Mejoras Tecnológicas en Planta Criogénica No. 2 CPG Ciudad Pemex. Ing. Luis Santiago Caro Castillo

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Guillermo Godoy Cano
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Planta Criogénica No. 2 CPG Ciudad Pemex Ing.

1 1er Congreso y Exposición Abasto, Logística y Distribución de Hidrocarburos, Petrolíferos Y Petroquímicos Mejoras Tecnológicas en Planta Criogénica No. 2 CPG Ciudad Pemex Ing. Luis Santiago Caro Castillo Sustentabilidad Energética enero 2018 Villahermosa, Tabasco Parque Tabasco Dora Maria

2 Introducción Gas Natural Gas Natural Metano Etano Propano n_butano i_butano n_pentano i_pentano Hexanos + Bióxido de Carbono Ácido Sulfhídrico Nitrógeno Agua Mercurio Componentes deseados Componentes no deseados

3 Introducción Dependiendo de la naturaleza de los contaminantes, se seleccionan los procesos necesarios para su remoción: Comúnmente, el gas amargo contiene cantidades importantes de ácido sulfhídrico (H2S), que es muy corrosivo y por lo tanto, es necesario retirar del gas natural para poder continuar el procesamiento. El proceso empleado para eliminar el H2S es conocido como Girbotol o proceso de endulzamiento, en donde se emplea una torre de proceso para que un solvente (amina) entre en contacto con el gas, el solvente es afín al H2S y lo retira del gas dejando la corriente con una cantidad mínima del contaminante, el gas resultante es denominado gas dulce.

4 Introducción La corriente de solvente contiene el H2S removido del gas, por lo que se requiere eliminar del solvente para volverlo a emplear. La remoción del H2S del solvente rico se realiza mediante calentamiento en una torre regeneradora, la corriente de solvente sin H2S es denominada pobre y puede volver a emplearse para el tratamiento del gas. La corriente de gas con el H2S, se conoce como gas ácido y es la materia prima principal para el proceso de recuperación de azufre.

5 Antecedentes Dentro del sistema de procesamiento de gas dulce, la recuperación de licuables mediante procesos criogénicos destacan por que mediante ellos es posible separar con alta eficiencia, los hidrocarburos pesados en forma líquida y permiten la obtención de gas limpio que se puede emplear como gas combustible. Recuperación de Azufre Azufre Gas Natural seco Eliminación de Nitrógeno Gas Natural con bajo contenido de Nitrógeno Gas ácido Gas Natural (Amargo ) Endulzamiento Gas dulce Recuperación licuables (Criogénicas) Líquidos del Gas Fraccionamiento Etano Gas Natural Licuado (LPG) Naftas

6 Antecedentes La fase líquida resultante del proceso criogénico puede estar constituida, por los componentes, a partir del etano y más pesados, o en casos especiales a partir del propano y más pesados; por lo que la fase gaseosa la constituyen los componentes ligeros contenidos en el gas de alimentación. El procesamiento posterior de los líquidos del gas, se realiza en plantas fraccionadoras, donde los diferentes componentes de la mezcla de hidrocarburos son separados.

7 Planta Criogénica No. 2 La Planta Criogénica No. 2 del CPG Ciudad Pemex, se construyó durante los años para recuperar la capacidad de procesamiento perdida por un severo accidente en el CPG Cactus en el que se destruyó una planta criogénica. La planta se diseñó para recuperar en fase líquida, los componentes a partir del propano; la capacidad de procesamiento fue de 600 mmpcd; dentro de los principales adelantos tecnológicos que se incluyeron se encontraban: Empleo de Caja fría (cold box) Recuperadores de Calor en los equipos de turbocompresión.

8 Intercambiadores de calor Caliente Caliente Caliente EA-2153 Fría Fría Fría

9 Planta Criogénica No. 2 Durante más de 16 años, la Planta Criogénica No. 2, se mantuvo como la planta de mayor recuperación de propano dentro del sistema; sin embargo, a partir del año 2010, la demanda de etano en el mercado nacional se incrementó, dando lugar al surgimiento de un mercado atractivo para el etano, que hasta ahora, se enviaba como parte del gas residual a nuestros clientes. Adicionalmente, Pemex debía cumplir con contratos que debido a la apertura comercial, se tienen firmados con algunos particulares (BRASKEM- IDESA, Mexicana de Vinilo, etc.) Por lo anterior, surgió la necesidad de modificar el proceso para incrementar la oferta de etano.

10 Planta Criogénica No. 2 Dentro de las actividades que Pemex realizó para atender la creciente demanda de etano; la Planta Criogénica No. 2 del CPG Ciudad Pemex, se modificó para recuperar hidrocarburos líquidos a partir del etano, con la premisas siguientes: Mantener la capacidad de procesamiento de gas (600 mmpcd) Lograr una recuperación de mínima 90% de etano Emplear la mayor cantidad de los equipos existentes La contratista responsable de las modificaciones fue ICAF, quien también participó como el licenciador y constructor inicial de la planta.

11 Planta Criogénica No. 2 Dados los requerimientos de recuperación en forma líquida de un componente más ligero que el de diseño, la planta debe ser capaz de enfriar mas el gas de alimentación, para lograr que el etano pueda licuarse y manejarse en fase líquida. Propano Etano H H H H H H C C C H H C C H H H H H H Temp de ebullición: -42 C Peso Molecular: 44 Kg/kgmol Temp de ebullición: -89 C Peso Molecular: 30 Kg/kgmol

12 Planta Criogénica No. 2 El enfriamiento adicional que la planta requiere para recuperar etano, se obtiene al dividir en dos corrientes el flujo total de alimentación, enfriando la mayor mediante una modificación en el sistema de refrigeración y la parte restante con un nuevo intercambiador de placas y aletas (Caja Fría). Los líquidos fríos del fondo de la columna absorbedora, se emplean para intercambiar calor con la corriente de mayor flujo del gas de alimentación, logrando enfriarlos aun mas. El expansor continua siendo estratégico para alcanzar el subenfriamiento del gas de alimentación y condensar una buena parte de los hidrocarburos pesados contenidos en el gas de carga.

13 Planta Criogénica No. 2 Para atender estas premisas, ICAF aplicó la tecnología RGR (Recycle Gas Residual) que consiste en reflujar la columna absorbedora con una corriente subenfriada de metano que al autoevaporse en el domo de la columna provee una refrigeración adicional que condensa el etano que se encuentre presente y permite incrementar la recuperación. Lo anterior, implica recircular parte del gas residual de la planta, hacia un intercambiador de placas y aletas (en una caja fría), reducirle la presión y enviarlo como reflujo al domo de la columna. Para efectuar el reciclo, se requiere el empleo de servicio de compresión disponible en la planta.

14 Enfriamiento del gas de alimentación T= -102 C EA-2153 Gas Residual (C1) T= 19.5 C T= C Metano Gas Reciclo (C1) T= 32 C T= 40 C T= -38 C T= -75 C FA-2102 GC-2101 T= -59 C DA-2101 P= 24 kg/cm 2 Gas Dulce 30% 70% T= -5 C T= -25 C EA-2151 EA-2152 C3 C3 EA-2154 T= -35 C T= -35 C De DA-2102 A DA-2102 T= -53 C

15 Esquema de reflujo a DA-2101 EA-2153 T= -102 C Gas Residual T= 19.5 C P= 23.1 kg/cm 2 T= C DA-2101 P= kg/cm 2 P= 24 kg/cm 2 Gas Reciclo T= 32 C P= 66.7 kg/cm 2 T= C P= 66.0 kg/cm 2 FV-440 T= -111 C Gas Dulce T= 38 C P= 64.4 kg/cm 2 T= C P= 63.7 kg/cm 2 FV-441 T= -106 C

16 Gas de reciclo TURBINA GB-2102-A/B/C EA-2109-A/B/C FD-2103-A/B Gas residual a LB EA-2153 Gas residual DA-2101 Gas de reciclo Gas dulce

17 Planta Criogénica No. 2 Algunas secciones de tubería debieron ser reemplazados por la condición de menor temperatura a la que ahora se opera, por lo que el aislamiento de las columnas fue removido y sustituido por un material especial, menor espesor y mayor eficiencia (Criogel). El domo de la columna DA-2101, operaba a -62 C ahora opera a -102 C. DA-2101 DA-2101 El material empleado, permitió mantener el mismo espesor del aislamiento sin incrementar las pérdidas de energía.

18 Columna DA-2101 Con la nueva configuración de la planta criogénica No. 2, se debe tener la precaución de ajustar correctamente el flujo de gas de reciclo, ya que en caso de exceder el recomendado, se provoca arrastre de hidrocarburos pesados, con la consecuente reducción de eficiencia. Gas dulce + Gas de reciclo DA-2101

19 Recuperación de etano Durante las pruebas de comportamiento, se logró demostrar que la planta es capaz de recuperar hasta 95% del etano contenido en el gas de alimentación; no obstante, es preciso que se cumplan las siguientes premisas: Alta presión en el gas de alimentación Presión de la sección de baja menor de 27.5 kg/cm 2 Flujo estable de gas de reciclo Carga total a través del Expansor El personal operativo, se avoca al cumplimiento de estas premisas en la operación diaria para alcanzar los objetivos.

20 Actividades adicionales Las modificaciones realizadas en la planta criogénica No. 2, incluyeron una serie de actividades adicionales para el personal responsable de la operación: Actualización de Procedimientos de Operación y Mantenimiento Modificación de la filosofía de control Actualización de Diagramas de Tubería e Instrumentación Capacitación al personal Actualización de Procedimientos de emergencia

Diagrama de flujo (Antes) GB-2102-A/B/C EA-2109-A/B/C Gas Residual a ductos EA-2104 EA-2103 FA-2103 Propano GB-GC-2101 GA-2102-A/B/C PV-102 DA-2102 FA-2102 Gas Húmedo Dulce DA-2111-A/B/C/D

21 Diagrama de flujo (Antes) GB-2102-A/B/C EA-2109-A/B/C Gas Residual a ductos EA-2104 EA-2103 FA-2103 Propano GB-GC-2101 GA-2102-A/B/C PV-102 DA-2102 FA-2102 Gas Húmedo Dulce DA-2111-A/B/C/D FD-2101/02-A/B FA-2104 EA-2102 DA-2101 EA-2101-A/B FA-2101-A/B Sistema de Deshidra tación FA-2181s FA-2106 EA-2105 EA-2102-FA-1 GA-2101-A/B/C EA-2106 EA-2107 EA-2108s GA-2104-A/B Líquidos del Gas (NGL)

22 Diagrama de flujo (Después) GB-2102-A/B/C EA-2109-A/B/C Gas Residual a ductos FD-2103-A/B GB-GC-2101 FA-2104 FA-2102 PV-102 DA-2102 DA-2101 Gas Húmedo Dulce DA-2111-A/B/C/D FD-2101/02-A/B EA-2153 EA-2101-A/B FA-2101-A/B Sistema de Deshidra tación FA-2181s FA-2106 EA-2105 GA-2101-A/B/C EA-2106 EA-2101-C EA-2151 EA-2152 GA-2104-A/B Líquidos del Gas (NGL) Equipos y líneas nuevas Propano EA-2154

23 Gracias

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