Producción de Etano a Bajas Cargas de Planta.

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