Evaluación de la sustitución del etileno por etano en la mezcla refrigerante para el ahorro energético y económico en una planta de licuefacción del gas natural

Abstract

Con el objetivo de desarrollar la presente investigación se tomará como caso de estudio la Planta de Licuefacción de Gas Natural de PERU LNG ubicada en Pampa Melchorita al sur de Lima. En la mencionada planta se utiliza un refrigerante mixto cuya composición molar tiene un 33% de etileno, utilizado en el proceso de licuefacción denominado preenfriamiento con propano y refrigerante mixto C3MR (Propane Precooled Mixed Refrigerant en inglés), el mismo que es importado a 2459 USD/t por PERU LNG. El etileno del refrigerante mixto puede ser reemplazado por el etano de existir una planta que separe el etano del gas natural que viene de Camisea como parte de sus operaciones, manteniendo las mismas condiciones de operación, los equipos y la producción de gas natural licuado. El reemplazo del etileno importado por etano generaría una disminución en los costos operativos y por tanto un ahorro significativo en la planta de licuefacción. Así pues, este reemplazo generaría además un ahorro en la energía que utilizan los compresores y en el flujo de propano presente en el lazo de preenfriamiento, los cuales serán cuantificados para realizar un análisis económico teniendo como objetivo determinar ventajas o desventajas de esta modificación. El modelamiento del proceso C3MR seguirá un modelo simplificado con condiciones de operación reales, tres niveles de presión en el preenfriamiento con propano y dos intercambiadores multiflujo los cuales representarán al intercambiador criogénico. Los balances de materia y energía serán resueltos para todos los equipos mientras que la ecuación de estado de Peng-Robinson será usada en el cálculo de las propiedades termodinámicas de las mezclas participantes.

To develop this research, PERU LNG’s natural gas liquefaction plant located in pampa Melchorita is taken as study case. The Melchorita liquefaction plant uses a mixed refrigerant that has a molar composition of 33% in ethylene and employs the liquefaction process named Propane precooled mixed refrigerant C3MR. PERU LNG imports the ethylene at a price of 2459 USD/t. The ethylene of the mixed refrigerant can be replaced by ethane if there were a plant that separates ethane from the natural gas that comes from Camisea as a part of its operations, maintaining the same operational conditions, the equipment and the liquified natural gas production. The replacement of the imported ethylene with ethane would generate a reduction of operating costs and therefore savings for the liquefaction plant. In addition, this replacement would produce a decrease in the energy used by the compressors and in the propane molar flowrate in the precooling loop. These benefits will be quantified in order to develop an economic analysis having as objective to determine the potential advantages or disadvantages of these modifications. The C3MR process modelling follows a simplified scheme with real operating conditions, three pressure levels in the precooling section and two multi-flow heat exchangers that represent the cryogenic heat exchanger. The mass and energy balances are solved for all the equipment while the Peng-Robinson equation of state is used to calculate the thermodynamic properties of the mixtures in the process.