Aprovechamiento de gases de combustión, aspectos técnicos a considerar

SCompresorde aire

Turbinade gas

Compresorde gas

Aire

Gas combustible

Gasde baja presión

Gas de alta presiónVapor vivo @ 17 barg y

430 oC o mayorRecuperador de calor (HRSG)

Sistema de condensación

Energíaeléctrica

Agua de alimentación

Planta tratamiento

Agua cruda

Agua de reposición

Gases de combustión al recuperador de calor

1 x STGGenerador eléctrico

Eficiencia térmica: 28 - 32 %

Eficiencia térmica posible: 45 – 50%

Turbina de vapor

Proceso de compresión actual (CS) Proceso propuesto para Cogeneración (CC)

Gas amargo

• Estaciones de compresión de gas húmedo amargo, para plantas de proceso (principalmente en el sureste)

• Plataformas de compresión

Gas dulce

• Estaciones de compresión de gas dulce de campos a plantas (principalmente en el norte)

• Nuevos campos a ser desarrollados

Gas seco

• Estaciones de compresión de CENAGAS• Plantas de proceso de gas, Unidades Recuperadoras de Nitrógeno

(URN)

Candidatos a generar energía eléctrica aprovechando gases de combustión:

Disponibilidad:Cantidad de equipos en operación, carga promedio, vida útil remanenteEscenario de operación de largo plazo, plazo mínimo a comprometer para el proyecto

Gases de escape:Las turbinas operan con exceso de aíre, para asegurar combustión completa, esto implica composiciones variables, pero altas en nitrógenoTemperatura de los gases y temperatura de salida del recuperador

Ubicación de los recuperadores:Experiencias previas y los estudios específicosEspacio físico y convenios de operación

Principales aspectos a considerar:

Conclusiones

• Los proyectos de instalación de Cogeneración en estaciones de compresión, ya sean de Pemex o no, son viables técnica y económicamente.

• En Pemex existen otras instalaciones susceptibles a este proceso, destaca la estación de compresión de Atasta, con el mayor potencial identificado, falta el estudio detallado.

• En Samaria la energía eléctrica se utilizaría principalmente para la sustitución de equipos de generación en sitio, para los pozos con Bombeo Eléctro-centrífugo (BEC).

• En este sentido, también se realizó el estudio topogrpafico para electrificar una seccióndel campo Samaria, actualmente sin suministro eléctrico, resultando viable y con alto VPN ya sea que se tome energía de la red o de la planta de Cogeneración.

• Es necesaria la inversión privada con esquemas diferentes a los habituales y compartiendo riesgos con Pemex, para que este tipo de proyectos se desarrollen.

CFE, Coordinación de Proyectos TécnicosCFE, Coordinación de Proyectos de Transmisión y TransformaciónActivo de Producción Samaria - LunaOrbit ConsultoresHEAT RECOVERY SOLUTIONS LTD

Agradecimientos

Gracias por su atención

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Factor de UtilizaciónMáquinas de la Planta Compresora Samaria II - 2013

• Se eligió como viables los equipos con mayor factor de utilización histórico.

• Lo anterior denota mayor disponibilidad y confiabilidad.

• Para casos de mantenimiento, se analizó la viabilidad de habilitar un recuperador en el siguiente en orden descendente de factor de utilización y de vida útil.

• El resultado puede o no ser viable, depende en gran medida del escenario futuro de manejo de gas.

Disponibilidad de equipo

• Considerando el escenario declinante, se analizó si se diseñaba para la media de todo el periodo o si se pagaba el exceso de capacidad de invertir para los flujos esperados en el primer periodo

• Se definió diseñar sobre la base de un promedio de manejo de gas del orden de 210 MMpcd, que no es ni el escenario superior ni el bajo sino la media.

• Con esto se estimó el potencial de Cogeneración para 12 años.

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2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027

Pronóstico Compresión de Gas

Gas de Formacion Manejado en PC SAM II Gas BN Manejado en PC SAM II

Período Gas al Inicio Gas al Final Promedio

2016 al 2022 294 mmpcd 198 mmpcd 248 mmpcd

2023 al 2028 198 mmpcd 153 mmpcd 169 mmpcd

2016 al 2028 294 mmpcd 153 mmpcd 211 mmpcd

Disponibilidad de gas

Fracción Molar (Seco) Caso 1 Caso 2Carbon Dioxide (CO2) 0.0231 0.0181Nitrogen (N2) 0.8079 0.8040Oxygen (O2) 0.1690 0.1779Carbon Monoxide (CO) 0.0001 0.0000

• La cantidad de aire de entrada a la turbina no es estequiométrica, sino en exceso, conforme a las recomendaciones de los fabricantes los excesos son altos.

• De tal manera que la composición de los gases de combustión es similar a la del aire, con alrededor de un 2% de CO2

Q = M * cp * ∆T• Considerando que la energía a intercambiar proviene del calor sensible de los gases

exhaustos los valores relevantes son el cp de la mezcla y la temperatura de los gases• Dada la poca variabilidad en la composición de los gases, el cp puede ser estimado

fácilmente

Gases de Escape

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1

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4

420-440 441-460 461-480 481-500 501-520 521-540 541-560 561-580

• Las estaciones de compresión de PEP analizadas en Samaria y Cunduacán tienen diferentes capacidades de equipos y son de diversas marcas.

• Por lo tanto la cantidad de masa no es igual entre equipos y se tiene que tomar como referencia el gas combustible y el aire de entrada .

• De igual forma la temperatura de los gases calientes es variable por equipo y ubicación, pero oscila alrededor de los 500°C.

Gases de Escape

• Basados en estudios previos de consultores externos en búsqueda de proyectos que pudieran calificar para Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL), se analizaron tras esquemas con el apoyo de CFE:

• Cabezal de vapor• Cabezal de gases exhaustos• Recuperadores individuales

Concepto Línea de vapor Línea de gases Tecnología circular

Capacidad 0.80 X 1.0 0.96 X

Costo 0.81 X 1.0 0.71 X

Costo unitario 1.0 1.0 0.72 X

• El escenario de instalar una línea de gases de escape resulta poco viable técnicamente

• En estos casos la mejor opción fue instalar equipos por unidad, circulares montables

Ubicación de los recuperadores

• Con los resultados del estudio de la CFE y de los fabricantes se pudo estimar que los proyectos de instalación de cogeneración en las estaciones de compresión Samaria y Cunduacán son viables económicamente.

• Con la Reforma Energética son factibles diversas formas de asociación y la operación en espacio físico de Pemex es también factible

Ubicación física