PEQUIVEN INCREMENTO DE LA ESTABILIDAD OPERACIONAL DE LA PLANTA LGN I DEL COMPLEJO PETROQUÍMICO EL TABLAZO, A BAJAS CARGAS DE GAS DE ALIMENTACIÓN. Ing. Alejandro Méndez, (PEQUIVEN El Tablazo) Ing. Rubén Pérez, (PEQUIVEN El Tablazo) Ing. José Leiva (PDVSA-GAS) CONTENIDO • Complejo Petroquímico El Tablazo Ubicación Geográfica • Capacidades de Diseño de la Planta LGN I. • Planteamiento del Problema. • Características y Detalles del Proceso, Sistema de Refrigeración y Enfriamiento. • Estudios y Mejoras Implantadas para Incrementar la Estabilidad Operacional de la Planta LGN I • Producción de Etano a Bajas Cargas de Planta. • Conclusiones. PEQUIVEN Complejo Petroquímico El Tablazo Ubicación Geográfica PEQUIVEN Se extiende sobre un área de 858 hectáreas, siendo uno de los parques industriales más grandes de Venezuela COMPLEJO COMPLEJO ZULIA ZULIA MARACAIBO MARACAIBO Está ubicado en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo, cerca de los Puertos de Altagracia. Se le denomina “El Tablazo” porque está ubicado a las orillas de la bahía del mismo nombre Complejo Petroquímico El Tablazo Fuentes de Suministro de Gas PEQUIVEN Complejo Petroquímico El Tablazo Planta LGN I PEQUIVEN 132 MMPCED METANO GAS 165 MMPCED NATURAL PLANTA LGN I 13.9 MMPCED ETANO 6514 BPD 3840 BPD PROPANO BUTANO 2400 BPD CAPACIDAD DE DISEÑO: GASOLINA 168 MTMA DE ETANO 62.5 MTMA DE PROPANO LICENCIANTE: FLUOR (unidades de fraccionamiento y refrigeración) NATCO (unidades de endulzamiento) ORTLOFF (Proyecto MERE) Planteamiento del Problema PEQUIVEN • La planta LGN I, fue puesta en servicio en el año 1975, con la intención de procesar un máximo 165 MMPCED con un turn down de 120 MMPCED de gas natural proveniente del Lago de Maracaibo. • En el año 1998 se implementaron una serie de mejoras conocidas como: Proyecto de Mejoras en la Recuperación de Etano (MERE), dichas modificaciones buscaban incrementar la recuperación de etano durante la operación de la planta, pero al colocar la planta en servicio bajo estas modificaciones se observó gran inestabilidad en el desempeño del compresor del sistema de refrigeración, lo cuál obligaban a detener la extracción de etano cuando existían flujos de gas de alimentación menores a 130 MMPCED. • Adicionalmente, durante los últimos años se ha observado una disminución de flujo de gas de alimentación que en promedio alcanza los 120 MMPCED, lo que mantuvo a la planta en operación intermitente. El Problema (cont.) FLUJO DE GAS DE ALIMENTACIÓN PLANTAS LGN I Y LGN II. EL TABLAZO PEQUIVEN 300.00 GAS DE ALIMENTACIÓN LGN I Y LGN II FLUJO GAS LGN I 250.00 MMPCED 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 1999 2000 2001 2002 2003 2004 DIAGRAMA DE PROCESO LGN I E-19A/B 850 # 90 100 °F 165 MMPCED Gas Rico V-1 V-3 C-1 -84 °F 224 # EC-1 GAS RESIDUAL 90 °F V-2A 76 °F 193 # V-2B -2.8 °F 205 # E-1 63 °F 837 # 4 °F 825 # E-3 E-2 90 °F 840 # F-30 90 °F 27 °F 833 # E-4A -5 °F 217 # HV-800 56 °F 150 # ETANO H-1B PROPANO 110 °F 250 # ENDULZAMIENTO E-11 E-14 E-8 Agua Agua -84 °F 224 # Agua 135 °F 263 # V-12 RCV-505 GAS RESIDUAL -107 °F 807 # -137 °F 223 # V-4 -111 °F 222 # LCV-704 0.75 °F 817 # V-30 -86 °F 224 # LCV-704A E-6 -86.4 °F 224 # E-13 41 °F 400 # V-10 E-4B 0.75 °F 817 # 0.5 °F 812 # E-30 570 °F V-8 P-30A/B 124 °F 75 # 83 °F 162 # P-5A/B Agua E-15 BUTANOS V-11 LCV-709 65 °F 115 # PEQUIVEN 110 °F 250 # Vap or E-16 V-9 180 °F 278 # E-10 Agua 110 °F # LCV-706 P-3A/B V-7 Vap or LCV-504 V-5 E-17 44 °F 408 # E-5 Vap or E-9 Condensado GASOLINA P-4A/B E-7 Condensado 251 °F 280 # 212 °F 410 # Condensado P-1A/B 41 °F 227 # 0.75 °F 817 # Detalles de la Etapa de Enfriamiento PEQUIVEN % APERTURA V 5 Gas de Alimentación E-1 TCV-101-A E- 3 E-2 E-5 TCV-101-B Propano Refrigerante E-17 E-17 TIC TCV-101-C V9 E-8 C.W Sistema de Refrigeración PEQUIVEN VIC VAPOR E-18 C-2 TC-2 C.W TANQUE TC201 FLASH TC202 BV- 201 V-20 E-6 E-3 Gas de Alimentación ETANO TOPE V-7 Características del Compresor de Refrigeración C-2 PEQUIVEN • Compresor Centrifugo multietapa marca York • Utiliza Propano como Refrigerante • Succión 1ra Etapa: 36.3 psia • Succión 2da Etapa: 62 psia • Succión 3ra Etapa: 117 psia • Descarga del Compresor: 214 psia • Velocidad del compresor 12561 rpm • Flujo Mínimo a la Primera Etapa 65100 lbs/h, Diseño 72720 lbs/h, Máximo 80000 lbs/h • Flujo Mínimo a la Segunda Etapa 45300 lbs/h, Diseño 50604 lbs/h, Máximo 55100 lbs/h Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional PEQUIVEN • Junio de 1999. Un estudio propuso desviar parte de la corriente de gas de alimentación que va hacia rehervidor de la columna desmetanizadora E-5 por medio de la válvula TCV-101 A. Los resultados observados bajo esta operación fueron muy favorables, operando de forma estable con un flujo de gas rico de hasta 120 MMPCED con las recirculaciones 10% abiertas. Produccion de C2 7.5 MMPCED % APERTURA V5 Gas de Alimentación E-1 TCV101-A E- 3 E-2 E-5 TCV-101-B Propano Refrigerante E-17 E-17 TIC TCV-101-C V9 E-8 C.W Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN • Finales del año 2000. Evaluación técnico – económica de diversas alternativas para incrementar la estabilidad operacional de la planta: a) Cambio de posición entre los intercambiadores E-3 y E-2; b) La colocación en paralelo de los intercambiadores mencionados; c) Inclusión de un nuevo intercambiador de calor en paralelo con el intercambiador E-3. % APERTURA V 5 Gas de Alimentación - E -1 TCV -101 -A E -3 E -5 E -2 TCV -101 -B C3 Refrigerante E-3 EE-17 - 17 TIC TCV -101 -C E-3B PROPANO REF. E -8 V -V 9 A LA PRIMERA ETAPA C-2 C3 Refrigerante C.W Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN • Inicios año 2001 se presentó un estudio donde se optimizó la cantidad de flujo de gas de alimentación que podría desviarse por la válvula TCV-101-A con el objetivo de operar el sistema a cargas inferiores a 120 MMPCED. Para este estudio se realizó: a) Análisis de sensibilidad para determinar los flujos de propano refrigerante en la primera y segunda etapa del compresor C2 para las diferentes cargas y desvíos del intercambiador E-5. b) Se elaboró balance térmico entre los intercambiadores E-17 y E-8 para determinar su capacidad de mantener la temperatura de fondo de la V-5 en al menos 45 °F en el escenario más crítico. c) Se verificaron los caudales de la válvula TCV-101 A para sus diferentes porcentajes de aperturas. A continuación se presentan los resultados de dicho estudio: Estudios y Mejoras Implantadas Para PEQUIVEN Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) • En los gráficos resultantes de la investigación se muestra que a una carga de 120 MMPCED sin el desvío de flujo por el intercambiador E-5, el vapor generado en los intercambiadores E-3 y E-6 no es suficiente para mantener el flujo mínimo requerido por el compresor C-2 para su operación de forma estable. •En las tendencias del gráfico Flujo de Propano hacia la primera y segunda etapa del compresor C-2 se observa que para un flujo de 120 MMPCED de gas rico se debe desviar 55 MMPCED del E-5 para generar los vapores requeridos por el diseño del compresor. Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN A pesar de obtener mayor estabilidad en el compresor C-2: • Los recobros de etano se reducen por el aumento de la temperatura de los vapores del tambor V-4 ubicado a la succión de expansor EC-1, este efecto se hace más notable a bajas cargas de gas rico, en donde se requiere que el desvío del E-5 sea proporcionalmente mayor para mantener la estabilidad del compresor. • La reducción de recobro de etano incide directamente en los calores requeridos para mantener el reflujo de la columna desetanizadora V-7. Las tendencias del gráfico 2 muestran la reducción de los vapores generados en el E-6 hacia la segunda etapa del compresor C-2 a medida que el desvío del E-5 se incrementa. •El efecto combinado del aumento del desvío es favorable para la estabilidad del compresor ya que el vapor generado por la primera etapa E-3 compensa y supera la merma del E-6. Ver gráficos (Flujo de propano al E-3), (Flujo de propano al E-6) y (flujo de propano total E-6 y E3) Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN Reducción del Punto de Disparo del Compresor a 90 MMPCED Teóricamente es posible generar el vapor requerido por diseño para operar de forma estable el compresor C-2 a una carga de gas rico de 90 MMPCED, para ello es necesario desviar todo el flujo de gas rico de alimentación del E-5. (Ver gráfico flujo total de refrigerante al C-2). Se debe instalar una nueva válvula automática de control (TCV-101D) para restringir el flujo de entrada al intercambiador E-5. F lu jo d e s v ío E -5 G as de A lim e n ta c ió n E -1 V -5 TCV - 101 A FC E -3 E -2 TCV - 101 D Propano R e fr ig e r a n te E -5 Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN Balance Térmico Intercambiadores E-17 y E-8: El intercambiador E-17 (rehervidor torre desmetanizadora V-5 y condensador torre despropanizadora V-9), fué simulado a las condiciones más críticas de operación: • Temperatura de fondo de la V-5: 45°F. • Flujo de gas rico: 90 MMPCED. • Desvío de E-5: 90 MMPCED. EQUIPO E-17 E-17 E-8 REHERVIDOR COLUMNA V-5 REQUERIDO DISPONIBLE 5.6 MMBTU/h 8 MMBTU/h CONDENSADOR COLUMNA V-9 REQUERIDO DISPONIBLE 8 MMBTU/h 18.6 MMBTU/h 17,5 MMBTU/h Producción de Etano a Bajas Cargas de Planta 15/11/03 PEQUIVEN 130 9 8 120 7 6 100 5 90 4 3 80 2 70 CARGA A PLANTA C2 PRODUCTO 60 0 0:0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2:1 4:2 6:3 8:4 10:5 13:0 15:1 17:2 19:3 21:4 23:5 C2 MMPCED CARGA MMPCED 110 Producción de Etano a Bajas Cargas de Planta 15/11/03 PEQUIVEN 6 108 106 5 104 4 100 98 3 96 94 2 92 90 88 1 Carga a la Planta C2 Producto 86 0 18:20 18:30 18:40 18:50 19:00 19:10 19:20 19:30 19:40 19:50 20:00 20:10 C2 MMPCED Carga MMPCED 102 Producción de Etano a Bajas Cargas de Planta. PEQUIVEN Beneficios Económicos a la Empresa DISEÑO SIN MODIFICACION PROYECTO MERE MODIFICACION 2003 PRODUCCION DE ETANO TM/D 0 PRODUCCIÓN DE ETILENO TM/D 0 BENEFICIO PEQUIVEN $/D 0 0 0 0 170 119 70329 Alimentación Promedio: 100 MMPCED Fecha 15/11/03 Producción de Etano a Bajas Cargas de Planta PEQUIVEN Beneficios Operacionales • Continuidad operacional de la planta LGN I • Suministro de Gas Residual en Especificación a usuarios internos y externos • Continuidad operacional de las estaciones de Gas Natural Vehicular • Ahorro de propano refrigerante • Menor requerimiento de propano vía cabotaje para producir etileno CONCLUSIONES PEQUIVEN La inclusión de la caja fría E-30 (Proyecto Mere) produjo un nuevo balance térmico en el tren de enfriamiento de LGN I que redujo el calor transferido en el intercambiador E-3 en 26% y los vapores de propano refrigerante hacia la primera etapa del compresor C-2. Es posible operar el compresor C-2 de manera estable a flujos menores de 120 MMPCED de Gas de alimentación desviando todo el flujo de gas rico utilizando las válvulas TCV-101 A (desvío de E-5) y la válvula TCV-101D para reducir y bloquear el flujo de gas rico al intercambiador E-5 en el escenario más crítico. La producción anual estimada por mantener la producción de etano a baja carga entre 100 y 119 MMPCED es de 3240 TM de etano adicional requeridos para la producción de etileno, representando un aporte de 1,8 MMUS$ por la reducción en la compra de propano equivalente hacia las plantas de Olefinas. El Intercambiador E-17 tiene suficiente capacidad para mantener el calor requerido por el fondo de la torre desmetanizadora V-5 a 45°F. No existen limitaciones en la capacidad de condensación de la columna despropanizadora V-9 a estas condiciones de proceso. PEQUIVEN Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN LBS/HR FLUJO DE PRO PANO A E-3 PRIM ERA ETAPA C-2 85000 82500 80000 77500 75000 72500 70000 67500 65000 62500 60000 57500 55000 52500 50000 47500 45000 42500 40000 37500 35000 FLUJO M AXIM O PRIM ERA ETAPA C2 FLUJO DISEÑO PRIM ERA ETAPA C2 165 FLUJO M INIM O PRIM ERA ETAPA C2 140 120 100 90 0 10 20 30 40 50 60 DESVIO E- 5 M M PCED 70 80 90 100 Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN FLUJO DE PROPANO A E-6 SEGUNDA ETAPA C-2 65000 62500 165 60000 57500 140 LBS/HR 55000 52500 FLUJO DISEÑO SEGUNDA ETAPA C2 120 50000 100 47500 90 45000 42500 40000 37500 FLUJO EN SEGUNDA ETAPA DEL C2 35000 0 10 20 30 40 50 60 DESVIO E- 5 M MPCED 70 80 90 100 Estudios y Mejoras Implantadas Para Incrementar la Estabilidad Operacional (cont.) PEQUIVEN FLUJO DE PROPANO A E-3 Y E-6 145000 140000 135000 165 130000 125000 LBS/HR 120000 140 115000 110000 120 105000 100000 95000 100 90000 90 85000 80000 75000 0 10 20 30 40 50 60 DESVIO DE E-5 MMPCED 70 80 90 100