Deshidratación del Gas Natural
CAPÍTULO 3 DESHIDRATACIÓN DEL GAS NATURAL 3.1
Introducción Todo gas natural de producción está totalmente saturado con agua en su
fase de vapor, porque proviene de un yacimiento saturado (en equilibrio) con agua !demás generalmente el gas contiene "# $ y %$& que se remueven con soluciones acuosas tales como aminas, carbonato de potasio, etc, que saturan el gas con agua ! fin de remover la mayor cantidad de agua, es necesario deshidratar el gas por las siguientes ra'ones
1. vitar formación de hidratos 2. "umplir con especificaciones como gas de venta 3. *inimi'ar corrosión +-
Deshidratación del Gas Natural
.ara .ara dise/ar dise/ar un sistem sistemaa de deshid deshidrat rataci ación ón se requie requiere re inform informaci ación ón preliminar tal como presión, temperatura, composición y rata de flu0o de gas
Normalmente el gas está saturado cuando llega a la planta o cuando cuando sale de una unidad de endul'amiento &in embargo, por lo regular la composición de entrada se suministra en base seca1 por lo tanto, el contenido de agua del gas h2medo de entrada debe ser determinado
!demás, con base en la composición h2meda, debe determinarse la temperatura de hidrato a una presión dada, a fin de que el gas pueda ser deshidratado lo suficiente para evitar la formación de hidratos y cumplir con la especifica especificación ción de contenido contenido de agua 3a cantidad cantidad de agua a ser removida del gas h2medo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cuál de las ra'ones + o $ sea la que controla n cualquier caso, se establece el contenido de agua en el gas seco que sale, o el correspondiente punto de roc4o por agua
3.2
Contnido D A!u" En E# G"$ N"tur"# l cont conten enid ido o de agua agua de una una corr corrie ient ntee de gas gas satu satura rado do,, se pued puedee
determinar bien sea en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos l m5todo manual que más frecuentemente se usa en la industria del gas natural es el uso de la carta de contenido de agua de *c6etta y 7ehe, que corresponde a la (8ig -9+) 8ig $9- del G.&! &in embargo, esta carta publicada en +:;< con base en los datos e=perimentales
+>
Deshidratación del Gas Natural
.ara .ara dise/ar dise/ar un sistem sistemaa de deshid deshidrat rataci ación ón se requie requiere re inform informaci ación ón preliminar tal como presión, temperatura, composición y rata de flu0o de gas
Normalmente el gas está saturado cuando llega a la planta o cuando cuando sale de una unidad de endul'amiento &in embargo, por lo regular la composición de entrada se suministra en base seca1 por lo tanto, el contenido de agua del gas h2medo de entrada debe ser determinado
!demás, con base en la composición h2meda, debe determinarse la temperatura de hidrato a una presión dada, a fin de que el gas pueda ser deshidratado lo suficiente para evitar la formación de hidratos y cumplir con la especifica especificación ción de contenido contenido de agua 3a cantidad cantidad de agua a ser removida del gas h2medo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cuál de las ra'ones + o $ sea la que controla n cualquier caso, se establece el contenido de agua en el gas seco que sale, o el correspondiente punto de roc4o por agua
3.2
Contnido D A!u" En E# G"$ N"tur"# l cont conten enid ido o de agua agua de una una corr corrie ient ntee de gas gas satu satura rado do,, se pued puedee
determinar bien sea en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos l m5todo manual que más frecuentemente se usa en la industria del gas natural es el uso de la carta de contenido de agua de *c6etta y 7ehe, que corresponde a la (8ig -9+) 8ig $9- del G.&! &in embargo, esta carta publicada en +:;< con base en los datos e=perimentales
+>
Deshidratación del Gas Natural
disponibles por ese tiempo, está limitada a gases dulces y no debe ser usada para composiciones de gases gases agrios mayores de ;? mol (% $& y@o "#$)
Tanto el % $& como el "# $ contienen más agua a saturación que el metano metano o me'cla me'class de gas natura naturall dulce, dulce, partic particula ularme rmente nte a presio presiones nes por encima de A psia a temperatura ambiente1 por lo tanto, a presiones por encu encuna na de A A psia psia,, se debe debe hace hacerr corr correc ecci ción ón por por % $& y " # $ sta stass correcciones
son
signific ficativamente
más
necesarias
a
más
altas
concentraciones y presiones
.ara la carta de la 8ig -9+ (8ig $9- del G.&!) la corrección por gravedad de gas no debe usarse cuando hay presencia de % $& y "#$, y por el efecto de ciertos hidrocarburos no siempre es adecuada, especialmente en la predicción de contenido de agua a presiones por encima de +,; psia (+;,; 6g@cm$) 3a l4nea para formación formación de hidratos es apro=imada y no debe debe usarse para predecir condiciones condiciones de formación de hidratos
l G.&! tiene dos m5todos simples para determinar el contenido de agua de gases agrios &in embargo, el primer m5todo que consiste en un promedio aditivo de la fracción mol correspondiente a los contenidos de agua en los los cons consti titu tuye yent ntes es dulc dulcee y agri agrio, o, no es cons consis iste tent ntee y por por lo tant tanto o es inseguro &e aplica a me'clas gaseosas con un contenido de gas ácido por deba0o de >?, mediante el uso de la siguiente ecuación y las 8igs $9-, $9< y $9: del G.&!
7 B y%" 7%" C y"#$ 7"#$ Cy%$& 7%$&
c -9+
%i! 3&1 Contnido D A!u" ' ()todo D (c*tt" +;
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+
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%i!. 3&2 contnido +cti,o d "!u" -"r" # co2 n /c#"$ d !"$ n"tur"#
+A
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Nótese que las 8igs $9< y $9: del G.&! suministran valores para el t5rmino contenido de agua EefectivoE de "# $ y %$& en me'cla de gas natural, el cual debe usarse solamente en la c -9+ stos no son contenidos de agua para "#$ y %$& puros
l segundo m5todo del G.&! que se basa en el uso de las 8igs $9+ y $9++ es más seguro (8ig -9-(a) y 8ig -9-(b)), pero tiene una aplicación limi limita tada da a , , psia psia (>$+ (>$+,< ,<> > 6g@c 6g@cm m $) y requ requie iere re inte interp rpol olac ació ión n para para determinada presión entre las dadas en las cartas
"on "on gases ases que tien ienen "# $, el "#$ debe debe ser ser conv conver erti tido do a una una concentración EequivalenteE de % $& .ara propósitos de este m5todo, se as une que el "# $ contribuye con el A;? del agua en la me'cla gaseosa, sobre una base molar como %$&
3os siguientes e0emplos del G.&! sirven para ilustrar el uso de las figuras y los m5todos anteriormente descritos
E0E(PLO 3&1 Determinar el contenido de agua saturada de un hidrocarburo gaseoso pobre y dulce a +; F8 y +, psia (;, " 9 A,-+ A,-+ 6g@cm $)
a.
.
&i el gas tiene un peso molecular de $ lb@lbmol &i el gas está en equilibrio con una salmuera al - ?
So#ución +<
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a
De la 8ig -9+ (H +; F8 y +, psia),
7 B $$ Ib@ **scf
y para .* B $ (H +; F8),
" g B :< 7 B :
b De la 8ig -9+ (H salmuera al - ?),
" s B :7 B :-J($$) B $; lb@ **scf
E0E(PLO 3&2 Determinar el contenido de agua saturada de una me'cla <? "% > 9 $? "#$ a + F8 y $, psia (A+,+ " K +>,+ 6g@cm $) l valor e=perimental para el contenido de agua fue +A$ lb@**scf
()todo Uno De la 8ig -9+ (H + F8 y $, psia),
7 %" B +A lb@**scf
De la 8ig -9$ (H + F8 y $, psia),
7 "#$ B $> lb@**scf
De la c -9+,
7 B y %" 7%" C y"#$ 7"#$ Cy%$& 7%$&
7 = <J(+A) C $J($>)
7 B +<$ lb@**scf
()todo Do$ +:
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"onvertir la composición de "# $ a una concentración EequivalenteE de %$&, y%$& (pseudo) y%$& (pseudo) B A;J(y "#$) B A;J($) B +;
De la 8ig -9- (H + F8 y +; ? % $&) y con L %$#B -; lb@bbl
7 B >: bbl@**scf J -; lb@bbl
7 B +A$ lb@**scf (igual al e=perimental)
Mecientemente 7ichert and 7ichert desarrollaron un m5todo simple para el cálculo de contenido de agua en gas agrio hasta con un ;; ? de % $& EequivalenteE l m5todo aplica hasta $ F" (-:- F8) y + *.a (+>,; psia) "on base en pruebas del m5todo hechas por los autores, los resultados tienen una precisión de ; 9+ ? n la 8ig -9> se presenta la carta utili'ada para este m5todo, en combinación con la 8ig $9- del G.&! l siguiente e0emplo ilustra el uso de este m5todo para estimar el contenido de vapor de agua en un gas natural agrio
E0E(PLO 3&3 "alcular el contenido de agua en equilibrio para un gas agrio que contiene >;? mol de "% >, +;? molde % $& y >? mol de "# $, a + F8 y $, psia (-A,A " K +>,+ 6g@cm $)
So#ución De la 8ig -9+ (H + F8 y $, psia),
7 (gas dulce) B -< lb@**scf ++
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"alcular el % $& equivalente,
% $&(equiv) = +;(%$&) C A;J(> ("#$)) %$&(equiv) = >; ?
%i!. 3.3"4 Contnido d !"$$ 5cido$ 6"$t" 2777 L-c"
%i!. 3.34 Contnido d !"$$ 5cido$ 6"$t" 8777 L-c"
+++
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%i!. 3&9. :"tr contnt r"tio c6"rt +or $our n"tur"# !"$
++$
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De la 8ig -9> (H + F8, >; ? % $& equiv y $, psia), ++-
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Melación cont agua B $<
"alcular 7(gas agrio),
H $ O en gas agrio H $ O en gas dulce
7(gas agrio) B $< J -< B A:> lb@**scf
#tro m5todo para estimar el contenido de agua en gases dulces o agrios es el de "ampbell ste m5todo está desarrollado sobre una base teórica y aparentemente es confiable1 sin embargo, no muestra datos de prueba
l contenido de agua saturada de una corriente puede tambi5n ser determinado usando un programa de computador de simulación de procesos n este caso se adiciona agua a la corriente de gas hasta que una peque/a fracción en fase l4quida apare'ca 3a precisión de los cálculos por simulación depende de lo bien que la base termodinámica modele el sistema, normalmente se utili'an ecuaciones de estado "on base en comparaciones recientes de datos e=perimentales para gas ácido, el contenido de agua que se predice es ra'onablemente bueno hasta < psig, por encima de dicho valor, los
modelos
de
estado
en
simuladores
comerciales
sobrepredicen
sustancialmente el contenido de agua
l mane0o del contenido de agua en gas ácido es un tema muy comple0o 3os datos y m5todos presentados en el G.&! no deben ser usados para dise/o final 3as 8igs $9>, $9;, $9 y $9A se basan en datos e=perimentales na determinación precisa de contenido de agua requiere un estudio cuidadoso tanto teórico como con datos e=perimentales n muchos casos datos e=perimentales adicionales son la me0or forma para verificar valores ++>
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predichos !2n las más sofisticadas ecuaciones de estado (#&) pueden dar resultados de confiabilidad cuestionable
(dición d# Contnido d) A!u" =isten varios instrumentos a nivel comercial basados en diferentes principios para medir el contenido de agua en el gas1 sin embargo, medir contenidos de agua menores de $ ppm, O (partes por millón en peso) o puntos de roc4o menores de 9> F8 es muy dif4cil .ara mayores referencias ver el "ap $ del Tomo I, donde se muestran los m5todos de "ampbell y Pu6ace6
3.3
Hidr"to$ d !"$ n"tur"# l hidrato es un sólido comple0o cristalino estable, con apariencia de
hielo pero posee una estructura diferente &e forma en sistemas de gas o de l4quidos recuperados del gas natural (NG3), cuando el gas o el l4quido está en o por deba0o del punto de roc4o del agua, normalmente cuando hay presencia de agua l4quida sin embargo1 no necesariamente tiene que darse esta condición, pues una ve' que el gas este saturado, el agua libre puede pasar directamente de vapor a sólido sin formar l4quido 3a temperatura de formación de hidrato a una presión dada depende de la composición del gas Tradicionalmente se han reconocido dos estructuras cristalinas para los hidratos que se forman con el gas natural llamadas simplemente structura I y II1 en las cuales las mol5culas de agua forman el enre0ado, y los hidrocarburos, ++;
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el N$, "#$, y %$& ocupan las cavidades 3as mol5culas más peque/as ("% >, "$%, "#$ y %$&) estabili'an formando un cuerpo c2bico centrado llamado structura I, y las mol5culas más grandes (" -%<, i9">%+, n9">%+) forman un enre0ado tipo diamante llamado structura II
3as mol5culas más grandes que el n9" >%+ no forman hidratos de structuras I y II1 sin embargo, estudios recientes indican que algunas isoparafinas y cicloalcanos más grandes que el pentano forman hidratos de structura %
"uando se forman hidratos 5stos tienden a bloquear tuber4as, equipos e instrumentos, restringiendo o interrumpiendo el flu0o n tomas de presión de medidores e indicadores, producen falsas lecturas de presión y errores de medición na ve' que se forman los hidratos su remoción es bastante dif4cil
%i!. 3&; %or"ción d 6idr"to$ d t"no.
Contnido d A!u" n #" R!ión d Hidr"to
++
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3a 8ig $9- del G.&! se basa en el supuesto de que la fase de agua condensada es un l4quido &in embargo, a temperaturas por deba0o de la temperatura de hidrato del gas, la fase condensada será un sólido (hidrato)
l contenido de agua de un gas en equilibrio con un hidrato, será menor que en equilibrio con un l4quido metaestable sto se conoce como la 'ona de advertencia Q7arningR en la 8ig $9- del G.&! ('ona de l4neas punteadas)
3a formación de hidratos es un proceso dependiente del tiempo 3a rata a la cual se forman los cristales de hidrato depende de varios factores que incluyen, composición del gas, presencia de sitios nucleares de cristales en la fase l4quida, grado de agitación, etc
Durante esta transición (per4odo de formación del hidrato), el agua l4quida presente se denomina liquido metaestable
!gua metaestable es agua l4quida la cual, en equilibrio e=istirá como un hidrato n la 8ig $9+- del G.&! se muestra el contenido de agua de un gas en equilibrio con el hidrato y se compara con el contenido de agua metaestable
l contenido de agua para gases en la región de hidrato es fuertemente dependiente de la composición, luego la 8ig $9+- no debe e=trapolarse para otras composiciones
++A
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"uando se dise/an sistemas de deshidratación (particularmente con TG) para cumplir con especificaciones drásticas de ba0os puntos de roc4o de agua, se requiere determinar el contenido de agua del gas en equilibrio con un hidrato usando una correlación como la que se presenta en la 8ig $9+-
&i se usa una correlación metaestable, se puede sobreestimar el contenido de agua saturada del gas a la especificación de punto de roc4o, y como resultado se puede llegar a un dise/o que no puede alcan'ar la remoción de agua requerida ++<
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3.9
Prdicción D Condicion$ P"r" L"
%or"ción D Hidr"to$ 3as condiciones para formación de hidrato pueden tambi5n ser calculadas en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos 3os cálculos manuales pueden hacerse con base en los m5todos del G.&! mediante el uso de cartas o siguiendo un procedimiento de cálculo de equilibrio vapor@sólido n forma similar a como se hi'o en los cálculos para contenido de agua en el gas, los cálculos manuales para predecir la formación de hidratos deben ser a0ustados para gases agrios Paille S 7ichert desarrollaron una carta para estimar las condiciones de formación de hidratos en gas natural agrio, la cual puede tambi5n usarse en gas dulce sta carta corresponde a la 8ig $9$A del G.&! "on reconocidos programas de computador para simulación de procesos, es posible estimar buenas condiciones para formación de hidratos con desviaciones de alrededor de $ F8 Generalmente estos programas se pueden usar en forma confiable para dise/o, especialmente, cuando el sistema, es complicado1 como el caso de formación de hidratos sin que se tenga agua libre condensada del gas, donde se requiere un modelo de cálculo termodinámico riguroso "on las 8igs $9+; a $9+A del G.&! se pueden hacer apro=imaciones a las condiciones de formación de hidratos, pero se producen errores ++:
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significativos para composiciones diferentes a las usadas para construir dichas cartas, porque las condiciones a las cuales se forman los hidratos se afectan fuertemente por la composición del gas 3os siguientes e0emplos del G.&! sirven para ilustrar su uso
E0E(PLO 3&9 ncontrar la presión de formación de hidrato para el siguiente gas a ; F8 para el siguiente gas
Co-onnt
%r"cción o#
P(
#<#o#
"l "$ "I"> N"> N$ "#$
A<> - ; +: :> $
+>-A >>:A ;<+$> ;<+$> $<+>>+
+$;< +< +;: $: ++ $:
Tot"#
1.777
27.7=
.*(me'cla) B $,< Ib@lbmol (me'cla) B .*(me'cla)@.*(aire) B $<@$<:> B :De la 8ig -9 (H ; F8 y gravedad espec4fica de A) . B -$ psia
%i!. 3&8 Cur,"$ d -rdicción d 6idr"to$
+$
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E0E(PLO 3&; l gas del e0emplo anterior se e=pande de +,; psia a ; psia U"uál es la temperatura inicial m4nima que permite la e=pansión sin que se forme hidratoV De la 8ig -9A para gas de gravedad espec4fica A +$+
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3a l4nea de presión inicial +,; psia se intercepta con la l4nea de presión final ; psia por encima de la curva de temperatura de + F8 3uego la temperatura m4nima inicial será apro=imadamente ++$ F8
%i!. 3&> E?-"n$ión -ri$i# $in #" +or"ción d 6idr"to$ " 7.> d !r",d"d $-c@+ic"
E0E(PLO 3&8 +$$
Deshidratación del Gas Natural
Determinar hasta dónde puede e=pandirse un gas de gravedad a $ psia y + F8 sin que se forme hidrato De la 8ig -9< para gas de gravedad espec4fica ncontrar intersección de
la
la l4nea de presión inicial $ psia con la curva de
iemperatura inicial + F8 3eer en el e0e de las W la presión final permisible igual a +,+ psia
%i!. 3&= E?-"n$ión -ri$i# $in #" +or"ción d 6idr"to$ " 7.8 d !r",d"d $-c@+ic"
E0E(PLO 3&> +$-
Deshidratación del Gas Natural
Determinar hasta dónde puede e=pandirse un gas de gravedad a $, psia y +> F8 sin que se forme hidrato
De la 8ig -9< para gas de gravedad espec4fica
3a l4nea de presión inicial $, psia no intercepta la curva de temperatura inicial +> F8 .or lo tanto, el gas puede e=pandirse hasta presión atmosf5rica sin que se forme hidrato
Prdicción d %or"ción d Hidr"to$ con "$ n #" Co-o$ición -"r" G"$$ Du#c$ n m5todo más seguro para estimar condiciones de formación de hidrato es el de Xat' , en el cual se e0ecutan cálculos tipo Epunto de roc4oE usando constantes de equilibrio vapor sólido X Y&, las cuales se muestran en las 8igs $9+: a $9$; del G.&!
l equilibrio vapor sólido está definido por la ecuación
X vs B y@=s
c -9$
.ara propósitos de cálculo, el valor de X Y& es infinito para las mol5culas más grandes que n" >, tambi5n para contenido de n"> en una me'cla menor de + ? y mayor de ? mol, y para nitrógeno &i el n"> está en proporción de + a ? mol, el valor de n" > se lee en la carta de la 8ig $9$-
+$>
Deshidratación del Gas Natural
l procedimiento es iterativo y la convergencia se alcan'a cuando se satisface la siguiente función ob0etivo
i n
( yi @ K
VS i +
) +
c -9-
E0E(PLO 3&= "alcular la presión de formación de hidrato a ; F8 para el siguiente gas
Co-onnt
" 377 -$i"
%r"cción o#
" 977 -$i"
n !"$
B S
B S
(t"no
A<>
$>
-<>
+A;
>><
Et"no
A:
A
;
+$
Pro-"no
-
++-
-+:
A$
;
I$out"no
;
>
+:
$A
+<;
n ' ut"no
+:
$+
:
$+
:
Nitró!no
:>
J
J
CO2
$
-
+
+:
+
Tot"#
1.777
7.>
1.399
J Yalor infinito
+$;
Deshidratación del Gas Natural
+$
Deshidratación del Gas Natural
Deshidratación del Gas Natural
+$A
Deshidratación del Gas Natural
+->> 99999 >
(> K -) B +
-; 99999 + $+ 99999 W 9 -
W B - C ($+ J +) JA-; B -;A psia
9 l valor e=perimental a ; F8 fue -$; psia 9 l valor calculado con el simulador de procesos %ysys es -- psia
E0E(PLO 3& l siguiente gas, " + B :$A, " $ = ;$:, " - B +-<, i" > B +<, n"> B -> y n" ; B +>, está a -,; psia y +; F8 U"uáles serán las condiciones de hidrato cuando dicho gas se e=pandeV
P"$o 1 %acer cálculos flash adiabáticos, a diferentes presiones finales y graficar presión9vs, temperatura final (Yer 8ig -9+; )
Pr$ión Inici"#
T-r"tur" Inici"#
Pr$ión %in"#
T-r"tur" %in"#
-$i"
F%
-$i"
F%
-,; -,; -,; -,; -,;
+; +; +; +; +;
- > ; A
-< >; ;$ ;< > +$<
Deshidratación del Gas Natural
%i!. 3&1;
P"$o 2 stimar presión de formación de hidrato para varias temperaturas (>, ; y F8) usando los datos de equilibrio X Y& ! continuación se muestra el cálculo para T B > F8 Graficar presión de hidrato vs temperatura en 8ig -9 +;
+$:
Deshidratación del Gas Natural
Co-onnt
%r"cción
" 277 -$i"
o# n !"$
" 377 -$i"
B S
B S
"+
:$A
$$;
>++:
+A;
;$:;
"$
;$:
;
+;<
$;
$;<
"-
+-<
;;
$;:
-
>
i">
+<
$$;
<
+;
+A+>
n">
->
J
J
n";
+>
J
J
Tot"# J
1.7777
7.=9=8
1.91=
Yalor infinito
&e interpola linealmente, <>< 99999 $
(+>+<: K ,<><) B ,;A-
+ 99999 W
(+ K <><) B ,+;+>
+>+<: 99999 -
(- K $) B +
;A- 99999 + +;+> 99999 W K $ +-
Deshidratación del Gas Natural
W B $ C (+;+> J +)@ ;A- B $$ psia
P"$o 3 3a intersección de las dos curvas en la 8ig -9+; será el punto al cual se empie'an a formar hidratos
l valor aqu4 calculado es ; psia y ;$ F8
n la 8ig -9+ se muestra el mismo cálculo pero hecho con el simulador de procesos %ysys y el valor calculado es A; psia y ; F8
+-+
Deshidratación del Gas Natural
+-$
Deshidratación del Gas Natural
Prdicción d %or"ción d Hidr"to$ -"r" G"$$ con A#to Contnido d CO2
E0E(PLO 3&17
Deshidratación del Gas Natural
Prdicción d %or"ción d Hidr"to$ -"r" G"$$ con A#to Contnido d CO2
E0E(PLO 3&17 stimar la temperatura de formación de hidrato a + psia para un gas con la siguiente composición
Co-onnt
(o#
N$
-
"#$
%$&
>+<
"+
<>$;
"$
-+;
"-
A
i">
$
n">
+:
"; C
>
.* B +:A; lb@lbmol
Gravedad espec4fica, B <$
So#ución r %i!. 3&18 4 +--
Deshidratación del Gas Natural
1. "on + psia interceptar curva de % $& a >+< ? mol 2. Ir verticalmente hacia aba0o hasta interceptar con l4nea hori'ontal de B <$
%i!. 3&18
%unt GPSA G"$ Proc$$or$ Su--#ir$ A$$oci"tion4 3. &eguir en forma paralela la l4nea diagonal en el fondo de la gráfica e interceptar el e0e de la W en T B -; F8 +->
Deshidratación del Gas Natural
9. !plicar a0uste del " - entrando por la parte superior i'quierda de la gráfica, con %$& B >+< ? mol interceptar con la l4nea de concentración de " - B A ? mol Ir verticalmente hacia aba0o hasta encontrar la presión del sistema (+ = + 9- psia) y leer la corrección en la escala de la i'quierda (9$A F8)
;. T de formación de hidrato (H + psia) B -; 9 $A B < F8
Not" el a0uste de temperatura por corrección de " - es negativo al lado i'quierdo y positivo al lado derecho de la gráfica
3.;
In6iición d Hidr"to$ 3a formación de hidratos puede prevenirse deshidratando tanto el gas
como el l4quido, para eliminar la formación de agua condensada en fase l4quida o sólida &in embargo, en algunos casos este proceso puede no ser práctico o económico n estos casos, la inhibición puede ser un m5todo efectivo para prevenir la formación de hidratos
n la inhibición se inyecta un glicol o metanol a una corriente de proceso, donde se combina con la fase condensada acuosa para ba0ar la temperatura de formación de hidrato a una presión dada Tanto el glicol como el metanol pueden ser recuperados en la fase acuosa para ser regenerados y reinyectados .ara procesos de inyección continua hasta 9 > F8, normalmente +-;
Deshidratación del Gas Natural
los glicoles ofrecen unas venta0as económicas comparadas con la recuperación de metanol por destilación
&in embargo, a temperaturas criog5nicas por deba0o de 9 > F8, el metanol se favorece por su ba0a viscosidad lo que facilita su separación del hidrocarburo por gravedad y porque la viscosidad del glicol se vuelve e=cesiva dificultando la separación efectiva s de anotar que normalmente el metanol se inyecta puro
3os glicoles usados para inhibir hidratos son el etilen (G), dietilen (DG) y trietilen (TG) glicol, siendo el más popular el etilen glicol por su ba0o costo, ba0a viscosidad y ba0a solubilidad en hidrocarburos l4quidos n las 8igs $9- a $9>+ del G.&! se dan las propiedades f4sicas para los glicoles más comunes y para me'clas glicol agua n la 8ig $9>$ del G.&! se suministra información para glicoles puros y metanol
.ara que la inhibición sea efectiva, el inhibidor debe estar presente en el punto e=acto en el cual el gas h2medo es enfriado a su temperatura de hidrato .or e0emplo, en plantas de refrigeración, glicol se inyecta en forma de roc4o a la entrada del lado de los tubos del intercambiador gas 9 gas, y cuando el agua condensa, el inhibidor está presente para me'clarse con ella y prevenir la formación de hidratos
3a inyección debe ser de forma tal que permita una buena distribución a trav5s de cada tubo o placas, en intercambiadores de calor operando por deba0o de la temperatura de hidrato del gas +-
Deshidratación del Gas Natural
&oluciones glicol 9 agua e hidrocarburos l4quidos, pueden formar una emulsión cuando se agitan o cuando se e=panden de alta a ba0a presión como en una válvula de e=pansión ZT .ara conseguir una completa recuperación del glicol diluido para posterior regeneración y reinyección, debe hacerse un dise/o cuidadoso del separador
l regenerador en un sistema de inyección de glicol debe operarse para producir una solución de glicol regenerado, cuyo punto de congelación est5 por deba0o de la m4nima temperatura encontrada en el sistema na concentración t4pica está entre A; y <? en peso n la 8ig $9>> del G.&!, se muestra el punto de congelación para soluciones glicol agua a varias concentraciones
3a concentración m4nima de inhibidor en la fase de agua libre se puede estimar con la ecuación de %ammerschmidt
d
$--; X + PM + (+ X + )
c -9>
3a c -9> no debe usarse para concentraciones por encima de $ 9 $; ? peso para metanol y 9 A ? peso para glicoles
.ara concentraciones de metanol hasta ; ? peso la ecuación de Nielsen9Puc6lin ofrece me0or precisión
d B 9+$: ln(W %$#)
c -9;
+-A
Deshidratación del Gas Natural
l t5rmino EW%$#E es en fracción mol, no en peso por lo tanto con la 8ig $9>; del G.&!, se hace la conversión de porcenta0e en peso de metano+ a fracción mol de agua
.ara concentraciones finales de G mayores de ; ? peso y de metanol superiores a A; ? peso, se utili'a el m5todo de *addo= etal, que aunque es iterativo converge rápidamente y se detalla a continuación
3n (W%$# J [ %$#) B 9 $- J (+@T K +@To)
donde,
[
B e=p("+Wi$ C "$Wi-)
%$#
c -9
c -9A
.ara etilen glicol
"+ B 9 <-A+$ C ++<>- J T C ++++:>@T
"$ B >A<>$ 9 +;JT +$ 9 >:+-$$@T
.ara metanol
"+ B 9$<:< C $+>$:-@T +@$ 9 +AA-<AA@T
"$ B ++:: 9 ><>>A@T +@$ C --<<--@T +-<
Deshidratación del Gas Natural
l procedimiento es como sigue
1. Determinar To usando un m5todo para calcular temperatura de hidrato sin inhibidor
2. "alcular [ %$# a To con c -9A para Wi dado (W%$# B + K Wi) 3. Mesolver la c -9 para encontrar T 9. "alcular [ %$# a T con c -9A ;. Mepetir desde el paso - hasta que los valores de T conver0an con una diferencia no mayor de + FM
Despu5s de calcular la concentración final de inhibidor por alguno de los m5todos anteriores, se hace un balance de materia para determinar la rata de flu0o de inhibidor requerido en la fase de agua
m I
X R J m H $O X L X R
c -9<
3a cantidad de inhibidor a ser inyectada debe considerar no solo la requerida para evitar congelamiento, sino la necesaria para estar en la fase de vapor en equilibrio y la que se disuelve en el hidrocarburo liquido 3a presión de vapor del metanol es lo suficientemente alta para que cantidades significativas se vaporicen
+-:
Deshidratación del Gas Natural
3as p5rdidas de metanol por evaporación se pueden estimar de la 8ig $9;+ del G.&!, la cual está e=trapolada para valores de presión por encima de A psia "on dicha figura se puede subestimar las p5rdidas de metanol en la fase de vapor para altas presiones .ara el glicol las p5rdidas por evaporación son muy peque/as y generalmente se ignoran en los cálculos
3as p5rdidas de inhibidor en la fase de hidrocarburo l4quido son más dif4ciles de predecir 3a solubilidad depende fuertemente de las composiciones tanto de la fase de agua como de la fase de hidrocarburo
3a 8ig $9;$ del G.&! presenta datos e=perimentales de solubilidad del metanol en hidrocarburos l4quidos paraf4nicos como función de la temperatura y la concentración de metanol 3a solubilidad del metanol en hidrocarburos naft5nicos es un poco menor que en paraf4nicos, pero la solubilidad en hidrocarburos aromáticos puede ser cuatro a seis veces más alta que en paraf4nicos
3a solubilidad del G en la fase l4quida de hidrocarburo es e=tremadamente peque/a .ara propósitos de dise/o se usa un valor de solubilidad de - lb por + gal (&) de l4quidos del gas natural (NG3) &in embargo, arrastres o cualquier otra p5rdida mecánica, pueden ocasionar p5rdidas totales significativamente mayores
3a concentración final y la rata de flu0o de inhibidor requerida, se pueden tambi5n calcular con un programa de simulación de procesos &e reali'an cálculos de temperatura de hidrato, adicionando inhibidor hasta que la +>
Deshidratación del Gas Natural
temperatura de hidrato para la corriente de gas se depresione por deba0o de la temperatura de operación del sistema
3a concentración requerida de inhibidor pobre se fi0a t4picamente entre y <? peso para el G y +? pesa para el metanol &i la temperatura de hidrato no decrece cuando una cantidad grande de inhibidor se adiciona, se debe comparar contra el m5todo de *addo= et al &i los resultados son consistentes, el paso a seguir es incrementar la concentración del G &in embargo, es necesario ser muy cuidadoso porque se incrementará la viscosidad
! continuación se presenta un e0emplo calculado tanto a mano como con el simulador de procesos %ysys
E0E(PLO 3&11 n una plataforma costa afuera se producen + **scfd de gas natural a + F8 y +$ psia l gas llega a la costa a > F8 y : psia 3a temperatura de hidrato del gas es A F8 3a producción de condensado asociado es +$A lbmol@h "alcular la cantidad de inhibidor requerido (metanol y < ? peso G), para prevenir la formación de hidrato en la tuber4a
.aso +,
"alcular la cantidad de agua condensada por d4a de 8ig -9+
7(H + F8, +$ psia)
=
7(H > F8,
B :; lb@**scf
: psia)
;- lb@**scf
+>+
Deshidratación del Gas Natural
!gua condensada B + **scfd (;- 9 :; ) lb@**scfd B >-; lb@d
C5#cu#o$ -"r" t"no# & P( J 32 .aso $, "alcular la concentración de metanol (fracción en peso), con las cs -9> y -9;
Depresión punto de congelación, d B A 9 > B - F8
De c -9>,
X I + @+
$--;
$--; + PM J d -$ J -
W+ B $:+ fracción peso (\$ K $; ? peso)
De c -9;,
W%$# B e=p(d@9+$:) B e=p(-@9+$:)
W%$# B A:- fracción mol
De 8ig -9+A (H W %$# B A:-), WI,B -+; fracción peso (] ; ? peso), se usa este valor
(Yalor calculado con %ysys, W I B -+$ fracción peso)
.aso -, "alcular flu0o másico de metanol en fase agua (*e#% B + ? peso)
+>$
Deshidratación del Gas Natural
De c -9<,
m I
X R J m H $O X L X R
B
m I
-+; J >,-; + ,-+;
$, lb@d
(Yalor calculado con %ysys, m I B $,+>< lb@d)
.aso >,
"alcular p5rdidas por evaporación con 8ig -9+<
.5rdidas a H > F8 y : psi, .5rdidas evap B +;
.5rdidas evaporación B +;
lb @ MMscf
? peso MeOH (+
lb @ MMscf ? peso MeOH
**scfd)($+; ? peso *e#%)
.5rdidas evap diarias B -,-< lb@d
(Yalor calculado con %ysys, .5rdidas evaporación B $,:;$ lb@d)
.aso ;,
"alcular p5rdidas en fase hidrocarburo l4quido con 8ig -9+:
.5rdidas a H > F8 y -+; ? peso *e#%,
.5rdidas en %" l4q B + ? mol *e#%
.5rdidas diarias en %" l4q B (+) J (+$A) lbmol@hJ$> h@d B >: Ibmol@d
.5rdidas diarias en %" l4q B >: lbmol@d J -$ lbmol = +;A Ib@d +>-
Deshidratación del Gas Natural
(Yalor calculado con %ysys, .5rdidas en %" l4q B +;< lb@d)
.aso , 8lu0o másico total de *etanol B $, C -,-< C +;A B ;,>; lb@d
(Yalor calculado con %ysys, 8lu0o másico total de *etanol B ;,<; lb@d)
C5#cu#o$ -"r" EG & P( J 82 .aso A,
"alcular la concentración de G (fracción en peso), con la c -9>
"on d B - F8 y .* B $,
X I + @+
$--;
$--; + PM J d -$ J -
WI B >>- fracción peso de G (Yalor calculado con %ysys, W IB >< fracción peso)
.aso <,
"alcular flu0o másico de G en fase agua (G B < ? peso)
%IGURA 3&1>
+>>
Deshidratación del Gas Natural
%unt GPSA G"$ Proc$$or$ Su--#ir$ A$$oci"tion4
%IGURA 3&1=
+>;
Deshidratación del Gas Natural
%unt GPSA G"$ Proc$$or$ Su--#ir$ A$$oci"tion4
+>
%IGURA 3&1
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
De c -9<,
m I
X R J m H $O X L X R
B
m I
>>- J >,-; < ,>>-
;,-:< lb@d
(Yalor calculado con %ysys, m IB ;,$-A lb@d)
.ara el tilen glicol las p5rdidas por vapori'ación y en la fase l4quida
de hidrocarburo son despreciables ("on %ysys tambi5n son
despreciables)
De c -9<,
m I
X R J m H $O X L X R
B
m I
>>- J >,-; < ,>>-
;,-:< lb@d
(Yalor calculado con %ysys, m IB ;,$-A lb@d)
.ara el tilen glicol las p5rdidas por vapori'ación y en la fase l4quida
de hidrocarburo son despreciables ("on %ysys tambi5n son
despreciables)
3.8
Proc$o D D$6idr"t"ción Con G#ico#
"uando la inhibición de hidratos no es factible o práctica, se usa el proceso de deshidratación que puede ser con un desecante l4quido o sólido1 aunque usualmente es más económico el proceso con l4quido, cuando se cumple con las especificaciones de deshidratación requeridas l glicol más com2nmente usado para deshidratación del gas natural es el trietilen glicol (TG) con el cual se pueden alcan'ar contenidos de agua de > lb@**scf que no son posibles con otros glicoles
3os otros glicoles que pueden usarse son el dietilen glicol (DG) con el cual se puede llegar a un contenido de agua de A lb@**scf y el tetraetilen glicol (TMG)
&iguiendo el flu0o de proceso del esquema de la unidad de deshidratación con glicol que se muestra en la 8ig -9$, puede observarse que el gas h2medo que llega a la unidad pasa por un separador que com2nmente está integrado al fondo de la torre contactora o absorbedora, y entra por el plato de fondo
l glicol regenerado se bombea al plato de cima de la torre absorbedora y a medida que fluye hacia aba0o, va absorbiendo agua del gas que fluye en contracorriente desde el plato de fondo
.or el fondo de la absorbedora sale una me'cla agua 9 glicol rico que pasa por el serpent4n condensador de reflu0o y va al tanque EflashE, en el cual se separa la mayor parte del gas disuelto
3a me'cla acuosa de glicol pasa por el intercambiador de calor glicol rico 9 glicol pobre y va a la torre regeneradora en la cual, el agua absorbida se destila del glicol por aplicación de calor, a presión muy cercana a la atmosf5rica
l glicol pobre regenerado fluye a trav5s del intercambiador de calor glicol rico Kglicol pobre y se recicla con bomba a la torre absorbedora, mediante enfriamiento previo
n este cap4tulo se mane0aran las diferentes tecnolog4as usadas para el fin de deshidratar el gas, al igual que sus respectivos equipos
%i!. 3&27 Di"!r"" d +#uKo d -roc$o Unid"d d d$6idr"t"ción con !#ico#
%unt GPSA G"$ Proc$$or$ Su--#ir$ A$$oci"tion4
S-"r"dor
D Entr"d"
na buena práctica es instalar un separador para el gas de entrada, aun si la unidad de deshidratación está cerca al separador de producción &e busca poder separar cantidades grandes de agua fresca o salada, hidrocarburos, qu4micos de tratamientos o inhibidores de corrosión, a fin de evitar su paso a la absorbedora o contactara, pues aun peque/as cantidades de estos materiales, causan p5rdidas e=cesivas de glicol debido a la formación de espuma, reducen la eficiencia e incrementan el mantenimiento
A$ordor"
s una vasi0a que puede ser de platos de burbu0eo, de válvulas o con empaque que promueve el proceso de absorción de agua del gas natural en una solución de glicol
T"or
%#"$6
n este tambor la mayor parte del gas natural disuelto se separa de la solución de glicol rico y se env4a a gas combustible 3a presión de operación debe ser lo suficientemente ba0a para promover la separación del gas, pero a la ve' lo suficientemente alta para que pueda entrar al sistema de gas combustible
R!nr"dor"
O D$-oK"dor" D A!u"
3a despo0adora contiene una sección de serpent4n en la cima de la columna, a trav5s de la cual fluye glicol rico para enfriar los vapores que suben de la parte inferior
sto genera un reflu0o que minimi'a las p5rdidas de glicol en el vapor de agua despo0ada .or deba0o de la boquilla y distribuidor de entrada del glicol rico, se encuentra una sección empacada usualmente con sillas de cerámica
R6r,idor
l Mehervidor tiene que ser dise/ado para suministrar el calor adecuado para elevar la temperatura del glicol rico al nivel requerido para su regeneración 3a temperatura del TG no debe ser superior a > F8 para evitar su descomposición
o"
D G#ico#
sta bomba circula el glicol a trav5s de los equipos .uede ser mane0ada por motor el5ctrico o con gas a alta presión &i se bombea glicol en e=ceso, no se alcan'a la temperatura requerida de regeneración en el rehervidor
P)rdid"$ D G#ico#
n nivel aceptable de p5rdidas está en el orden de + gal@**scf de gas tratado, lo cual es equivalente a menos de + lb de glicol por **scf
3as p5rdidas ocurren en la cima de la contactora influenciadas por la temperatura y presión de operación, en la torre regeneradora y por fugas en la bomba, filtros, tuber4as y durante limpie'a de filtros
A$-cto$ Aint"#$
n el proceso de regeneración del glicol rico a glicol pobre, el agua que ha sido absorbida en la contactora se libera en la regeneradora y se ventea a la atmósfera
Desafortunadamente, el glicol no solamente absorbe agua en la contactora sino hidrocarburos y gas ácido 3os hidrocarburos paraf4nicos normalmente no se absorben pero los aromáticos s4 n la página $9-$ del G.&! puede observarse que cantidades substanciales de ciertos aromáticos pueden ser absorbidos para ser luego liberados a la atmósfera, a menos que dichos vapores sean capturados de alguna manera, mediante procesos que son generalmente costosos
3a evaluación del sistema de TG involucra establecer su concentración m4nima para alcan'ar la especificación de punto de roc4o por agua 3a 8ig $9 ;> del G.&! muestra el punto de roc4o por agua de una corriente de gas natural en equilibrio con una solución de TG a varias concentraciones y temperaturas
sta figura puede usarse para estimar la concentración requerida de TG para una aplicación particular, o la depresión teórica del punto de roc4o para una temperatura dada y determinada concentración de TG
Yalores de punto de roc4o reales de salida dependen de la rata de circulación de TG y del n2mero de etapas de equilibrio 3os datos de la 8ig $9;> son relativamente insensibles a la presión y dicha figura puede usarse hasta +,; psia con peque/o error
na ve' se determina la concentración de TG, debe determinarse la rata de circulación y el n2mero de platos o altura de empaque n las 8igs $9;; a $9;: del G.&! se presenta la relación de remoción de agua a rata de circulación de TG, para varias concentraciones y n2mero de etapas teóricas de equilibrio
GUÍAS DE DISEO M OPERACIÓN PARA INHIICIÓN DE HIDRATOS M DESHIDRATACIÓN CON GLICOL 1.
"omo criterio de dise/o el flu0o real de inhibidor debe ser apro=imadamente el doble del flu0o calculado en forma teórica
2. "uando se utili'a el glicol para prevenir formación de hidratos, la regeneración se hace hasta 9< ? peso
3.
"uando se utili'a glicol en el proceso de deshidratación, la regeneración se hace a la mayor pure'a posible :: ; ? peso o más
9.
&i en una instalación e=isten los procesos de inhibición de hidratos y deshidratación con glicol, se requieren dos sistemas independientes para su regeneración
;.
"omo en la operación real no se da la condición de equilibrio sino una condición dinámica, para dise/o se usan apro=imaciones como por e0emplo, si el ob0etivo es una depresión hasta # F8, se traba0a con 9+ @ 9$ F8 o sea una apro=imación de +@$ F8 &i los cálculos dan que se requiere una pure'a de glicol de :: ?, se traba0a con ::; ?
ASOREDORA 8.
l enfriamiento del glicol pobre que se recicla a la cima de la absorbedora se debe hacer alrededor de ; K + F8 por encima de la temperatura de entrada del gas h2medo en el fondo, a fin de evitar condensación de hidrocarburos del gas que causen formación de espuma
>. Dise/os económicos utili'an ratas de circulación de $ K ; gal TG@lb %$# absorbida
=. l n2mero de platos teóricos t4picos entre + K -, los platos reales entre > y +$ 3a conversión de etapas de equilibrio a platos reales puede hacerse asumiendo una eficiencia global de plato entre $; ? para platos de burbu0eo y -- ? para platos de válvulas .ara empaque, la
relación de altura equivalente de empaque a plato teórico (%T.) var4a con la rata de circulación de TG, el flu0o y la densidad del gas1 pero un valor de - K pulgadas es normalmente adecuado
. 3a temperatura de entrada del gas h2medo debe estar entre K +$ F8 "uando la temperatura de la absorbedora está por deba0o de F8, el incremento en la viscosidad del TG puede reducir la eficiencia en la transferencia de masa
17. l espaciamiento t4pico entre platos en la absorbedora es $> pulgadas &in embargo, la altura total de la torre estará de acuerdo con el n2mero de platos o la altura de empaque requerida, más de K + adicionales para permitir el retiro de vapor al l4quido por encima del plato de cima, distribución del gas de entrada por deba0o del plato de fondo y espacio para colectar glicol rico en el fondo
11. Tradicionalmente se han usado platos de burbu0eo en absorbedores de glicol, porque permiten ba0as ratas de l4quido vs 8lu0o de gas1 sin embargo, el empaque estructurado está siendo muy aceptado, porque permite reducción significativas en diámetro, y alguna reducción en altura
12. l diámetro de la absorbedora se fi0a con la velocidad del gas v o G, en forma similar a como se hace para separadores Yalores recomendados para los factores X y " se dan en la Tabla +
v B K
L
g
g
, ft@s
ó
GB
C
g ( L g )
1 lb@(h9ft$)
.ara platos, $
;:,> J # J " J ! P
, in
c -9:
.ara empaque estructurado,
$
C pla&oburbu %a C empa'ue es&ruc&ura do
c -9+
J ( $ pla&oburbu %a )
13. 3os vendedores de empaque estructurado utili'an una variable 8, para dimensionar absorbedoras de glicol, definida como 8s B v
c -9++
Yalores de 8 s B $,; K -, generalmente suministran un buen estimativo del diámetro de la absorbedora con empaque estructurado
TALA 3&1 %"ctor$ * ' c -"r" ,#ocid"d d ,"-or B +"ctor$
C +"ctor
+t<$
+t<6
$R
,+>
;>
$>R
,+
;A
,+A
+$
.lato de burbu0eo, espaciamiento
-R mpaque structurado
!l a'ar
,- a ,> J
+< a +>> J
+ inch .all rings
,+- K ,+<
>< 9 ><
$ inch .all rings
,+: 9,$
<>9 :-
J Depende de la densidad del empaque y el vendedor
TA(OR %LASH 19. .ara desgasificación se requiere un tiempo de retención m4nima de - K ; minutos &i se va a remover hidrocarburo l4quido, se requiere un tiempo de retención de $ K - minutos
1;. .resión de operación B psig 18. Temperatura de operación B +> K + F8 si a continuación se en encuentra el intercambiador glicol rico K glicol pobre
INTERCA(IADOR GLICOL RICO ' GLICOL PORE 1>. Temperatura de alimento a la despo0adora de agua ^ - F8 1=. Temperatura del glicol pobre fr4o ^ +; F8 1. !pro=imación QapproachR lado caliente ^ > F8
DESPO0ADORA DE AGUA
27. .resión ^ atmosf5rica 21. Temperatura de fondos
TG ] > F8 (preferible -< F8) TG \ -> F8 (preferible -$ F8)
22. Temperatura de cima para minimi'ar p5rdidas de glicol B $+ F8 23. Meflu0o para minimi'ar p5rdidas
^
- ? del efluente de la
absorbedora
29. "antidad de calor QDutyR en condensador para minimi'ar p5rdidas ^ $;? del calor de vapori'ación del agua absorbida
2;. N2mero de platos teóricos - K > (Mehervidor, + K $ platos teóricos y condensador)
28. 3a cantidad de calor QDutyR del rehervidor está en el orden de + ; Ptu@gal de glicol recirculado
EN%RIADOR DE GLICOL PORE 2>. Temperatura del glicol pobre a la absorbedora B Temperatura de entrada del gas h2medo C ; a + F8
! continuación con el 0emplo +$, se e=plican los cálculos paso a paso para el dimensionamiento de una torre absorbedora de trietilen glicol con platos de burbu0eo y con empaque estructurado
E0E(PLO 3&12 n flu0o de gas natural h2medo de ;+,> **scfd con gravedad espec4fica B ,;> y ' B ,<$: entra a una contactora con TG a :; psia y + F8 3a especificación de humedad para el gas de salida es A lb de %$#@**scf l n2mero de platos reales de la contactora es <
"alcular el diámetro y la altura para platos de burbu0eo y empaque estructurado sar una temperatura de apro=imación de + F8 para el punto de roc4o .ara la torre despo0adora de agua o regeneradora, calcular la cantidad de calor QdutyR del rehervidor, si la carga a la despo0adora entra a $< F8 y la temperatura del rehervidor es -A F8
SOLUCIÓN.& + Determinar el contenido de agua en el gas de entrada a . y T
n la 8igura -9+, (H + F8, :; psia), 7 in B > lb %$#@**scf
$ Determinar el contenido de agua a ser removida
_ %$# B 7in 9 7out B > 9 A B ;A lb % $#@**sdf
- Determinar el punto de roc4o por agua del gas deshidratado
n la 8igura -9+, (H A lb % $#@**scf, :; psia), .unto de roc4o B -+ F8
> Descontar la temperatura de apro=imación al punto de roc4o por agua
T punto de roc4o con apro=imación B -+ 9 + B $+ F8
; Determinar la concentración de TG para la temperatura de equilibrio del punto de roc4o con apro=imación
n la 8igura -9$+ (H.to Mocio del equi B $+ F8 y T contactora B + F8), "oncentración de TG B :<,; ? peso
Determinar (7in 9 7out) @ 7in (7in 9 7out)@ 7in B (> K A)@> B ,<:
%i!. 3&21 %unt GPSA4
A Determinar el n2mero de platos teóricos
.ara platos de burbu0eo se toma una eficiencia de $; ? N B NM J ,$; B < J ,$; B $
< Determinar rata de circulación de TG en gal de TG@lb % $# n 8igura -9$$ (H (7 in 9 7out) @ 7in B ,<:
"oncentrac4on de TG B :<,; ? peso) Mata de circulación de TG B $,;> TG@lb % $#
: Determinar la rata m4nima de circulación de TG
*PM
*PM
(#) MMscf @ d J ( H $O)lb @ MMscf J (!)*) gal @ lbH $O $>( @ d J D min@ (
(;+,>) MMscf @ d J (;A)lb @ MMscf J ($,;>) gal @ lbH $ O $>( @ d J D min@ (
;,+A gpm
+Determinar la densidad de TG
n 8igura -9$- (H T contactora B + F8 y "oncentración de TG B :<,; ? peso) Densidad Melativa de TG B +,+: LTG B +,+: J $,> lb@ft ++Determinar la densidad del gas Lgas B ($,AJ.Jgas) @ ('JT) Lgas B ($,AJ:;J,;>) @ (,<$:J;) B -,>< lb@ft -
+$Determinar la velocidad permisible del gas
De la Tabla -9+ (H spaciamiento de platos de burbu0eo $>R), X B ,+ ft@s
Yelocidad permisible del gas, v B
K
L
g
g
B
,+D
D:,$ -,>< -,><
v B ,;: ft@s
+-
Determinar el diámetro de la contactora y altura de platos y empaque
.ara platos de burbu0eo, $
$
;:,> J # J " J ! P
;:, > J ;+, > J ,
>A ,$A in
D ^ >< in B > ft
!ltura para platos B N M J espaciamiento B < J $> in@ (+$ in@ft) B + ft .ara empaque estructurado,
De la Tabla -9+ (H spaciamiento platos de burbu0eo $>R), " B ;A ft@h
De la Tabla -9+ (H mpaque estructurado), " B +$ ft@h
"on la c -9+,
$
$
C pla&oburbu %a C empa'ue es&ruc&urado
;AD +$
J ( >)
D ^ - ft
%IGURA 3&22
J ( $ pla&oburbu %a )
$,AA f&
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
!ltura de empaque B N J in@plato teórico B $ J B +$ in B + ft
+>Determinar la cantidad de calor QDutyR del rehervidor,
a) "alor sensible para elevarla temperatura del glicol desde la T de entrada hasta la T del rehervidor
&e toma como base + gal de TG
De la 8igura $9-$ (H F8 y "oncentración de TG B :<,; ? peso), m B :,-< lb@gal
&e determina " p a T promedio B (-A C $<) @ $ B -$; F8
De la 8igura $9-< del G.&!, e=trapolando sus e0es (H -$; F8 y "oncentración de TG B :<,; ? peso),
" p B ,;; Ptu@lb F8
`s B m J " p J _T B :,-< J ,;; J (-A K $<)
`s B ;;- Ptu@gal de TG
b) "alor de vapori'ación del agua absorbida
De la 8igura $-9$ del G.&!, se lee el calor de vapori'ación del agua a presión atmosf5rica, _% v B :A Ptu@lb de % $# :A +&u lbH $O -<$ +&u @ gal !)* # lbH $ O $,;> gal!)*
%IGURA 3&23
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
c) "alor de reflu0o o QDutyR del condensador
`r B ,$; J ` v B ,$; J -<$ B :;,; Ptu@gal TG
d) "antidad de calor QDutyR del rehervidor incluyendo + ? de p5rdidas
`rb B (`s C `v C `r ) J +,+ B (;;- C -<$ C :;,;) J +,+
`rb B ++--, Ptu@gal TG
l nivel de deshidratación del gas depende de la composición del glicol pobre alcan'ada en la regeneradora
"omo la temperatura en el rehervidor no puede ser superior a > F8 para evitar la degradación del TG, su pure'a está limitada a :<,> 9 :<,< ? en peso
&i se requiere una pure'a mayor para secar el gas, debe hacerse me0oras al proceso de regeneración tales como gas de despo0o, adición de un hidrocarburo l4quido volátil (DMI#) o el proceso "#3D8INGM stos procesos me0orados se describen en las páginas del G.&!, desde la página $> hasta la página ->
.ara dietilen glicol (DG) la temperatura del rehervidor está limitada a -$ F8, lo cual a su ve' limita la pure'a a : K :A ? peso
%IGURA 3&29
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
LISTA DE PASOS SENCILLOS PARA EL DISEO DE UNA ASOREDORA DE TEG.&
+ %allar la cantidad de agua presente en el gas (puede usarse el *5todo de *c6eta)
$ Determinar la cantidad d agua removida
_ %$# B 7in 9 7out - %allar el .unto de Moc4o del Gas (T r ) , usar gráfica del *5todo de *c6eta
> Definir el .unto de Moc4o por apro=imación
Tra B Tr 9 !p
; %allar la pure'a del TG mediante la 8igura $9;> del G.&!
Determinar el n2mero de platos teóricos de la absorbedora
N B NM J 8
.ara platos de burbu0a
8 B ,$;
.ara platos tipo válvula 8 B ,--
A %allar la relación
, in
, ou&
, in
< %allar la Tasa de TG con la 8igura $9;A del G.&!
: "alcular el caudal de TG
#!)*
#gas ( MMscfd ) J H $ O(lbH $O @ MMscf J !asa ( gal @ lbH $ O) D J $>
+"alcular la densidad del TG
De la 8igura $9-$ , hallar
TG
LTG B TG J $,> lb@ft-
++"alcular la densidad del gas
Lgas B ($,AJ.Jgas) @ ('JT)
+$%allar la velocidad vB
K
L
g
ft@s , hallar X de Tabla +
g
+-"alcular el diámetro de la torre
$
;:,> J # J " J ! P
gal @ min
+>%allar la altura de la torre M
% B espaciamiento ($9) J N
+;.ara empaque estructurado $
C pla&oburbu %a C empa'ue es&ruc&urado
J ( $ pla&oburbu %a )
!ltura de empaque B N J in@plato teórico
3.> P#"nt" D D$6idr"t"ción Con D$c"nt Só#ido.& l uso de absorbentes sólidos es una práctica com2n, para lo cual se requiere que el gas h2medo saturado se ponga en contacto con una substancia sólido que tiene gran afinidad por el agua, como la s4lica gel, la al2mina y los tamices moleculares ventualmente cada uno de estos materiales alcan'a su capacidad de adsorción y tiene que ser regenerado ste proceso requiere dos o más torres adsorbedoras operando en un ciclo en paralelo, como puede verse en la 8igura $9 del G.&! que es un sistema de dos torres na está en operación de adsorción de agua del gas, mientras que la otra está en regeneración y enfriamiento T4picamente un ciclo
de adsorción está entre < y + horas, el de regeneración ; horas y el de enfriamiento entre - y ; horas
Generalmente las unidades con desecante sólido son más costosas que las unidades con glicol .or lo tanto, su uso está limitado a aplicaciones de gases con alto contenido de % $&, requerimientos de muy ba0os valores de punto de roc4o como en procesos criog5nicos (valores requeridos de puntos de roc4o de K A F 8 a K +; F 8 y más ba0os), y casos especiales como gases que contienen o=4geno
n la 8igura $9A del G.&!, se muestran los diferentes desecantes usados para la deshidratación del gas natural, presentando sus propiedades t4picas
%i!. 3&2; Pro-id"d$ d #o$ d$c"nt$.
"on s4lica gel se alcan'an puntos de roc4o de 9 A a < F8, con al2mina valores de 9 + F8 y con tami' molecular 9 +; F8 y más ba0os con dise/os especiales y control operacional muy estricto
stos compuestos sólidos se preparan en formas esf5ricas, como pepas ligeramente el4pticas de diámetros >9 mm, o en el caso de los tamices moleculares, generalmente en forma de peque/os cilindros de $ 9 - mm de diámetro y 9 < mm de longitud n la 8ig $9A del G.&! se suministra un resumen de las propiedades f4sicas de los materiales desecantes más comunes
"ada uno de estos compuestos tiene sus caracter4sticas propias de adsortividad por agua y el dise/ador tiene que escoger el material que más se acomode a sus necesidades na ilustración gráfica de las capacidades adsortivas de varios adsorbentes se muestra en la 8ig $9<
3os cálculos de proceso para deshidratación con desecante sólido generalmente se hacen a mano, o los hace el vendedor del material desecante 3os simuladores de proceso comerciales no e0ecutan este tipo de cálculos ! continuación se describe el proceso manual de cálculo del G.&!
DISEO
DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN
CON
DESECANTE SÓLIDO.& l primer parámetro a estimar es la velocidad superficial permisible a trav5s del lecho 3a ca4da de presión a trav5s del lecho está relacionada con la velocidad superficial por la ecuación modificada de rgun . 3
+ V C V $ , psi @ f&
c -9+$
T"#" 3&2 Con$t"nt$ -"r" #" c. 3&12
Ti-o d P"rt@cu#"
C
+@
,; ,A$$ ,+;$ ,$-<
,<<: ,+$> ,+- ,$+
3a 8igura $9: del G.&!, relaciona la velocidad superficial Y con la presión del sistema y fue derivada de la anterior ecuación para una determinada composición de gas y una relación _.@3 igual a ,--- psi@ft 3a ca4da de presión de dise/o esta alrededor de ; psi y no se recomienda ca4das mayores de < psi, dando que el desecante es frágil y se puede quebrar por el peso del lecho y las fuer'as de ca4da de presión .or lo tanto siempre debe revisarse la ca4da de presión despu5s de fi0arse la altura del lecho ! continuación se determina el diámetro del lecho con la siguiente ecuación
$
>' V
, f&
c -9+-
q B caudal ( ft-@min)
l paso siguiente es escoger un ciclo de tiempo y calcular la masa de desecante requerida "iclos muy largos (\ +$ horas) pueden 0ustificarse en casos de que el gas no est5 saturado con agua, pero requieren grandes lechos y por tanto grandes costos de inversión
Durante el ciclo de adsorción se puede considerar que el lecho está compuesto de tres 'onas 3a 'ona de la cima llamada 'ona de saturación o equilibrio, en la cual el desecante está en equilibrio con el gas h2medo que
entra 3a 'ona media o 'ona de transferencia de masa, la cual no está saturada y donde el contenido de agua del gas se reduce a menos de + ppm peso 3a 'ona de fondo es la 'ona de desecante sin usar y se llama 'ona activa 3as 'onas de saturación y de transferencia de masa se van corriendo hasta que se saca de servicio la vasi0a para regeneración
n la 'ona de saturación se espera que el tami' molecular retenga apro=imadamente +- lb de agua por cada + lb de tami'9 Tamices nuevos pueden tener una capacidad en equilibrio cercana a $ ?, +- ? representa una capacidad apro=imada para un tami' de - K ; a/os de uso sta capacidad debe a0ustare cuando el gas no esta saturado con agua o la temperatura está por encima de A; F8 n las 8iguras $9A y $9A+ se encuentran factores de corrección para tami' molecular .ara calcular la masa de desecante requerida en la 'ona de saturación & s, se calcula la cantidad de agua a ser removida durante el ciclo y se divide por la capacidad efectiva
S s
, r (,+-) J (C ss ) J (C r )
,
lb
c -9+>
7r B 7 J ` J t
L s
> J S s
J $
$
J ( ms )
,
lb
c -+;
3a densidad del tami' molecular L ms es >$ K >; lb@ft - para part4culas esf5ricas y > K >> lb@ft - para cilindros comprimidos
! pesar de que la 'ona de transferencia de masa contiene agua (apro=imadamente ; ? de la capacidad de equilibrio), se estima que la 'ona de saturación contiene toda al agua a ser removida
3a longitud de la 'ona de transferencia de masa (*T) puede ser estimada como sigue
3*T B (Y@-;),- J ()
Donde,
c -9+
B +,A para tami' molecular de +@
3a altura total del lecho es la suma de las alturas de la 'ona de saturación y la 'ona de transferencia de masa !lrededor de ft de espacio libre se de0an por encima y por deba0o del lecho para asegurar una distribución apropiada del gas
%IGURA 3&28 " DIAGRA(AS DE %LU0O DE PROCESO DE SISTE(AS (E0ORADOS DE REGENERACIÓN DE TEG
%unt GPSA G"$ Proc$$or$ Su--#ir$ A$$oci"tion4
%IGURA 3&28 SISTE(A DE TORRES GE(ELAS & PROCESO DE DESHIDRATACIÓN CON DESECANTE SÓLIDO
%IGURA 3&28 SISTE(A DE TORRES GE(ELAS & PROCESO DE DESHIDRATACIÓN CON DESECANTE SÓLIDO
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
CLCULOS PARA LA REGENERACIÓN l primer paso es calcular el calor total requerido para desorber el agua y calentar el desecante y la vasi0a &e consideran p5rdidas de + ?
`O B (+< Ptu@lb)(lbs de agua en lecho)
,$> +&u (! rg ! i ) lb -
# si (lb de &ami" )
c -9+A
c -9+<
CLCULOS PARA LA REGENERACIÓN l primer paso es calcular el calor total requerido para desorber el agua y calentar el desecante y la vasi0a &e consideran p5rdidas de + ?
`O B (+< Ptu@lb)(lbs de agua en lecho)
c -9+A
,$> +&u (! rg ! i ) lb -
c -9+<
# si (lb de acero)
,+$ +&u (! rg ! i ) lb -
c -9+:
`tr B ($,;)(`O C `si C `st C `hl)
c -9$
`hl B ($,;)(`O C `st C `sl)
c -9$+
# si (lb de &ami" )
l factor $,; corrige por el cambio en la diferencia de temperatura (salida K entrada) a trav5s del lecho con el tiempo, durante el ciclo de regeneración
l tiempo de calentamiento normalmente es ; 9 ? del tiempo total de regeneración el cual debe incluir un periodo de enfriamiento .ara un ciclo de adsorción de < horas, la regeneración normalmente consiste en > horas de calentamiento, - horas de enfriamiento y hora en parada y cambio .ara ciclos mucho más largos el tiempo de
calentamiento puede alargarse en la medida que se mantenga una ca4da m4nima de presión de ,+ psi@ft
mrg
#&r (C p )(D - ! + )(!iempo de calen&amien&o)
,
lb @ (
c -9
$$
*ediante la 8igura $9A- se puede estimar la velocidad m4nima requerida para conseguir una ca4da de presión ,+ psi@ft
CO(ENTARIOS GENERALES l lecho de desecante se coloca encima de un lecho de soporte que
incluye entre tres y cinco capas de bolas de cerámica dispuestas en tama/os graduales (la más peque/a arriba) &obre la parte superior del lecho desecante se instala una malla y encima de ella una capa de bolas de cerámica
n algunos casos se instala una capa de desecante de menor valor sobre la cima del lecho para capturar contaminantes tales como agua libre, glicol, hidrocarburos, aminas, etc
"omo los desecantes sólidos producen polvo, frecuentemente se instalan filtros de + miera en la salida de la unidad de deshidratación para proteger los equipos aguas aba0o
3.=
DESHIDRATACIÓN CON CLORURO DE
CALCIO l cloruro de calcio se usa como un desecante consumible para deshidratación de gas natural s una sal altamente higroscópica que se usa principalmente en áreas remotas y para peque/os flu0os l equipo como puede observarse en las 8ig -9$Aa, 8ig -9$Ab , está compuesto, por una torre la cual tiene una sección de separación en la parte ba0a .or otro lado, en la 8ig -9$Ac, se pueden ver las 'onas de acción que tienes este tipo de torre
.or
encima
del
separador
hay
una
sección
de
contacto
de
apro=imadamente - a > platos .osteriormente hay un plato soporte sobre el cual se instala el " a"l$ en forma de p4ldoras o balas
l gas entra a la sección de separación en la cual se remueve cualquier l4quido que lleve ! continuación saturado de humedad, fluye hacia arriba a trav5s de los platos, los cuales contienen una salmuera de " a"l$ en donde se absorbe algo del agua .osteriormente, el gas entra en contacto con la sal, la cual absorbe el agua disolvi5ndose en ella y formando una salmuera
Dicha salmuera cae sobre los platos y va hasta el fondo de la vasi0a l gas que sale de la torre generalmente cumple con los requerimientos de contenido de agua el cual puede llegar a + lb@**scf
3a capacidad t4pica del " a"l$ es - lb "a"l $ @ lb % $# 3as velocidades superficiales en el lecho son $ 9 - ft@min y la relación 3@D para el lecho
debe ser al menos - a >+ l " a"l$ debe ser cambiado cambiado periódicamente periódicamente usualmente cada dos a tres semanas 3a incorrecta disposición de la salmuera puede ocasionar problemas ambientales, ambientales, generalmente es inyectada inyectada a un po'o
%IGURA 3&2>. " DESHIDRAT DESHIDRATADOR TÍPICO CON C ON CLORURO DE CALCIO C"C#2
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
%IGURA 3&2>. DESHIDRAT DESHIDRATADOR TÍPICO CON C ON CLORURO DE CALCIO C"C#2
Gas deshidratado deshidratado
CaCl2 sólido Solución de salmuera Gas hidratado
Extractor de niebla
aceite
8uente .resentación Dr &ául scalera
%IGURA 3&2>. c DESHIDRAT DESHIDRATACIÓN CON CLORURO DE CALCIO C ALCIO C"C#2 on"$ d "cción d# d$6idr"t"dor
8uente .resentación Dr &ául scalera
3.
DESHIDRA DESHIDRAT TACIÓN CON (E(RANA (E(RANA
PER(EALE
*embranas pueden usarse para separar componentes tales como agua, "#$ e hidr hidroc ocar arbu buros ros,, de una una corri corrien ente te de gas gas natu natural ral de acue acuerd rdo o con con su permeabilidad "ada uno de los componentes del gas que entran al separador tiene una permeabilidad caracter4stica que es función de su capacidad para disolverse y difundirse a trav5s de la membrana (8ig -9$<)
l mecanismo que mane0a la separación de un componente en una me'c me'cla la gase gaseos osa, a, es la difer diferen enci ciaa entr entree su pres presió ión n parc parcia iall a trav trav5s 5s de la membrana na corriente de gas presuri'ada fluye dentro de un separador con membrana, los componentes rápidos tales como el agua y el "# $ se infiltran a trav5s de la membrana
stos productos infiltrados se colectan a una presión reducida, mientras que la corriente que no se infiltra como el gas natural seco, sale del separador a una presión ligeramente inferior a la de la carga
ntre ; 9 + ? de metano y otros componentes del gas de carga se van con la corriente infiltrada (permeada), que está a más ba0a presión que la corriente corriente de gas seco seco .or esta ra'ón, este tipo de separador se usa solamente solamente en plan planta tass que que pued pueden en util utili' i'ar ar el gas gas comb combus usti tibl blee de ba0a ba0a pres presió ión n de la corriente infiltrada
%i! 3&2=. Si$t" d d$6idr"t"ción con r"n" -r"#
E0E(PLO 3&13
.ara el gas y las condiciones del anterior, con viscosidades de ,+> c., calcular el diámetro, la altura, la ca4da de presión y la cantidad en lbs de desecante sólido para una absorbedora con tami' molecular de +@
SOLUCIÓN
"alcular el flu0o real de gas q (H :; psia y ; FM) en ft -@min q B (+:,>> J **scfd J J T) @ . , ft -@min q B (+:,>> J ;+,> J ,<$: J ;) @ :;
B ;<,- ft -@min
"alcular la velocidad superficial Y en ft@min,
De la 8igura -9$: (H :; psia y +@
"alcular el diámetro del lecho D en ft De la c -9+-, $
$
> J ;<, J $$
>' V
, f&
;,>$ f& usar
"alcular la cantidad de agua en el gas,
De la 8ig -9+ (H :; psia y + F8)
;,; f&
Y B $$
7 B > lb % $#@**scf
"alcular el factor de corrección de saturación para tami' " ss
De la 8ig-9- (H + F8)
" ss B +,
"alcular el factor de corrección por temperatura " T, De la 8ig -9-+ (H + F8)
" T B ,:-
"alcular la cantidad de tami' molecular requerida en 'ona de saturación &s, se asume que se remueve toda el agua presente en el gas y un ciclo de +$ hrs (,; d4as)
De la c -9+>,
S s
, r (,+-) J (C ss ) J (C r )
,
lb
7r B 7 J ` J t
S s
(D>)lb @ MMscf (;+,>) MMscfd J (,;)d (,+-) J (+,) J (,:-)
&s B +-; lb de tami' molecular en 'ona de saturación
Determinar la densidad del tami' molecular, L ms
De 8igura $9A del G.&! (H +@! =trude "ylinder) Lms B >$ lb@ft-
"alcular la longitud del lecho empacado en la 'ona de saturación 3 &, De la c -9+;, L s
L s
> J S s
J $
$
J ( ms )
> J+-D; J ;,;
$
J (>$)
,
lb
+-,D- f&
"alcular la longitud del lecho empacado en la 'ona de transferencia 3*T,
De la c -9+,
3*T B (Y@-;),- J ()
Donde,
B +,A para tami' molecular de +@
B ,<; para tami' molecular de +@+R
3*T B ($$@-;) ,- J (+,A) B +,>< ft
"alcular la longitud total del lecho empacado, 3 T
3T B 3s C 3 *T
3T B +-,- C +,>< B +;,++ ft
sar 3T B +;,; ft (se redondea a fracción , ó ,;) y de0ar ft por encima y ft por deba0o del lecho
"alcular la ca4da de presión a trav5s del lecho,
(gas) B .*(gas) @ .*(aire) ,;>
.*(aire) B $<,:$; lb@lb mol
.*(gas) B ,;> J $<,:$; B +:,+ lb@lb mol
M B +, A- psia ft -@ FM lb mol
Densidad del gas, ( gas )
P ( PM ) R!.
(:;)(+:,+) (+,A-)(;D)(,
De la c -9+$ y la Tabla -9$,
. 3
.
3
+ V C V $ , psi @ f&
,A$$(,+>)( $$) ,+$>(-,><)( $$) $
. 3
,$-++ psi @ f&
-
-,>< lb @ f&
_. B ,$-++ psi@ft J +;; ft B -;< psi
Yalor de Dise/o es ; psi, por lo que el cálculo esta en norma
"alcular volumen total de tami',
V ms
$
>
$
( L! )
(;,;)
>
$
(+;,;)
Yms B -< ft -
"alcular masa total de tami',
*ms B Yms J Lms B -< J >$ B +;,>; lb
%i!. 3&2
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
%IGURA 3&37
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
%IGURA 3&31
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
3.17 P#"to$ M E-"u$ D L"$ Torr$
%IG. 3&32A4. P#"to$ d ,5#,u#"$
%i!ur" 3&324. P#"to$ -r+or"do$
%i!. 3&33 E-"u$ o #c6o$
3.11 C"$o d E$tudio P#"nt" d D$6idr"t"ción con TEG Triti#n!#ico#4 PLANTA DE TEG.
La absorci/n por !)* es la m0s com1n en las plan&as gas2feras de &odo el mundo3 debido a su al&o rendimien&o y eficiencia4 Por ello se u&ili"a en la plan&a de des(idra&aci/n por glicol y cribas moleculares4 )l glicol 5!rie&ilen6*licol !)*73 en su proceso de absorci/n 5des(idra&aci/n del gas73 se presen&a en dos es&ados 'ue son8 Glicol Pobre.- )s el glicol puro3 de f0brica o ya regenerado 'ue man&iene un al&o porcen&a%e de su pure"a inicial 59:;9<73 es&0 en el &an'ue de surgencia del circui&o de regeneraci/n3 de donde a un de&erminado caudal y &empera&ura a (acia la &orre con&ac&ora a cumplir con su funci/n de absorci/n4
Glicol Rico.- )s el glicol 'ue (a sobresa&urado sus mol>culas con agua presen&e en el gas 'ue fluye en sen&ido inerso en la &orre con&ac&ora3 &iene una pure"a de 9?69@ aproAimadamen&eB Luego sufre un proceso de regeneraci/n para ad'uirir sus condiciones in2ciales y llegar al &an'ue surgencia e iniciar un nueo ciclo4
El proceso:
La corrien&e de gas 'ue sale de la plan&a de amina al de COD3 se dirige (acia la &orre de absorci/n 5!6?7 y 5!6D73 en el cu0l se produce una des(idra&aci/n del gas donde un gas sa&urado con agua en&re : ; E3F LbGMPC$ con&enido de agua4
)l &rie&ilenglicol 'ue fluye por la &orre en con&racorrien&e con el gas es fil&rado3 regenerado en los &an'ues de calen&amien&o y apori"aci/n a @F - y bombeado a la &orre4 )l gas parcialmen&e des(idra&ado pasa por el separador (ori"on&al V6F3 el cu0l separa par&es de glicol 'ue pudo arras&rar el gas3 para ir a las cribas moleculares y absorber el porcen&a%e sobran&e de agua4 )l glicol es some&ido a calen&amien&o en el e'uipo regenerador3 el cual emplea gas como combus&ible4 $e es&a forma se logra la eapori"aci/n del agua presen&e3 ob&eniendo glicol pobre en agua3 el cual es rein&roducido en el sis&ema por medio de las bombas a pis&/n3 las cuales alcan"an presiones de (as&a ??: Psi y ? -4 )l con&enido de agua a la salida de la corrien&e de gas de la &orre con&ac&ora de glicol es de :3< LbsGMPC4 !ambi>n la absorci/n por !)*3 cuen&a con un ciclo de regeneraci/n del mismo3 el gas 'ue sale de la &orre con&ac&ora3 se denomina glicol rico3 es&e inicialmen&e a (acia la bomba3 la cual permi&e bombear (acia un &an'ue de calen&amien&o y apori"aci/n a @IF -3 donde se eapora el agua a&rapada y el gas 'ue se encuen&ra en soluci/n se a a un &an'ue de flas(eo3 donde es separado4
)l !)* de a(2 a (acia unos fil&ros mec0nicos y pos&eriormen&e pasa a un fil&ro de carb/n ac&iado3 para finali"ar en un &an'ue de almacenamien&o3 de es&e sale el !)* pobre 'ue inicialmen&e pasa por un in&ercambiador Jire 6 !)*3 para despu>s iniciar el ciclo de nueo ingresando a la &orre con&ac&ora de glicol4 Proceso TEG. La des(idra&aci/n con glicol inolucra la absorci/n del agua del gas na&ural por el glicol a presi/n al&a y &empera&ura ba%a y la reconcen&raci/n del glicol a presi/n ba%a y &empera&ura al&a4
)l secado ocurre en el absorbedor4 )l res&o de los e'uipos eliminan el agua del glicol para reciclarla3 es&e proceso es &odo un ciclo4 Kna de las causas para la p>rdida del glicol ocurre en la regeneraci/n3 para ello se debe &omar en cuen&a arios fac&ores3 no solo para la p>rdida3 sino &ambi>n para ei&ar su de&erioro3 >s&os pueden ser8
PH ba%o $emasiado al&a la &empera&ura de regeneraci/n del glicol Con&aminaciones de &odo &ipo -ormaci/n de espuma
J con&inuaci/n se mues&ra el in&erior de la &orre con&ac&ora de glicol %un&o con sus par&es in&ernas m0s impor&an&es y necesarias de recalcar4
Torre de glicol
CRIBAS (MALLAS) MLEC!LARES Ge"er#lid#des
)n es&a secci/n se separa de la corrien&e gaseosa el 1l&imo res&o de agua arras&rada3 preio al ingreso a la secci/n criog>nica de la unidad4 )l con&enido m0Aimo de (umedad del gas de alimen&aci/n es sa&urado 5debe ser de I LbGMMSC-7 y la concen&raci/n de di/Aido de carbono no debe superar el D3IF molar3 seg1n diseo4 )l separador consis&e en un lec(o de &amices moleculares3 en el cual son adsorbidas selec&iamen&e las mol>culas de agua3 permi&iendo el paso de los (idrocarburos4 La adsorci/n del agua en el &ami" molecular con&in1a (as&a 'ue no 'ueden si&ios disponibles sobre la superficie del adsorben&e para alo%ar mol>culas de agua4 )n es&e pun&o el lec(o es&0 sa&urado3 y debe regenerarse para recuperar su capacidad de re&ener la (umedad4 Con el fin de garan&i"ar una operaci/n con&2nua3 la unidad posee dos columnas rellenas con los &amices moleculares3 de forma &al 'ue mien&ras en una de ellas &iene lugar el proceso de adsorci/n3 en la res&an&e se regenera el lec(o4 Los &amices moleculares son cris&ales 'ue es&0n formados por silicio de aluminio producidos sin&>&icamen&e 5cer0mica sin&>&ica7 con mol>culas de sodio 5a7 en los >r&ices de los cris&ales3 'ue siren como poros de aber&ura para a&rapar el a gua al paso del gas4 Sep#r#dor de e"$r#d# # l#s Crib#s %olec&l#res
La unidad de des(idra&aci/n de Cribas moleculares es&0 diseada para remoer ir&ualmen&e &oda el agua permanecien&e desde la en&rada del gas4 Kn sis&ema de dos camas asegura 'ue una siempre es&e des(idra&ando mien&ras la o&ra es&a regulando4 La adsorci/n es&0 compues&a por una s2lica al1mina 'ue sus&rae y &iene @ dis&in&as fases cada ciclo4 '. Ciclo de Adsorci".- )l gas en&ra a la unidad y se me"cla con el gas de reciclo oliendo desde la en&rada del sis&ema de es&abili"aci/n4 )l gas combinado es en&onces dirigido a &ra>s del cambio de 0lulas de la par&e superior del secador de las cribas moleculares 5V6DF? o V6DFD7 'ue es&> en el ciclo de adsorci/n4
Cada una de las cribas moleculares secadoras 5V6DF?GFDF7 con&iene una re%a de apoyo con un arreglo de acero limpio 5&ela de alambre4 Las camas son llenadas con la siguien&e lis&a 'ue se presen&a a con&inuaci/n4
a7 ?:-&@ 5:NN layer7 de NN de bolas cer0micas b7 Pan&alla flo&an&e de acero limpio 5&rasladable7 c7 ?4 Lb4 de &amices moleculares E J3 E A < Mes( d7 94 Lb4 de &amices moleculares E J3 < A ?D Mes( e7 < -&@ 5@NN layer7 de ?G
)l apor de gas es adsorbido (acia la superficie de los &amices4 Los &amices son una sus&ancia cris&alina de al1mina de silica&o de 'ui>n la es&ruc&ura molecular con&iene agu%eros con el &amao de una mol>cula de agua4 )s&os agu%eros &ienen una al&a afinidad al funcionamien&o normal de &empera&ura para a&raer y cap&urar las mol>culas de agua 5Jdsorci/n74 J al&as &empera&uras alrededor de E -3 la fuer"a de a&racci/n se rompe y las mol>culas de agua se suel&an 5Regeneraci/n74 )s&a es una reacci/n f2sica reersible3 no una reacci/n 'u2mica irreersible3 y por consiguien&e los &amices moleculares pueden es&ar su%e&os a es&e ciclo (as&a su degradaci/n4 Cada &orre es con&rolada au&om0&icamen&e para permanecer en el proceso por ?D (oras y en&onces ser regenerado por calen&amien&o por un periodo de < (oras y enfriada por un periodo de @3F (oras3 resul&ando en 3F (oras el periodo de s&andby4 )l caudal de gas seco se dirige (acia la unidad criog>nica4 La (umedad del gas secado es moni&oreado y grabado por el sis&ema para asegurar 'ue el pun&o de roc2o del gas es&a deba%o de los ;? -4 ormalmen&e (abr0 un pun&o de roc2o de ;D - con un nueo &ami" molecular y un pun&o de roc2o de ;?:F - con un ie%o &ami"4 )l pun&o de roc2o del agua es necesario para preenir el congelamien&o y el (idra&a mien&o de la formaci/n en la secci/n criog>nica de la plan&a4
*. Ciclo de Rege"er#ci" 46 $uran&e la operaci/n3 una &orre de cribas moleculares es&ar0 en el ciclo de adsorci/n mien&ras la o&ra es&ar0 en el ciclo de regeneraci/n4 )l ciclo de regeneraci/n consis&e en &res pasos fundamen&ales8
?7 Calen&amien&o 5$irige la (umedad fuera de las cribas7 D7 )nfriamien&o 5$euele a la cama la &empera&ura de en&rada7 @7 S&andby 5)sperar a 'ue uela al sericio7
C#le"$#%ie"$o.- )l prop/si&o del ciclo de calen&amien&o es el de calen&ar el &ami" molecular a EF ; F - dirigiendo &oda la (umedad adsorbida en el &ami" duran&e el ciclo de adsorci/n4 E"ri#%ie"$o.- )l flu%o de gas sin calen&ar pasa a &ra>s de la misma ru&a como la del calen&amien&o del gas3 enfriando la &orre de cribas y su con&enido4 )l ciclo de enfriamien&o es comple&ado cuando la &empera&ura de las camas cae den&ro de ? a ?F - de la &empera&ura de en&rada del gas4Kna e" la &orre de Cribas moleculares se encuen&ra fr2a3 >s&a es&0 lis&a para oler a sericio S$#"d b+.- )s el &iempo de espera 'ue se da por si la &orre adsorbedora no (a &erminado su ciclo &oda2a4 Descripci" del dise,o