gas natural licuado (gnl)
TRANSCRIPT
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Gas Natural Licuado (GNL)
Realizado por:
Igor Arispe Terceros
Jorge Martnez Terceros
Yamil Sejas Surez
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Gas Natural
El gas natural convencional generalmente se genera en reservoriosprofundos, puede encontrase asociado con el petrleo (gas asociado)o en embalses que contienen poco o ningn petrleo (gas noasociado)
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Gas Natural
El gas asociado es producido con el petrleo y separado en elcasinghead o fuente. El gas no asociado a veces es llamado gas depozo o gas seco. Sin embargo, este gas seco todava puede contenercantidades significativas de componentes LGN.
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Composicin del Gas Natural
Componente Composicin (%) Molar
Nitrgeno N2 0.31
Dixido de Carbono CO2 5.79
Metano CH4 86.11
Etano C2H6 7.23
Propano C3H8 0.51
i-Butano C4H10 0.02
N-Butano C4H10 0.01
i-Pentano C5H12 0.01
n-Pentano C5H12 0.01
Hexano C6H14 0.00
Heptano+ C7+ 0.00
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Composicin del Gas Natural
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Impurezas del Gas Natural
Agua.
Especies de azufre
Mercurio
CO y CO2
Oxigeno
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Clasificacin del Gas Natural
El gas natural es clasificados de acuerdo a:
Contenido de Lquidos La composicin del gas desempea un papel crtico en la economa del procesamiento
de gas. Los lquidos que acompaan al gas natural, por lo general definidos como C2+,de acuerdo a la cantidad presente tenemos un gas natural: magro, o rico.
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Contenido de Lquidos
Para cuantificar el contenido delquidos de una mezcla de gasnatural, la industria usa comounidad de cuantificacin losGPM, o galones de lquidosrecuperable por 1000 piescbicos estndares de gas.
ComponenteFraccin
molar , yi
Factor de
conversinGPM
H2O 0
H2S 0
N2 0,0131
C1 0,8655
CO2 0,0011
C2 0,0697
C3 0,0324 27,4816 0,8904
i-C4 0,0098 32,6260 0,3197
n-C4 0,0044 31,4433 0,1383
i-C5 0,0015 36,1189 0,0542
n-C5 0,0017 36,1189 0,0614
i-C6 0 41,3897 0
C6 0,0006 41,0157 0,0246
C7 0,0002 46,0020 0,0092
C8 0 51,0516 0
C9 0 56,1354 0
C10 0 61,2298 0
= 1 = 1,4979
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Contenido de Azufre
De acuerdo al contenido de azufre, podemosclasificar al gas natural como dulce y cido, que serefiere generalmente al H2S.
Generalmente, el dulce significa que el gas contiene menos de 4 ppmv de H2S. La cantidad de los H2S aceptable en el gas est entre 0.25 y 1.0 granos por 100 pc. (6 a 24 mg/Sm3, 4 a 16 ppmv).
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Usos del Gas Natural
El gas natural es una fuente de energa verstil que puede utilizarse en mbitos muy variados: calefaccin, generacin de electricidad son sus principales usos tradicionales.
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Almacenamiento de Gas Natural
La rigidez de los sistemas de recepcin, transporte y distribucin degas natural ha sido un obstculo para la masificacin del gas naturalen los pases con bajas temperaturas, que tienen una pronunciadadiferencia de consumo verano-invierno como consecuencia de lacalefaccin residencial.
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Almacenamiento de Gas Natural
Por esta razn se han buscado medios para balancearestos factores, apareciendo los almacenamientossubterrneos de gas como una solucin capaz depaliar la gran demanda de invierno.
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Almacenamiento de Gas Natural
Minas de sal abandonadas, yacimientosgasferos depletados, acuferos vacos, otros.,se utilizan en el mundo para almacenar gasdurante el verano para inyectarlo en las redesde distribucin en la poca de gran demanda.
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Almacenamiento de Gas Natural
Otra solucin ampliamente utilizada en el mundo es la utilizacin delGNL como medio para almacenar volmenes importantes de gas coneste propsito.
Son las denominadas peak-shaving plants o plantas de almacenajecriognico de gas.
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Gas Natural Licuado
El gas natural licuado (GNL) es gas natural enfriado a -160 C apresin atmosfrica, temperatura a la cual se condensa y se convierteen lquido.
Est compuesto principalmente por metano y por pequeascantidades de otros gases de petrleo licuado.
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Gas Natural Licuado
El GNL es inodoro, incoloro, no corrosivo y no txico, su densidad relativa es 0,45 y slo se quema si entra en contacto con aire a concentraciones de 5 a 15%.
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Procesos de obtencin del GNL
Licuefaccin
Para llevar a cabo el proceso de licuefaccin, el gas natural debe recibir unestricto tratamiento previo para tener un gas libre de impurezas y productoslicuables que puedan daar las instalaciones.
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Tratamiento del Gas
La produccin del GNL requiere temperaturas tan bajas como -258F (-161C), punto de ebullicin normal del metano, y, por consiguiente, losniveles de impureza aceptables en un gas para ser licuado son mucho msbajos que aquel de tubera
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Especificaciones del Gas
ImpurezaAlimentacin a la Planta
de GNLGasoducto
Agua < 0,1 ppmv 150 ppmv (7 lb/MMscf)
Sulfuro de Hidrogeno < 4 ppmv 0,25 - 0,30 g/100 Scf.
Dixido de Carbono < 50 ppmv 3 a 4% mol
Nitrgeno < 1 % mol 3% mol
Mercurio < 0,01 mg / Nm3 0.9 mg / Nm3
Butano 2% mol mx.
Pentano+ 0,1% mol mx.
Aromticos < 2 ppmv
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Ciclos de Licuefaccin
Los mtodos ms comunes usados en la prctica ingenieril para producirtemperaturas bajas son la expansin de Joule-Thomson y expansin enun motor haciendo trabajo externo.
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Ciclo Joule-Thomson
El coeficiente J-T es el cambio de temperatura que resulta cuando un gas se expande adiabticamente de una presin relativamente alta a una presin menor de tal modo que ningn trabajo externo es hecho
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Expansin de gases
ElementoTemperatura Inicial
F (C)
Temperatura Final
F (C)
Tfinal-TinicialF (C)
Metano 80 (27) -4 (-20) -44*(-47)
Nitrgeno 80 (27) 46 (8) -34 (-19)
Helio 80 (27) 91 (33) 11 (6)
Metano -10 (-23) -125 (-87) -115 (-64)
Nitrgeno -10 (-23) -60 (-51) -50 (-28)
Helio -10 (-23) 1 (-17) 11 (6)
Metano -46 (-43) -215 (-137) -169 (-94)
Nitrgeno -46 (-43) -107 (-77) -61 (-34)
Helio -46 (-43) -35 (-37) 11 (6)
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Ciclos de Expansin
La expansin de gas de alta presin a una presin inferior de manera reversible o casi reversible proporciona dos mejoras.
En primer lugar, en la expansin reversible, una fraccin grande del trabajo requerido para comprimir el gas puede ser recuperado y usado en otra parte en el ciclo
En segundo lugar, el proceso reversible causar un efecto de refrigeracin mucho ms grande
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Ciclos Cerrados
En un ciclo de expansin cerrado, el fluido expandido no es el fluido para ser licuado; el expansor simplemente acta como una fuente externa de refrigeracin, similar a la refrigeracin de propano.
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Ciclos Abiertos
Un ciclo de expansin abierto usa el gas licuado como el fluido creciente y tiene la ventaja al ciclo cerrado de ser menos complejo.
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Ciclo Cascada
El ciclo de cascada intenta acercarse a la curva refrescante por el uso de una serie de refrigerantes en lazos separados. El uso de ms de tres refrigerantes permite una aproximacin ms cercana a la curva refrescante.
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Intercambiadores de Calor
Plate Fin Heat Exchanger (PFHE)
Estos intercambiadores de calor son ampliamente usados en aplicacionescriognicas debido a su coste bajo, pequeo tamao, bajo peso, capacidadtermal alta y eficacia con relacin a otros tipos de intercambiadores de calor
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Intercambiadores de Calor
Su eficacia es lograda con una real contracorriente donde existe un aumento de la propagacin de temperaturas y un acercamiento ms cercano al ideal
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Spiral Wound Heat Exchanger
Estos intercambiadores de calor tienen un amplio rango de temperatura y presin son usados en aplicaciones de una sola fase y dos fases. Son capaces de manejar muchas corrientes segn la necesidad de clientes.
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Spiral Wound Heat Exchanger
Los materiales de construccin de este intercambiador incluyen aceros austenitic, aleaciones de aluminio, acero de carbn, nquel y aleaciones de cromo y molibdeno.
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Almacenaje
Las instalaciones de almacenaje de GNL estn normalmente divididasen dos categoras principales: de superficie y subterrneo. Cada unotiene tres sub-categoras. Tambin, el almacenaje de GNL implica unrasgo peculiar, el almacenaje de mezclas lquidas criognicas yestratificacin.
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Almacenaje en Superficie
Tanque de Contencin Simple
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Almacenaje en Superficie
Tanque de Contencin Doble
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Almacenaje en Superficie
Tanque de Hormign
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Almacenaje en Superficie
Tanque de Contencin Completa
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Almacenaje Subterrneo
Almacenaje convencional en tanques
Cavidades de tierra congelada
Cavernas Extradas
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Rollover
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Transporte de GNL
Transporte en Camin
Tuberas
Transporte Martimo
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Regasificacin
La regasificacin del GNL almacenado es el paso final en laoperacin de peak shaving de GNL y terminales de descarga.La regasificacin es llevada a cabo por la adicin del calor deaire, agua, o vaporizadores integrales
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Utilizacin del Frio
Una caracterstica asombrosa de la industria de GNL es el desperdiciode una enorme cantidad de refrigeracin potencial disponible. Dosafirmaciones generales han sido planteadas para la utilizacin del froen la vaporizacin de GNL
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Utilizacin del Frio
La extraccin del trabajo de un ciclo de poderque usa el fro de GNL como un disipadortrmico
Uso del GNL como una fuente derefrigeracin
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Economa
Produccin de gas. es el 15 a 20 % del costetotal.
Planta de GNL. Tratamiento, licuefaccin, recuperacin de LGN(lquidos del gas natural), almacenaje, y carga de GNL al embarque esel 30 a 45 % del coste total.
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Economa
Embarque de GNL. El embarque martimo es el 10 a 30 % del coste total.
Recepcin de terminal. La descarga, el almacenaje, la regasificacin, y la distribucin son el 15 a 25 % del coste total. (Energy Information Agency, 2003)
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Seguridad y Medio Ambiente
La principal diferencia en la seguridad de instalaciones de GNL comparado con las plantas de gas convencionales es la mayor cantidad de gas presente en barcos y en instalaciones de almacenaje.
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Diagnostico de Gasoductos
Todo el sistema de gasoductos de nuestro pas se encuentra en losdepartamentos de Cochabamba, Santa Cruz, La Paz, Chuquisaca yTarija. El centro de todas las operaciones y como nodo msimportante es Rio Grande, desde ah se suministra gas a Brasil y alOccidente Boliviano atreves del gasoducto al altiplano denominadoGAA.
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Operadoras
Empresas Condicin
TRANSREDES Estatal
CHACO (Bulo Bulo) Estatal
ANDINA (12") Ro Grande Privada
YPFB / PLUSPETROL Bermejo (MI) Privada
PLUSPETROL (Del YABOG) Privada
Joint Venture CHACO / ANDINA Privada
GAS TRANSBOLIVIANO Privada
GAS ORIENTE BOLIVIANO Privada
TRANSIERRA Privada
PETROBRAS BOLIVIA TRANSPORTES Privada
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Ubicacin de Gasoductos
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Capacidad de Gasoductos
Cap.-Max de
transporte
GASODUCTOS SIGLAMMPCD
Carrasco-Yapacani GC 176
Yapacani-Colpa GYC 180
Colpa-Ro Grande GCRG 253
Carrasco-Valle Hermoso GCVH 32.1
Colpa-Minero GCM 9.5
Yacuiba-Caigua GYRG 1 400
Caigua-Taquiperenda GYRG 2 450
Taquiperenda-Saipur GYRG 3 430
Saipur-Ro Grande GYRG 4 430
Villamontes-Tarija GVT-1 6.4
Tarija-El Puente GVT-02 4.6
Taquiperenda-Tarabuco GTC-1 21
Tarabuco-Sucre GTC-2 20
Tarabuco-Cbba. GTC-3 9.3
Piraimiri-Cerrillos GPC 40.3
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Capacidad de Gasoductos
Cap.-Max de transporte
GASODUCTOS SIGLAMMPCD
Sucre-Potos GSP 5.2
Ro Grande-Parotani GAA-1 45.5
Parotani-Oruro GAA-2 18.3
Oruro-La Paz GAA-3 14.4
Ro Grande-Santa Cruz GRGSC 86.4
Madrejones -Campo Duran GMCD 88.29
Ro Grande - Mutn GTB 1,062.00
Chiquitos - San Matas GOB 98.87
Yacuiba - Ro Grande GASYRG 601.06
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Ciclos Cerrados
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Proceso Prico de Black&Veath
Composicin del
Refrigerante
ComponenteComposicin
(%)
Metano 13.07
Etano 11.81
Propano 10.09
i-pentano 21.43
Nitrogeno 43.60
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Proceso APCI C3-MR
Composicin del
Refrigerante
ComponenteComposicin
(%)
Metano 27
Etano 50
Propano 20
n-Butano 1
Nitrogeno 2
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Proceso APCI C3-MR
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Proceso APCI AP-X
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Proceso APCI AP-X
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Proceso Liquefin de Axens
Composicin del Refrigerante
ComponenteComposicin
(%)
Metano 2.3
Etano 2.3
Propano 45.6
n-Butano 15.4
Nitrgeno 34.4
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Proceso Multi-componente dual de ExxonMobil
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Proceso Multi-componente dual de ExxonMobil
Composicin del Refrigerante
ComponenteComposicin (%)
Baja Presin Alta Presin
Metano 71.4 19
Etano 7.1 27.5
Propano 7.4
n-Butano 6.9 25.5
Nitrgeno 7.2 28
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Proceso Technip-Tealarc
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Proceso Technip-Tealarc
Composicin del Refrigerante
Componente
Composicin (%)
Enfriamiento del
Gas Natural
Enfriamiento del
Refrigerante
Metano 80
Etano 5 90
Propano 5 10
n-Butano 5
Nitrgeno 5
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Cascada Simple de ConocoPhillips
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Cascada con Fluido Mixto de Statoil
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Cascada con Fluido Mixto de Statoil
Composicin del Refrigerante (%)
Componente
Pre-refrigeracin
Licuefaccin Sub-
refrigeracinEtapa 1 Etapa 2
Metano 10 10 80 80
Etano 28 28 12 10
Propano 60 60 2 7
Nitrgeno 2 2 6 3
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Ciclo con Nitrgeno
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Ciclos Abiertos
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Refrigerante propio de BP
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Proceso Aplicable para la Planta de Licuefaccin
Proceso
Consumo
de la Planta
[MMpcd]
Costo del
Gas Natural
[$us/MMpc]
Extraccin
de LGN
Eficiencia
[%]
Produccin
de GNL
[MMpcd]
PRICO 10 1.30 No 80.93 8.093
APCI C3-MR 10 1.30 No 88.80 8.880
AP-X hibrid 10 1.30 No 93.49 9.349
AP-X 10 1.30 No 96.04 9.604
Axen Liquefin 10 1.30 Si 66.90 6.690
Multi-
componente
Dual
10 1.30 No 79.00 7.9
Technip-Tealarc 10 1.30 No 93.49 9.349
Cascada Simple 10 1.30 Si 75.64 7.564
Cascada con
Fluido Mixto10 1.30 No 81.77 8.177
Nitrgeno 10 1.30 No 89.50 8.950
Refrigerante
propio10 1.30 No 55.35 5.535
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Proceso Aplicable para la Planta de Licuefaccin
Proceso Eficiencia [%]Precio del GNL
[$us/MMpc]
PRICO 80.93 1,61
APCI C3-MR 88.80 1,46
AP-X hibrid 93.49 1,39
AP-X 96.04 1,35
Axen Liquefin 66.90 1,94
Multi-componente Dual 79.00 1,65
Technip-Tealarc 93.49 1,77
Cascada Simple 75.64 0,00
Cascada con Fluido Mixto 81.77 1,59
Nitrgeno 89.50 1,45
Refrigerante propio 55.35 2,35
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Componentes del Proyecto
La planta contiene las siguientes unidades de proceso:
Receptor del Gas de Alimentacin, Medidor de Gas y Reductor dePresin;
Planta de Licuefaccin;
Almacenamiento de GNL;
Almacenamiento de Refrigerantes;
Sistema de Regasificacin
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Unidad Receptora del Gas de Alimentacin
El rea de admisin de la planta est diseada para una completagama de gas de alimentacin y condiciones ambientales de acuerdo ala siguiente tabla:
Parmetro Unidades Especificaciones de Diseo
Temperatura de Alimentacin F / C 84.2 110 / 28 43.3
Presin de Alimentacin Psia / bar 350 400 / 20.6 27.7
Flujo de masa total Lb/h 37956
Peso molecular Alimentacin Lb/Lb mol 17.283
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Planta de Licuefaccin
La planta propuesta involucra la construccin y operacin de una plantade GNL con una capacidad de 75 mil toneladas mtricas por aoempleando un proceso de licuefaccin Cascada Simple deConocoPhillips. La planta tendr un periodo de licuefaccin de 168 dastrabajando con 10 MMscfd
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Planta de Licuefaccin
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Planta de Licuefaccin
El Proceso Cascada deConocoPhillips es estable y unmtodo fcil de licuar el gasnatural. El gas es enfriado yluego licuado por una serie dechillers utilizando propano,etileno y metano comorefrigerantes.
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Planta de Licuefaccin
El proceso de licuefaccin es conseguido en tres etapas usando tresrefrigerantes: propano, etileno y metano son usados secuencialmentepara enfriar el gas.
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Almacenamiento de GNL
El Tanque de Almacenamiento de GNLes de contencin completa, debido aque el tanque tiene que retener elGNL durante periodos de tiempohasta que sea necesario despacharlo,con este tanque se tendr menorprdida de calor.
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Almacenamiento de GNL
El tanque tendr una capacidad de 80,000 m3, utilizable 73,000m3. Los tanques tendrn un rea comn de contencin secundaria de acuerdo con la norma NFPA-59A. El producto de GNL proveniente del intercambiador de calor criognico con ciclo de metano y ser almacenado a presin atmosfrica en los Tanques de Almacenamiento.
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Almacenamiento de GNL
Las dimensiones aproximadas del tanque sern de 64 m de dimetro y 25 m de altura. Tendr una de aislacin 0,05%wt esto equivale a una evaporacin de 36.5 m3 da.
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Almacenamiento de GNL
El Tanque de Almacenamiento de GNL operar a una presin de 14.7Psia (1.01 bar) y una temperatura de -163C. El Tanque deAlmacenamiento de GNL estar provisto de cuatro bombas de cargainternas de GNL y estarn ubicadas en pozos de bombeo verticales,para mantener el enfriamiento de las tuberas.
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Almacenamiento de GNL
La contencin secundaria y los canales sern construidos de material granular natural. En caso de un derrame de GNL en esta rea, el GNL fluir por gravedad a un rea de menor altitud donde se ubica el sistema de contencin secundaria
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Almacenamiento de GNL
La planta producir GNL con los siguientes componentes aproximadamente:
Componente % Molar
Metano 97.450
Etano 1.840
Propano 0.027
Nitrgeno 0.682
Total 100.00
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Almacenaje de Refrigerantes
Se proporcionar en el sitio instalaciones para el almacenamientode refrigerantes en tanques especiales tipo bala; estos refrigerantessern transportados en camiones especializados hasta la planta
El propano, etileno y metano sern almacenados cada uno entanques de almacenamiento horizontales
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Sistema de Regasificacin
El sistema de regasificacin estar diseado para poder brindar unacaudal de 6.6 millones de metros cbicos a mxima capacidad (aprox.220 MMpcd) y podr regasificar por 7 das consecutivos.
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Sistema de Regasificacin
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Sistema de Regasificacin
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Sistema de Regasificacin
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Sistema de Regasificacin
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Sistema de Regasificacin
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Sistema de Regasificacin
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Operaciones y Servicios
Operacin de Planta
Mantenimiento
Servicios Bsicos
Automatizacin y Control de planta
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Muchas Gracias