PROCESO APCI C3-MR

PROCESO APCI C3-MR

1.1.1.1. PROCESO APCI C3-MR (AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC)

El proceso APCI C3-MR tiene dos ciclos refrigerantes. Uno es una serie de intercambiadores de calor usando el propano para pre-enfriar el gas natural. Los tres intercambiadores de calor en la serie cada uno tiene propano en una presión diferente: presión alta, presión media, y presión baja. La diferencia de presiones usadas permite que el propano sea enfriado a temperaturas diferentes para permitir al gas natural ser enfriado a una temperatura inicial antes de que este entre al intercambiador de calor Spiral Wound donde se lleva a cabo la mayor parte de la refrigeración.

El proceso APCI C3-MR es uno de los procesos más usados para la licuefacción, casi el 90 % de la industria de licuefacción lo emplea. Como es uno de los procesos más usado, tiene grandes capacidades.

Figura 16. Diagrama de flujo del Proceso de Licuefacción C3-MR

Fuente: Process Schemes for LNG, Mohammed Sharique Khan, 2008

La capacidad máxima del proceso de C3-MR es aproximadamente 5 MTPA que es una de sus ventajas. Una de las desventajas principales del proceso de C3-MR es el alto costo de los equipos. Con el uso de los intercambiadores de propano, así como el alto coste del intercambiador Spiral Wound. La cantidad de trabajo requerido por el compresor es muy grande. Se requiere que un compresor grande o múltiples compresores compriman la cantidad de refrigerante en el proceso.

La mezcla refrigerante usada es metano, etano, propano, butano, y nitrógeno. La composición sugerida del refrigerante es:

Tabla 9. Composición del Refrigerante para el proceso APCI

Composición del Refrigerante

Componente Composición (%)

Metano 27

Etano 50

Propano 20

n-Butano 1

Nitrógeno 2

Fuente: Evaluation of LNG Technologies, V. Rivera, A. Aduku y O. Harris, 2008

DESCRIPCIÓN DE LA SIMULACIÓN

Este proceso es desarrollado según el diagrama de la figura 3.10 sin la aplicación de un sistema de pre-refrigeración con propano. El intercambiador de calor Spiral Wound no se encuentra en el simulador HySys es por eso que es representando por un intercambiador de calor del simulador nombrado LNG-100.

El gas natural ingresa al intercambiador LNG-100 a 350 psi y 82.4ºF (24 bar y 28ºC), donde enfría hasta -179.3ºF (-117.4ºC), para llegar a presión atmosférica pasa por la válvula Joule-Thomson VLV-104, se realiza la expansión de 345 psi a 14.7 psi (23.7 a 1.01 bar) que enfría el gas natural a -258.1ºF (-161.18ºC) temperatura adecuada para almacenar en el tanque en estado liquido con un porcentaje de evaporación que sirve de refrigerante para el ciclo de licuefacción.

El ciclo del refrigerante mixto empieza elevando la presión a 700 psi (48.3 bar), reduce de temperatura en los enfriadores E-100 y E-101 hasta 10ºF (-12.22ºC), en estas condiciones se tiene una mezcla de 51.51% fase vapor y 49.49% de fase liquida; el refrigerante pasa por el separador bifásico V-100, el producto de cabeza del separador se divide en dos corrientes rm4.1 y rm4.2, la corriente rm4.2 se dirige al intercambiador de calor LNG-101 enfriando hasta -110ºF (-78.9ºC), entonces el refrigerante mixto pasa por la válvula Joule-Thomson VLV-102 realizando una expansión que reduce la temperatura a -211.6ºF (-135.3ºC) formando la corriente rm9. La corriente rm4.1 se dirige al intercambiador principal LNG-100 enfriando hasta -150ºF (-101.1ºC), luego pasa por la válvula Joule-Thomson VLV-103 realizando una expansión donde enfría hasta -255.8ºF (-159.9ºC) e ingresa como corriente de refrigeración rm13 al intercambiador LNG-100, finalmente sale como la corriente rm14 a -20ºF (-28.9ºC) para retornar al compresor.

El producto de fondo del separador V-100, se dirige al intercambiador principal LNG-100 enfriando hasta -180ºF (-117.8ºC), realiza una expansión en la válvula Joule-Thomson VLV-100 donde enfría hasta -204.6ºF (-131.44ºC), esta corriente rm7 se une con la corriente rm9 en el mezclador MIX-100 saliendo a una temperatura de -206ºF (-132.22ºC) e ingresa como corriente de refrigeración rm10 al intercambiador LNG-100, finalmente sale como la corriente rm11 a 0ºF (-17.8ºC) para retornar al compresor.

El gas natural ingresa al intercambiador LNG-100 a 900 psi y 90ºF (62 bar y 32.2ºC), donde enfría con propano hasta -43ºF (-41.7ºC). luego se dirige a la primera etapa de licuefacción, el intercambiador LNG-101, en el cual por acción del refrigerante mixto llega a -100ºF (-73.3ºC) entonces pasa a la segunda etapa de licuefacción, el intercambiador LNG-102, enfriando hasta –236.4ºF (-149.1ºC), para llegar a presión atmosférica pasa por la válvula Joule-Thomson VLV-103, en esta se realiza la expansión de 885 psi a 14.7 psi (61 a 1.01 bar) que logra enfriar el gas a -260.4ºF (-162.4ºC) temperatura adecuada para almacenar en el tanque en estado liquido con un porcentaje de evaporación que sirve como combustible o reciclo.

El ciclo de propano empieza elevando la presión a 250 psi (17.23 bar), el enfriador E-100 se encarga de reducir la temperatura hasta 90ºF (32.2ºC), luego pasa por la válvula Joule-Thomson VLV-100, debido a la reducción de presión logra enfriar hasta -43.93ºF (-42.18ºC), ingresa al intercambiador LNG-100 interactuando con el gas natural y retorna al compresor a 50ºF (10ºC) para completar el circuito.

El ciclo del refrigerante mixto empieza elevando la presión a 600 psi (41.4 bar), los enfriadores E-101, E-102 y E-103 reducen la temperatura hasta 50ºF (10ºC), en estas condiciones se tiene una mezcla de 58.89% fase vapor y 41.11% de fase liquida; el refrigerante pasa por el separador bifásico V-100, el producto de cabeza R5 ingresa al intercambiador LNG-100 y enfría hasta -40ºF (4.44ºC) continua hacia el intercambiador LNG-102 enfriando a -214ºF (-136.7ºC), antes de ingresar como refrigerante al intercambiador LNG-102 pasa por una válvula Joule-Thomson donde logra enfriar hasta -240.4ºF (-151.33ºC) debido a la reducción de presión, abandona el intercambiador LNG-102 como R13 a -120ºF (-84.44ºC), ingresa al intercambiador LNG-101 como corriente de refrigeración ayudando a enfriar la primera etapa de licuefacción.

El producto de fondo del separador V-100 ingresa al intercambiador LNG-101 enfriando a -50ºF

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