que este es mayor que el utilizado en la operación normal de la de-etanizadora; al tener un mayor flujo frío hacia dicha torre este provoca una temperatura menor en el domo; a su vez esto provoca que al simular el intercambiador de calor con el área especificada y el coeficiente global de servicio se obtenga como resultado una temperatura mayor que la de operación normal, puesto que el modelo realiza un balance de energía en estas condiciones. Separador frío GV-1607 Es un separador flash en el cual se produce la separación de la fase gas y líquido proveniente del sistema de enfriamiento, es decir se produce la separación del gas residual (dióxido de carbono, nitrógeno, metano, etano y trazas de propano) de la corriente líquida compuesta de los gases licuados y los componentes líquidos que conforman la carga líquida a la planta de gas (propano, butano, pentano y hexano); las variables analizadas fueron la presión y temperatura del separador. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla

70 Tabla 17. Datos de operación y resultado de simulación GV-1607 En este equipo la temperatura no puede ser optimizada ya que esta depende del sistema de enfriamiento y este equipo es solamente un acumulador; pero sí es posible optimizar la presión ya que permitiría trabajar a condiciones menos severas y obtener mejores resultados en la separación de la fase gas y líquida. Torre de-etanizadora GV-1609 En esta torre se produce la primera separación de productos obteniéndose por el domo una corriente compuesta de gas residual además de propano; este propano es condensado en el intercambiador de calor GE-1504C que es utilizado como relujo hacia la torre; este flujo es un parámetro importante de control ya que de este depende la concentración de propano en la salida de la corriente de gas residual al separarse en el acumulador de cabeza de la torre de-etanizadora. Tabla 18. Datos de operación y resultado de simulación GV

71 Los resultados de la tabla 18 nos indican que la presión de operación de la torre se debería incrementar, al igual que el reflujo, para obtener mejores resultados en la separación de los productos más ligeros por el domo de la torre y evitar una pérdida de propano en esta corriente de gas residual, como se observan en los resultados de la simulación de la corriente número 24 (ver apéndice C), en el cual se observa que la concentración de propano es de 8,2458 lbmol/h que representa 1,3 % molar en la corriente de gas residual que es el valor especificado en el diseño de la columna. Torre debutanizadora GV-1611 La torre debutanizadora es la segunda etapa de separación de productos en la cual se obtiene como producto en el domo el gas licuado de petróleo (G.L.P.) que luego de un proceso de enfriamiento va a almacenarse como producto final; como producto por el fondo de la torre se obtiene la gasolina natural, que luego de enfriamiento va hacia el almacenamiento de producto terminado. Tabla 19. Datos de operación y resultado de simulación GV-1611 Torre debutanizadora GV-1624 Esta torre cumple la misma función que la torre debutanizadora GV-1611, que como se observa en las tablas 19 y 20 tienen los mismos resultados en la simulación realizada. 63

72 Tabla 20. Datos de operación y resultado de simulación GV-1624 En estas torres de separación el reflujo se puede disminuir y aumentar la presión para obtener una mejor separación de productos, cumpliendo con las especificaciones de comercialización, principalmente para el G.L.P. y también permitirá disminuir la carga energética en el re-hervidor haciendo que el proceso sea más eficiente tanto en consumo de energía como en separación de productos. Sistema de refrigeración con Propano El sistema de refrigeración es un circuito cerrado que utiliza propano como medio refrigerante; este sistema consta de las siguientes etapas: - Compresión: Compresor centrífugo multietapa (GC-1101 primera y tercera etapa) - Enfriamiento: Aeroenfriadores (GA-1906) e intercambiador de calor (GE1511) - Acumulación: Acumulador de propano (GV-1617) - Caída de presión: Válvulas controladoras de nivel (LV-15; LV-51; LV-54) - Separación de fase gas-líquido: Separador flash (GV-1616) - Evaporación: Intercambiadores de calor (GE-1503 y GE-1504C) Los resultados de las corrientes del circuito de propano indicadas en la tablas 21 y 22 corresponden al diagrama de flujo de la simulación mostrada en la figura

73 Tabla 21. Resultado de simulación sistema de refrigeración Tabla 22. Resultado de simulación sistema de refrigeración (Continuación) Tabla 23. Balance molar a la entrada y salida del compresor GC-1101 La optimización del sistema de enfriamiento se lograría con un flujo total de propano de 795 lbmol/h puesto que al realizar la simulación con este flujo se 65

74 consiguen las temperaturas más bajas de las corrientes calientes que se desea enfriar utilizando propano, consiguiendo además la transferencia de energía hacia el propano para vaporizarlo completamente, lo cual permitirá que esta corriente pueda ingresar al sistema de compresión sin problemas; además, es importante considerar las caídas de presión en las válvulas de entrada a los intercambiadores GE-1503 y GE-1504C, ya que éstas causan una expansión del propano provocando un descenso de temperatura, permitiendo así un enfriamiento más eficiente y por ende una mayor recuperación del propano de la corriente de gas residual. 6.5 Análisis de composición de gas residual Con la optimización de las principales variables del proceso criogénico de la Planta de Gas y la determinación de las condiciones óptimas en el sistema de refrigeración con propano, en la tabla 24 se muestra los resultados de la composición de la corriente de gas residual para la simulación al 45% de carga y se hace la comparación con la cromatografía de gases para la misma corriente realizada por el laboratorio de control de calidad del Complejo Industrial Shushufindi. Tabla 24. Cromatografía y resultados de simulación para la corriente de gas residual 66

75 Los resultados de la tabla 24 nos indican que, de acuerdo a la simulación del proceso criogénico de la Planta de Gas, si las principales variables son optimizadas, se puede recuperar el 9,25% en peso de propano de la corriente de gas residual; esta recuperación de propano pasaría a formar parte de la corriente de producto de G.L.P. incrementando así la producción de este derivado en el mismo porcentaje, lo cual es muy conveniente para la producción de G.L.P. en el Ecuador, que como se dijo anteriormente es necesario importar este derivado para cubrir la demanda interna del país. La disminución del propano en la corriente de gas residual se puede observar en la figura 36 que es un gráfico comparativo entre la cromatografía realizada por el laboratorio de control de calidad y el resultado de la simulación. Figura 36. Comparación entre datos de cromatografía y resultados de simulación para el propano en la corriente de gas residual 67

76 6.6 Resultados de producción de G.L.P. y especificaciones del producto En la tabla 25 se muestra la producción de G.L.P. y las propiedades de este derivado obtenidas con la simulación de la Planta de Gas al 45% de carga y se indica además las especificaciones establecidas por el organismo de control en el Ecuador para la comercialización de G.L.P 16. Tabla 25. Producción de G.L.P. y especificaciones comerciales Como se puede observar en la tabla 25 la producción de gas licuado de petróleo (G.L.P.) es de 215,8 Ton/día que representa el 45% de la producción de G.L.P. considerando los datos de diseño de la Planta de Gas; este resultado de producción de G.L.P. obtenida con la simulación en ASPEN Plus del proceso criogénico con el 45% de carga, nos permite manifestar, que se debería tener un valor cercano a esta producción, operando la Planta de Gas con las variables de proceso optimizadas en el simulador. Además es importante indicar que en la tabla 25 se muestran las propiedades del G.L.P. determinadas con el simulador, las mismas que se encuentran en el rango de especificaciones que debe tener este derivado del petróleo para la comercialización en el Ecuador. 68

77 7. CONCLUSIONES 1. Los resultados obtenidos en la simulación del proceso criogénico al 100% de carga a la Planta de Gas, permiten afirmar que el simulador ASPEN Plus 7.2 tiene una metodología válida y confiable para el análisis y optimización de las principales variables del proceso criogénico al modificar las condiciones de operación. 2. Los balances de masa obtenidos en la simulación modificando las condiciones de alimentación a la Planta de Gas se cumplen satisfactoriamente para todas las corrientes de productos finales. 3. Mantener la presión de operación en el separador de entrada en 558 psia permite obtener un mejor resultado en la separación inicial, lo que permitirá trabajar en condiciones menos severas y eliminar cerca del 50% del agua en las corrientes de alimentación. 4. En la primera etapa de enfriamiento, que consta de los dos intercambiadores de placas, se debe mantener los flujos de la mezcla gas-líquido (fluido caliente) en 445,56 lbmol/h para el intercambiador de calor GE-1501 y en 952,49 lbmol/h para el intercambiador de calor GE-1502, lo que permitirá optimizar la transferencia de calor y así obtener las temperaturas deseadas para un mayor enfriamiento. 5. En la segunda etapa de enfriamiento (intercambiador de calor GE-1503) se debe mantener el flujo del refrigerante (propano) en 166,10 lbmol/h con una caída de presión a través de la válvula controladora de nivel de 65,3 psia; con lo que se conseguirá un mayor enfriamiento y por ende una mayor recuperación del propano en el fluido caliente. 6. En la primera etapa de separación de productos (torre de-etanizadora) es importante incrementar la presión a 475 psia, lo que permitirá disminuir la cantidad de refrigerante (propano) utilizada en el condensador de cabeza; optimizando así el flujo del medio refrigerante del sistema de enfriamiento. 69

78 7. Para la segunda etapa de separación de productos (torres debutanizadoras) se debe incrementar la presión de operación a 215 psia, lo que permitirá optimizar el flujo de agua de enfriamiento en los condensadores de cabeza y disminuir el reflujo a 37,97 gpm permitiendo optimizar la cantidad de energía utilizada en los re-hervidores. 8. El flujo optimizado del medio refrigerante en el sistema de enfriamiento es de 795 lbmol/h; flujo con el cual se logra un mayor enfriamiento y por ende un mayor rendimiento en la recuperación del propano incrementando así la producción de G.L.P. en la Planta de Gas. 9. La optimización de las variables analizadas en el proceso criogénico utilizando el simulador permite una recuperación del 9,25% en peso de propano de la corriente de gas residual, incrementando así la producción de G.L.P., obteniendo además el producto final bajo las especificaciones necesarias para su comercialización. 10. La producción de gas licuado de petróleo obtenida como resultado de la simulación representa la producción que teóricamente se debería obtener a las condiciones de alimentación a la Planta de gas analizadas, por lo que el modelo de simulación permite analizar los efectos generados ante un cambio en las variables del sistema, ya sea en las condiciones de operación o características de la alimentación sin necesidad de alterar el funcionamiento de la planta en tiempo real; de esta forma se pueden comparar alternativas de funcionamiento del proceso y determinar cambios que puedan mejorar la productividad y el desempeño de los distintos equipos. 70

79 8. RECOMENDACIONES 1. La simulación del proceso criogénico en estado estacionario es la base para continuar con el análisis y optimización de las variables de proceso para diferentes condiciones de operación y características del gas de alimentación, principalmente por los nuevos proyectos de captación de gas que incrementarán la carga hacia la Planta de Gas. 2. Utilizando el simulador ASPEN Plus es posible hacer una evaluación de los intercambiadores de calor, principalmente del sistema de enfriamiento que permitirán definir la eficiencia a las que estos están trabajando y establecer los períodos en los que se debe efectuar el mantenimiento preventivo para evitar caídas en la producción de gas licuado de petróleo (G.L.P.). 3. Al tener realizada la simulación en estado estacionario de la Planta de Gas sería muy importante continuar con el trabajo y realizar la simulación en estado dinámico de las etapas más críticas del proceso, como son el sistema de enfriamiento y la separación de productos con la finalidad de tener una mejor herramienta para el análisis del proceso al realizar cambios ya sean operacionales o en las características del gas de alimentación, lo que permitiría ahorrar tiempo en la estabilización del proceso y por ende un ahorro de dinero significativo, ya que la producción de G.L.P. se mantendría sin cambios importantes ni desestabilizaciones de la Planta de Gas. 71

80 9. BIBLIOGRAFIA 1. BANCO CENTRAL DEL ECUADOR: Cifras del Sector Petrolero Ecuatoriano, Informe Mensual año Disponible: Adquirido el 28 de Marzo INSTITUTO ARGENTINO DE LA ENERGÍA GENERAL MOSCONI, Situación actual de G.L.P., Noviembre RICHARD S. KRAUS, Petróleo y gas natural: Procesos de refino de petróleo, pág , Publicación GERENCIA DE REFINACION, COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI, Manual de Operación de la Planta de Gas, Shushufindi-Ecuador, CASTILLA. F, DIAZ. R, GIL V, PUIGBO. A, VILLARROEL. E., Manual para instalaciones de gas L.P, Industrias Ventane, WORLD LP GAS ASSOCIATION (WLPGA). Disponible: Adquirido el 1 de Abril BEDON, C., Precios internacionales de G.L.P., Blog Economía Petrolera, Abril INTRODUCTION TO ASPEN PLUS. Based on Aspen Plus December Disponible: Adquirido el 5 de Abril ABANADES J., Aplicación de un modelo fisicoquímico riguroso obtenido por simulación estacionaria y dinámica al control multivariable predictivo de una despropanizadora, Proyecto fin de carrera, Madrid, ASPEN PLUS, Aspen plus user guide, Aspen Technology Inc., Febrero

81 11. SIMULADOR ASPEN PLUS Versión 7.2, Help topics. 12. SIMULADOR ASPEN PLUS Versión 7.2, Workbook. 13. LUYBEN W.L., Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers. McGraw Hill, COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S.), Laboratorio de Control de Calidad (C.I.S.), Shushufindi, COMPLEJO INDUSTRIAL SHUSHUFINDI (C.I.S.), Cuarto de Control Planta de Gas, Shushufindi, INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN INEN, Norma Técnica Ecuatoriana, Productos Derivados del Petróleo G.L.P., Primera Edición, Quito-Ecuador. 73

82 APENDICE A. 10. ANEXOS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS UTILIZADOS EN SIMULACION Tabla A1. Especificaciones de intercambiadores de calor Fuente: Hoja de datos de diseño Planta de Gas (C.I.S.) Tabla A2. Especificaciones de torre de-etanizadora GV-1609 Fuente: Hoja de datos de diseño Planta de Gas (C.I.S.) 74

83 Tabla A3. Especificaciones de torre debutanizadora GV-1611 Fuente: Hoja de datos de diseño Planta de Gas (C.I.S.) Tabla A4. Especificaciones de torre debutanizadora GV-1624 Fuente: Hoja de datos de diseño Planta de Gas (C.I.S.) 75

84 APENDICE B. DATOS DE DISEÑO Y RESULTADOS DE SIMULACION AL 100% DE CARGA Tabla B1. Datos de diseño y resultados de simulación 100% carga 76

85 Tabla B2. Datos de diseño y resultados de simulación 100% carga (Continuación) 77

86 Tabla B3. Datos de diseño y resultados de simulación 100% carga (Continuación) 78

87 Tabla B4. Datos de diseño y resultados de simulación 100% carga (Continuación) 79

88 Tabla B5. Datos de diseño y resultados de simulación 100% carga (Continuación) 80

89 APENDICE C. RESULTADOS DE SIMULACION PARA 45% DE CARGA Tabla C1. Resultados de simulación 45% de carga 81

90 Tabla C2. Resultados de simulación 45% de carga (Continuación) 82

91 Tabla C3. Resultados de simulación 45% de carga (Continuación) 83