XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas
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SIMULACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE UN CICLO SIMPLE DE LICUEFACCIÓN DE GAS NATURAL Alessandro Trigilio Alexis Bouza Sabrina Di Scipio XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Contenido * Introducción * Objetivos * Método de Simulación * Resultados * Conclusiones XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Introducción * El GNL se obtiene al enfriar el Gas Natural hasta que condense, aproximadamente a -­‐161ºC a presión atmosférica * El GNL tiene una densidad equivalente a 45% la densidad del agua (~ 450 kg/ m3). * Al someter el gas natural a licuación su volumen se reduce en un factor de 600. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Introducción * El proceso de licuefacción se realiza utilizando procesos cíclicos, similares a los procesos convencionales de refrigeración. * Los procesos de licuefacción se pueden clasificar dependiendo del tipo de refrigerante utilizado: si son compuestos puros o si son mezclas de refrigerantes. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Introducción * Una de las tecnologías más utilizadas a pequeña escala es la PRICO® (Poly Refrigerant Integrated Cycle Operations). * El refrigerante es una mezcla de C1, C2, C3, NC4 y N2. * Se u=liza un intercambiador de múl=ples corrientes y un condensador generalmente enfriado con agua de mar. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Objetivos * Simular utilizando PRO/II 9.1 un ciclo de licuefacción con condiciones similares a las de la tecnología PRICO ®. * Realizar un estudio de sensibilidad de las variables principales del ciclo. * Optimizar las variables principales del ciclo. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Método de Simulación * Composiciones del Gas Natural y del Refrigerante: GN Ref. C1 89,7 34,4 C2 5,5 23,7 C3 1,8 9 0,1 17,7 2,8 15,2 * Condiciones del Gas Natural: nC4 N2 Entrada: 20 °C y 25 bar Salida: -­‐168,8 °C y 1 bar (β = 1%) * Flujo de Gas Natural a procesar: 2 MTPA XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Método de Simulación * Caídas de presión en los equipos: * Condensador: 0,1 bar * LNG-­‐HX: * 5 bar (GN), * 1 bar (refrigerante caliente) * 4 bar (refrigerante caliente) * Eficiencia adiabática de los compresores: 80% * Eficiencia de las bombas: 70 % XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Metodo de Simulación * Variables de operación: * Presión de succión: 3,5 bar * Sobrecalentamiento a la entrada del primer compresor: 10 °C * Temperatura a las salidas del condensador: 30 °C XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Método de Simulación * Se varió: * la presión de succión del compresor de baja presión * la presión de descarga del compresor de alta presión * la temperatura ambiente * la temperatura de entrada del GN * las composiciones del refrigerante XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Método de Simulación * Se optimizaron las presiones y la composición del refrigerante para maximizar el coeficiente de operación (COP): Qevaporador COP = Wrequerido * Se usó este parámetro por ser adimensional y semi-­‐ acotado para valores prácticos XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Método de Simulación EDE: PR MITA >2 °C XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Método de Simulación * Se usaron compresores en dos etapas para disminuir la potencia requerida. * Se usó un flash para evitar entrada de líquido al segundo compresor. * Se usaron calculadores para fijar el sobrecalentamiento y calcular el COP * Se usaron dos optimizadores, uno de ellos sin incluir la presión intermedia de los compresores (en una primera fase), debido a que esta variable afecta en menor medida el COP XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Resultados-­‐Rangos Valor máximo Valor mínimo Presión de descarga (bar) 20 40 Presión de succión (bar) 2,5 6,5 Presión Intermedia (bar) 2,5 40 Temperatura ambiente (°C) 15 40 XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Estudio de Casos * A medida que aumenta la presión de alta, mayor COP. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Estudio de Casos * A medida que aumenta la presión de baja, mayor COP. * No se puede aumentar por encima de 4,6 bar porque el MITA disminuye por debajo de 2 °C XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Estudio de Casos * Se muestra un máximo a una presión intermedia de 12 bar. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 * A mayor temperatura ambiente, menor COP. * Conviene trabajar a temperaturas menores (¡no tropicales!) XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Caso Base vs. Optimización Caso Base Presión de descarga (bar) 25 Presión intermedia (bar) 11 Presión de succión (bar) 3,5 Composición C1 Composición C2 Composición C3 Composición nC4 Composición N2 34,4% 23,7 % 9 % 17,7 % 15,2 % Caso Optimizado Rp=2,27 Rp=3,14 39,6 16,66 2,65 Rp=2,38 Rp=6,29 27,6 % 27,6 % 6,6 % 24,6 % 13,6 % XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Caso Base Caso Optimizado Trabajo total (MW) 270,6 90,0 Relación de flujos (Refrigerante/GN) 12,3 3,06 COP 0,19 0,57 XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 Conclusiones * Fue posible realizar un estudio de casos para analizar la sensibilidad del ciclo. * Se realizó la optimización de las variables principales del ciclo. * Se obtuvo un COP que es casi tres veces mayor que el original, por medio de la minimización de la potencia requerida del ciclo. * Se consiguió una composición de refrigerante que maximiza el COP a condiciones de refrigeración tropicales. XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015 ¡Gracias por su atención! XXI Convención Internacional y X Exhibición Industrial del Gas -­‐ AVPG 2015
