trabajo GAS DE SINTESIS (1).pdf

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica De la Fuerza Armada U.N.E.F.A (Núcleo) Anzoátegui - (Sede) San Tomé

PROFESOR:

INTEGRANTES:

ING. JOSE HILARRAZA

NARGELIS PULVE C.I 19.941.524 EYKER CORREA C.I 21.086.466 MARIO BOLAÑOS C.I 23.552.940 ANGEL VILLARROEL C.I 24.492.449 SECCIÓN: N02 8VO SEMESTRE DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO SAN TOMÉ, MAYO DE 2014 0

PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS Y SUS DERIVADOS

INTEGRANTES: EYKER CORREA C.I 21086466 MARIO BOLAÑOS C.I 23552940 ANGEL VILLARROEL C.I24492449 NARGELIS PULVE C.I19941524 SECCIÓN: N02 8VO SEMESTRE DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO

SAN TOMÉ, MAYO DE 2014 1

RESUMEN El gas natural es conocido como una mezcla de hidrocarburos gaseosos que se ha formado y acumulado en el interior de la tierra y es producto de la descomposición de la materia orgánica de animales y vegetales sepultados durante millones de años. Se utiliza como combustible y materia prima de la industria petroquímica. Sus moléculas de hidrocarburos varían, la composición real de un determinado gas se obtiene y aprecia por medio de análisis cualitativos y cuantitativos, en la cual estos análisis enumeran los componentes presentes y el porcentaje de cada componente en la composición total, siendo el Metano el componente principal del gas natural. En donde las principales cadenas petroquímicas de este hidrocarburo son el Metano, el Etano y las Naftas utilizadas como materia prima en la industria petroquímica para el crecimiento y desarrollo de importantes cadenas industriales como son la textil y del vestido; la automotriz y del transporte; la electrónica; la de construcción; la de los plásticos; la de los alimentos; la de los fertilizantes; la farmacéutica y la química, entre otras además también es utilizado para la obtención del gas de síntesis a través de varias tecnologías como el reformado de vapor de agua, Oxidación parcial POX, Reformado autotérmico o el Reformado combinado, en la cual cada una de estas tecnologías tiene un fin, que es la producción de Gas de síntesis (diversas mezclas de monóxido de carbono e hidrógeno), el cual es utilizado para fabricar productos químicos. Sin embargo la aplicación más importante del gas de síntesis es la preparación del amoniaco (NH3), logrado a través del método de Haber cuyo método consiste en la reacción de nitrógeno e hidrógeno con la ayuda de un catalizador, después de la producción de amoniaco, la segunda aplicación en importancia del gas de síntesis es la obtención de metanol.

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INDICE DE CONTENIDO pág. Índice de figuras………………………………………………………………………5 Índice de tablas………………………………………………………………………..6 Índice de anexos……………………………………………………………………....7 Introducción………………………………………………………………………..….8 El gas natural………………………………………………………………………….9 Definición del gas natural…………………………………………………………....12 Clasificación del gas natural respecto a su composición y propiedades fisicoquímicas………………………………………………………………………..13 Procesamiento del gas natural………………………………………………...……..13 Productos comerciales que se obtienen del gas natural y sus principales usos……...14 Gas pobre………………………………………………………………….....14 LNG……….……………………………………………………….……...…14 Tipo de procesamientos……………………………………………………………...16 Procesos para la extracción de productos comerciales………………………....…....17 El gas como materia prima de la petroquímica…………………………………..….18 Metano (gas natural)……………………………………………………………..…..21 Etano (olefinas ligeras)………………………………………………………………22 Productos derivados del etileno………………………………………………...……23 Naftas aromáticas…………………………………………………………………….25 Principales productos…………………………………………………………...……29 Energía vs combustible………………………………………………………………30 Propiedades de la energía………………………………………………..…………..31 Características del combustible……………………………………………………...32 Combustible como fuente de energía………………………………………..………33 Combustibles sólidos……………………………………………………...…34 Combustibles fluidos………………………………………………………...34 Importancia del gas natural como combustible fósil……………………………...…36 Combustible eficiente…………………………………………………………..……38 3

Producción de gas de síntesis……………………………………………….……….39 Selección de la tecnología para la generación de gas natural de síntesis…………....43 Reformado por vapor de agua………………………………………………………..43 Oxidación parcial (POX)…………………………………………………………….45 Reformado autotérmico………………………………………………………..…….47 Reformado por combinación o por dos etapas………………………...…………….50 Comparación de cada tecnología…………………………………………………….51 Síntesis del amoniaco………………………………………………………………..55 Síntesis del metanol……………………………………………………………….…56 Proceso lurgi……………………………………………………………………..…..58 Reforming ……………………………………………………………………...……59 Síntesis………………………………………………………………………….……60 Destilación………………………………………………………………………...…60 Proceso ICI…………………………………………………………………………..61 Ammonia-casale……………………………………………………………………..61 Topsee……………………………………………………………………………..…61 Interpretaciones………………………………………………………………………62 Glosario de términos………………………………………………………………....79 Referencias bibliográficas………………………………………………….………..82 Anexos……………………………………………………………………………….83

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INDICE DE FIGURAS pág.

Figura 1. Aporte total en energía primaria según tipo de energía……..……………..9 Figura 2. Etapas del procesamiento del Gas Natural………………………………..18 Figura 3. Gas Natural como materia prima de la petroquímica……………………..19 Figura 4. Parafinas Normales…………………………………………………...…..21 Figura 5. Olefinas………………………………………………………………...…23 Figura 6. Aromáticos………………………………………………………….…….25 Figura 7. Diagrama de flujo de una planta de Gasificación………………..……….46 Figura 8. Reformado autotérmico…………………………………………………...49 Figura 9. Reformado por Combinación ó de dos etapas……………………….……51 Figura 10. Diagrama de Flujo del Proceso………………………………………….54 Figura 11. Esquema para la obtención del amoniaco…………………………...…..56 Figura 12. Diagrama de flujo síntesis del metanol………………………………….58

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INDICE DE TABLAS pág. Tabla 1. Componentes del Gas Natural (ENAGAS, 2011)………………………....12 Tabla 2. Composición porcentual del Gas Natural de acuerdo a su clasificación (ENAGAS, 2011)…………………………...……………………………………….13 Tabla3. Petroquímicos básicos y no básicos………………………………………...20 Tabla 4. Principales Derivados del Metano………………………………………....22 Tabla 5. Derivados del etano………………………………………………………..24 Tabla 6. Derivados de las Naftas……………………………………………………26 Tabla 7. Productos Principales………………………………………………………27 Tabla 8. Comparación de Tecnologías para la generación de gas de síntesis……....52

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INDICE DE ANEXOS Pág. Anexo 1. Separador bifásico horizontal…………………………………………….68 Anexo 2. Ubicación de las refinerías en Venezuela………………………………...68 Anexo 3. Hidrotratamiento de naftas………………………………………………..69 Anexo 4. Gas de síntesis……………………………………………………………..69 Anexo 5. Proceso de Lurgi…………………………………………………………..70 Anexo 6. Combustibles sólidos……………………………………………………...70 Anexo 7. Ubicación de los complejos petroquímicos en Venezuela…...……………71 Anexo 8. Proceso de extracción del gas natural…………………………………..…71 Anexo 9. Estructura del metanol…………………………………………………… 72 Anexo 10. Productos petroquímicos producidos a partir del gas natural…………...72

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INTRODUCCIÓN La historia de la producción del gas natural en Venezuela tiene sus inicios en 1918. La producción del mismo ha estado sujeta a la producción del petróleo. Su uso está dirigido principalmente al sector petrolero: reinyección en el yacimiento como método de recuperación secundaria y levantamiento artificial de gas, proceso de desulfuración, entre otros. El resto para el consumo, va dirigido al sector no petrolero: mercado interno como el sector petroquímico, siderúrgico, cemento, aluminio, eléctrico, comercial

y residencial. Por lo tanto el manejo, tratamiento,

acondicionamiento, transporte, distribución, comercialización y mercadeo del gas natural y sus líquidos son operaciones que han experimentado avances tecnológicos significativos en las últimas cuatro décadas. En casi todos los países productores de petróleo y de gas de los yacimientos petrolíferos o de yacimientos gasíferos solamente, el volumen de gas producido representa una substancial contribución como fuente de energía, cuya importancia resalta al calcular su equivalencia a barriles de petróleo. En la actualidad el Gas Natural es, dentro del sector energético, el combustible de mayor crecimiento en el mundo por las ventajas que ofrece su uso industrial, siderúrgico, petroquímico, doméstico y como fuente generadora de electricidad. La energía es esencial para lograr el anhelado desarrollo industrial y su importancia supera, en muchos casos, a la materia prima. No hay sector de nuestra economía que no pueda ser beneficiado con el gas natural. La agricultura, la minería, el transporte, la generación eléctrica, la siderurgia, la petroquímica, este último permite aprovechar al máximo las ventajas del gas natural. A continuación se presentara de manera detallada el gas como materia prima de la Petroquímica, la producción del gas de síntesis, así como las tecnologías utilizadas para dicha producción. Igualmente se diferenciara los términos energía y combustible y la síntesis del metanol y el amoniaco, siendo este último un importante material para la generación de muchos productos.

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EL GAS NATURAL El gas natural es una fuente de energía primaria de gran importancia en el escenario energético mundial. Ésta ha asumido el mayor avance en las últimas décadas. Actualmente es la segunda fuente de energía de mayor demanda luego del petróleo, representando la quinta parte del consumo de energía en el mundo. Muchos lo consideran como el combustible del futuro debido a las ventajas ambientales y económicas que éste tiene frente a otros, resultando así de gran interés su explotación para muchos países. De acuerdo a la Agencia Internacional de Energía o IEA por sus siglas en inglés, el gas natural en el año 1997 representaba el 22% de la producción de energía mundial y para el año 2020 se estima que represente un 26%., tal como se observa en la figura 1.

Figura 1. Aporte total en energía primaria según tipo de energía. Fuente: World Energy Outlook 2000, International Energy Agency

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DEFINICIÓN DE GAS NATURAL El gas se refiere a un fluido homogéneo de baja densidad y viscosidad el cual no tiene volumen definido. El gas natural generalmente es una mezcla gaseosa incolora e inodora, que tiene presentes compuestos hidrocarburos y no-hidrocarburos. Los compuestos de hidrocarburos o también conocidos como parafínicos, constituyen por lo general el 90% de la mezcla y estos son: metano (CH₄), etano (C₂H₆), propano (C₃H₈), normal butano (nC₄H₁₀), normal pentano (nC₅H₁₂), iso-pentano (iC₅H₁₂), hexano (C₆H₁₄) y heptano plus (C₇₊). Los componentes de gases no-hidrocarburos también referidos como impurezas, son: dióxido de carbono (CO₂), sulfuro de hidrógeno (H₂S), nitrógeno (N₂), así como vapor de agua y helio (He) en algunos casos; estos compuestos representan el 10% de la mezcla. El gas natural es encontrado en yacimientos donde la temperatura se encuentra por encima de la temperatura crítica. Existen tres clasificaciones de yacimientos de gas: 

Gas Condensado: Se considera que el gas que a condiciones de yacimiento es un fluido monofásico, pero a determinadas condiciones de presión y temperatura se convierte en un fluido bifásico (gas y líquido) lo que es conocido como condensación retrograda. La temperatura de yacimiento se encuentra entre la crítica y la cricondentérmica.



Gas Seco: Es aquel en donde tanto a condiciones (presión y temperatura) de yacimiento como de superficie el hidrocarburo no condensa. Su presión inicial excede la temperatura cricondentérmica, y el gas se genera debido a un proceso de expansión.



Gas Húmedo: Este tipo de yacimiento es aquel donde la temperatura de yacimiento excede la cricondentérmica y el fluido en el yacimiento permanece en

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fase gaseosa, sin embargo al producir, la temperatura y la presión de gas disminuye, lo que hace que el gas entre en una región bifásica en donde este condensa en superficie.

Además de esta clasificación de yacimientos existe otra, que es la clasificación según su origen: 

Yacimiento de Gas Asociado: Es aquel donde el gas se encuentra disuelto en el petróleo y por lo tanto la producción de gas está vinculada a la producción del petróleo. En este tipo de yacimientos por lo general el gas producido es usado para la reinyección en los pozos, por razones de manejo de volúmenes y además para mantener las presiones en el yacimiento.



Yacimiento de Gas No Asociado: Es definido como yacimiento de gas libre, o aquel que posee una porción de líquidos muy reducida, un ejemplo de esto son los yacimientos de gas condensado.

En la tabla 1, realizada con información suministrada por el Ente Nacional del Gas (ENAGAS), se observa la composición del gas y el estado físico de cada uno de los componentes, además de la diferenciación porcentual de los componentes cuando el gas es procedente de gas asociado o gas no asociado.

Componentes

Nomenclatura

Estado Natural

Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano Nitrógeno Gas Carbónico Sulfuro de

CH₄ C₂H₆ C₃H₈ C₄H₁₀ C₅H₁₂ C₆H₁₄ C₇H₁₄ N₂ CO-CO₂ H₂S

Gaseoso Gaseoso Gaseoso Gaseoso Líquido Líquido Líquido Gaseoso Gaseoso Gaseoso

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Gas No asociado Composición (%) 55-98 0,1-20 0,05-12 0,01-0,8 0,01-0,8 0,01-0,5 0,01-0,4 0,1-5 0,2-30 Trazas-28

Gas Asociado Composición (%) 60-80 10-20 5-12 2-8 1-3 0,01-0,5 0,01-0,4 0,1-5 0,2-30 Trazas-28

Hidrógeno Hidrógeno Oxígeno Agua Helio

H₂ O₂ H₂O He

Gaseoso Gaseoso Gaseoso Gaseoso

Trazas-24 0,09-30 Trazas Trazas-4

Trazas-24 Trazas Trazas Trazas-4

Tabla 1. Componentes del Gas Natural (ENAGAS, 2011)

CLASIFICACIÓN DEL GAS NATURAL RESPECTO A SU COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS De acuerdo a los componentes que se encuentran presentes en el Gas Natural recibe una denominación específica, que indica de manera cuantitativa la composición de la mezcla. Es necesario hacer esta diferenciación, ya que de acuerdo a los componentes existentes, el gas puede ocasionar problemas tanto desde el punto de vista operacional, como de procesamiento y requerirá diferentes tratamientos para su manejo. La clasificación es la siguiente: 

Gas Agrio: Es el que posee altos contenidos de CO₂ y derivados del azufre (sulfuro de hidrógeno, mercaptanos, sulfuros y disulfuros). Posee más de 4 ppmv de H₂S.

Gas Dulce: Es aquel que posee bajos contenidos de CO₂ y derivados de azufre. Este se obtiene por procesos de endulzamiento. Posee menos de 4 ppmv de H₂S. 

Gas Húmedo: Gas con un contenido de humedad mayor a 112,11 mg de agua por m³ de gas.



Gas Seco: Gas con un contenido de humedad menor a 112,11 mg de agua por m³ de gas.



Gas Rico: Gas con un contenido significativo de compuestos más pesados que el etano.



Gas Pobre: Contiene pocas cantidades de propano y compuestos más pesados.

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En la tabla 2 presentada a continuación se observa la composición porcentual de etano, sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono, de acuerdo al tipo de gas.

Denominación Componentes Etano H₂S CO₂

Gas Dulce Seco Gas Asociado >10% >1% >2%

Gas Acido Seco >10%