Maestría en Ingeniería de Petróleos y Gas · 2019
Analisis comparativo de tecnologias para produccion de gas natural licuado (gnl) aplicables al desarrollo de los descubrimientos costa afuera del caribe colombiano. enfasis en ingenieria de gas y procesos
Se presenta un análisis comparativo de las tecnologías de licuefacción de gas natural aplicables a los campos en exploración en el caribe colombiano, que permita estimar equipos principales, rendimientos volumétricos, requerimientos energéticos. Se emplean datos de libre acceso no confidenciales de campos descubiertos o en producción en el caribe colombiano y los datos que se pueden deducir de la información pública disponible aplicando los conceptos de geología e ingeniería de yacimientos. Con lo anterior, se realiza una estimación de potenciales perfiles de producción de gas. Adicionalmente, se profundiza en cada proceso de licuefacción disponible aplicando evaluación de aspectos propios de los descubrimientos costa afuera en Colombia que permitieron seleccionar dos (2) alternativas para analizarlas en detalle. También, incluye el aspecto de la selección de un paquete termodinámico y de un software comercial para el modelamiento de los casos de las tecnologías definidas, basado en tamaño de facilidades según proyecciones de suministro no contratado de GNL a nivel mundial. Según los resultados de este trabajo las tecnologías de licuefacción de gas natural que emplean ciclos de compresión de vapor como refrigerantes serían más eficientes térmicamente para la obtención de GNL para el gas prospectado. Sin embargo, para un potencial desarrollo en el Caribe Colombiano, las tecnologías de DMR y turbo-expansores con nitrógeno como refrigerantes pueden ser ambas aplicables en una FLNG. Pero, al evaluar otros aspectos riesgos de procesos y operación, la alternativa de licuefacción con turbo-expansores empleando nitrógeno en una FLNG de capacidad de 1,5 MTPA es la recomendada.
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Contenido
- INTRODUCCIONp. 18
- 1. GENERALIDADES DEL PROYECTOp. 19
- 1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMAp. 19
- 1.2. JUSTIFICACIÓNp. 20
- 1.3. ALCANCEp. 22
- 1.4. OBJETIVOSp. 24
- 1.4.1 OBJETIVO GENERALp. 24
- 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 24
- 1.5 APORTES DE CONOCIMIENTO DEL TRABAJO DE INVESTIGACIONp. 25
- 1.6 ESTRUCUTRA DEL TRABAJO DE INVESTIGACIONp. 25
- 2. MARCO TEÓRICO – CONCEPTUAL DEL GNLp. 28
- 2.1 MERCADO DE GASp. 28
- 2.2 DEFINICIÓN DE GNLp. 29
- 2.3 CADENA VALOR DEL GNLp. 29
- Exploración y Producciónp. 30
- Licuefacciónp. 35
- Transportep. 30
- Almacenamiento y Regasificaciónp. 30
- MUNDO GENERAL Y EN COLOMBIAp. 33
- Análisis mercado globalp. 33
- Análisis de mercado colombiano: Balance de gas 2018-2027p. 38
- Declaración de producción de gas naturalp. 38
- Proyecciones de demanda de gas naturalp. 40
- Análisis curvas oferta-demanda mercado localp. 43
- Escenario oferta basado en descubrimientos exploratoriosp. 44
- 2.5 PLANTAS DE PRODUCCIÓN DE GNLp. 51
- Sección de acondicionamiento gas entradap. 54
- Sección recuperación de líquidos del gas natural (LGN)p. 57
- Sección de licuefacciónp. 58
- Transferencia de calorp. 59
- 2.6 PROPIEDADES BÁSICASp. 60
- 2.7 PROPIEDADES TERMODINÁMICASp. 62
- 2.8 PRINCIPIOS DE SEGURIDADp. 64
- Derrames de GNLp. 64
- Ignición y fuegop. 64
- Explosiones por nubes de vapor (VCE)p. 65
- Efectos criogénicosp. 65
- “Rollover”p. 65
- 2.9 UNIDADES Y FACTORES DE CONVERSIÓNp. 66
- 2.10 TIPOS Y TAMAÑOS DE PLANTAS DE PRODUCCIÓN DE GNLp. 67
- 2.11 TECNOLOGÍAS DE LICUEFACCIÓN DE GAS NATURALp. 68
- Generalidadesp. 68
- Ciclo refrigeración en cascadap. 73
- Ciclo de refrigerante mixto (MR)p. 76
- Ciclo de expansión de gasp. 77
- Desarrollo de tecnologías comercialesp. 81
- Tecnologías basadas en Expansiónp. 82
- Tecnologías basadas en refrigerante mixto (MR)p. 85
- Tecnologías de refrigeración en cascadap. 87
- Tecnologías hibridasp. 88
- 2.12 TRANSPORTE DE GNLp. 92
- Barcosp. 92
- Tanques independientesp. 93
- Tanques no independientes (membranas)p. 94
- Carro tanquesp. 97
- 2.13 FLNGp. 97
- 2.14 REGULACION DE GNLp. 99
- 2.15 ESTIMACIÓN COSTOS PROYECTOSp. 102
- 3. METODOLOGÍA DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓNp. 105
- 3.1 LOCALIZACION POTENCIALES CAMPOS DE GASp. 106
- 3.2 ESTIMACION VOLUMENES POTENCIALES DE GASp. 107
- 3.3 POTENCIALES PERFILES DE PRODUCCIONp. 113
- EVALUARp. 118
- 3.5 SOFTWARE DE SIMULACIÓNp. 125
- 3.6 SELECCIÓN ECUACIÓN DE ESTADOp. 128
- 3.7 BASES DE DISEÑO Y CONDICIONES DE SIMULACIONp. 131
- Tamaño planta a evaluarp. 134
- Herramienta de simulaciónp. 135
- 3.8 TECNOLOGIAS A EVALUARp. 135
- Tecnología Expansor dual con nitrógeno N2p. 135
- Tecnologia DMR (Refrigerante Mixto Dual)p. 141
- CADA TECNOLOGIAp. 148
- 5. ANALISIS ECONOMICOp. 164
- 5.1 ESTIMADO DE CAPEXp. 165
- 5.2 OPEXp. 174
- 6. CONCLUSIONESp. 175
- BIBLIOGRAFIAp. 179
- Figura 1. Capacidad de regasificación instalada por paísp. 31
- Figura 2. Relación costo – distancia de transportep. 32
- Figura 3. Secuencia estándar de cadena de valor de GNLp. 33
- Figura 4. Mercado mundial de gas natural licuadop. 35
- Figura 5. Número de plantas licuefacción en el mundop. 37
- Figura 6. Panorama mundial de capacidad licuefacción de gas naturalp. 38
- Figura 7. Potencial de producción totalp. 39
- Figura 8. Proyección de demanda de gas natural por sector mensualp. 41
- Figura 9. Proyección de balance oferta demanda de gas natural en Colombiap. 43
- Figura 10. Balance sin consumo del parque térmicop. 44
- Figura 11. Localización de Guajira Offshore Basinp. 45
- Figura 12. Localización y límites de Sinú Offshore Basinp. 46
- Figura 13. Anuncio Ecopetrol descubrimientos gas en el Caribe colombianop. 46
- Figura 14. Ubicación geográfica descubrimientos Gorgón y Kronosp. 47
- Figura 15. Secuencia de procesamiento gas naturalp. 52
- Figura 16. Diagrama de bloques procesamiento gas naturalp. 53
- GNLp. 32
- Figura 18. Crecimiento en tamaños de plantas de licuefacciónp. 70
- Figura 19. Curva de enfriamiento para diferentes calidades de GNLp. 72
- Figura 20. Proceso de refrigeración por compresión-expansión de vaporp. 74
- Figura 21. Diagrama de flujo general de proceso de licuefacción en cascadap. 76
- Chemicals Inc)p. 77
- Figura 23. Ciclo de expansión sencilla con Nitrógenop. 78
- Figura 24. Sistema de refrigeración basado en turbo-expansiónp. 79
- Figura 25. Tipos de ciclos de refrigeraciónp. 80
- Figura 26. Licuefacción de GN con expansor simple con Nitrógenop. 84
- Figura 27. Licuefacción de GN con expansor dual con Nitrógenop. 84
- Figura 28. Tecnologías disponibles para la licuefacción de gasp. 90
- Figura 29. Capacidad instalada mundial de licuefacción por cada tecnologíap. 90
- y en construcciónp. 91
- Figura 31. Distribución de tecnologías por plantas a nivel mundialp. 91
- Figura 32. Tanques independientes esféricosp. 93
- Figura 33. Ilustración tanques tipo esféricop. 94
- Figura 34. Ilustración tanques tipo prismap. 94
- Figura 35. Esquema tanque tipo membranap. 95
- Figura 36. Interno tanque tipo membranap. 95
- operaciónp. 80
- Figura 38. Arreglo típico de una unidad de procesamiento tipo FLNGp. 98
- Figura 40. Ubicación geográfica descubrimientos potenciales campos gasp. 106
- Figura 41. Parques naturales y áreas marinas protegidasp. 107
- Figura 42. Análisis disponibilidad de GNL para exportaciónp. 117
- Figura 43. Tecnologías por ubicación y capacidad de licuefacción(*)p. 119
- Figura 44. Rango tamaño tren y tecnología seleccionada FLNG en el mundop. 125
- Figura 45. Pasos para resolver un problema de simulaciónp. 128
- Figura 46. Diagrama Presión – Temperatura gas a licuefacciónp. 130
- Figura 47. Diagrama Presión – Volumen Molar gas a licuefacciónp. 131
- Figura 48. Diagrama Entalpía – Presión gas de carga del procesop. 132
- Figura 49. Diagrama Presión – Temperatura gas de carga del procesop. 132
- Figura 50. Curva de enfriamiento para gas caso Caribe colombianop. 134
- Figura 51. Diagrama de bloques procesos requeridos gas Caribe colombianop. 135
- Figura 52. Diagrama de flujo de proceso expansión dual N2p. 137
- Figura 53. Diagrama de flujo de proceso Dual Expander Aspen HYSYS TMp. 137
- Figura 54. Diagrama de flujo de proceso tecnología DMRp. 142
- Figura 55. Diagrama de Flujo de Proceso DMR en Aspen HYSYS TMp. 143
- nitrógenop. 61
- Figura 57. Diagrama de Flujo de Proceso con DMRp. 150
- Figura 58. Curvas de requerimientos de remoción de calor tecnología N2p. 157
- Figura 59. Curvas compuestas proceso licuefacción expansión dual con N2p. 157
- Figura 62. Resumen métricas costos proyectos mundiales de FLNGp. 164
- Figura 63. Distribución inversión capital tecnología expansión dual con N2p. 167
- Figura 64. Distribución inversión capital tecnología DMRp. 171
- Tabla 1. Demanda mundial de energía por tipo de combustiblep. 34
- Tabla 2. Comparativo demanda proyectada frente a suministro contratadop. 36
- Tabla 4. Información descubrimientos Caribe Colombianop. 49
- Tabla 5. Especificaciones típicas del GNLp. 53
- Tabla 6. Especificaciones de salida en la sección de acondicionamientop. 54
- Tabla 7. Especificaciones de calidad del gas natural en Colombiap. 55
- Tabla 8. Especificaciones típicas del GNL comercialp. 61
- Tabla 9. Composición típica de varias plantas de licuefacciónp. 62
- Tabla 10. Factores de conversiónp. 66
- Tabla 11. Clasificación plantas de licuefacción de gas naturalp. 68
- Tabla 12. Puntos normales de ebullición principales componentes GNLp. 71
- Tabla 14. Descripción tecnologías basadas en expansoresp. 82
- Tabla 15. Descripción tecnologías basadas en refrigerantes mixtop. 85
- Tabla 16. Descripción tecnologías basadas en refrigeración en cascadap. 87
- Tabla 17. Descripción tecnologías hibridasp. 88
- Tabla 19. Composición gas seco (Guajira)p. 109
- criticasp. 112
- Tabla 22. Escenario de volúmenes escenario mediop. 112
- Tabla 23. Análisis disponibilidad GNL para exportaciónp. 115
- Tabla 24. Clasificación cualitativa para implementación costa afuerap. 119
- proyectos costa afuerap. 68
- Tabla 26. Tabla comparativa tecnologías MR y Ciclos de Nitrógenop. 122
- Tabla 27. Proyectos de FLNG operando y en construcciónp. 124
- Tabla 28. Bases y condiciones de simulaciónp. 133
- Tabla 30. Condiciones de proceso ciclos de N2p. 140
- Tabla 31. Objetos de proceso empleados en la simulación caso DMRp. 143
- Tabla 32. Variables operativas del proceso con DMRp. 146
- Tabla 33. Balance de masa y energía tecnología expansión dual Nitrógenop. 149
- Tabla 34. Balance de masa y energía tecnología DMRp. 151
- Tabla 35. Tabla comparativa resultados entre tecnologíasp. 154
- Tabla 36. Desempeño intercambiadores de calor tecnología DMRp. 159
- Nitrógenop. 61
- Tabla 38. Calores específicos corrientes refrigerantesp. 160
- Tabla 39. Número de equipo por tren de licuefacción en FLNGp. 161
- Tabla 41. Detalle equipos Topside FLNG alternativa N2-Dual Expanderp. 167
- Tabla 42. Resumen estimados costos capital alternativa FLNG DMRp. 170
- Tabla 43. Detalle equipos Topside FLNG alternativa DMRp. 171
- Tabla 44. Resumen costos de operación para proyecto FLNGp. 174