Efrain Panique MODULO DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL INEGAS.

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1 Efrain Panique MODULO DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL INEGAS

2 INTRODUCCION El gas natural es una mezcla de hidrocarburos ligeros en la que el metano (CH4) se encuentra en grandes proporciones, dentro del reservorio se halla en fase gaseosa, o en solución con el crudo, y a condiciones atmosféricas permanece como gas. Puede encontrarse mezclado con algunas impurezas o sustancias que no son hidrocarburos, tales como ácido sulfhídrico, nitrógeno o dióxido de carbono

3 Por su origen, el gas natural se clasifica en asociado y no asociado. El gas asociado es aquel que se encuentra en contacto y/o disuelto en el crudo del yacimiento. Este, a su vez, puede ser clasificado como gas de casquete (libre) o gas en solución (disuelto). El gas no asociado, por el contrario, es aquel que se encuentra en yacimientos que no contienen crudo, a las condiciones de presión y temperatura originales. Puede ser húmedo si tiene compuestos condensables, o seco si no los posee.

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5 TRATAMIENTO DEL GAS NATURAL El objetivo es eliminar los contaminantes, los componentes corrosivos (agua y ácido sulfhídrico, este último también por su carácter contaminante), los que reducen el poder calorifico(dióxido de carbono y nitrógeno) y los que forman depósitos sólidos a bajas temperaturas (nuevamente agua y dióxido de carbono), para después separar los hidrocarburos más pesados que el metano, que constituyen materias primas básicas para la industria petroquímica.

6 CONTENIDO DE AGUA EN LOS GASES NATURALES El gas natural normalmente esta saturado con vapor de agua a las condiciones de presión y temperatura de operación. El gas natural no tratado contiene, por lo general, de 20 a 100 libras de agua por MMPCS de gas, de acuerdo con su temperatura. Todo el gas natural producido contiene agua. La mayoría de esta agua se encuentra en forma liquida y puede ser removida pasando el gas a través de separadores. Sin embargo aun después de pasar el gas por los separadores quedara agua en forma de vapor. Si este vapor se condensa parcialmente, por efecto de variaciones en la presión y la temperatura del gas, podrían producirse diversos problemas en tuberías y plantas de procesamiento, tales como:

7 Corrosión en tuberías: Causadas por el H2S y/o el CO2 los cuales se disuelven en el agua formando ácidos que son altamente corrosivos. Reducción de la capacidad de transmisión de gas en las tuberías: el agua liquida puede depositarse en las partes bajas de las tuberías e incrementar la caída de presión y/o producir tapones de líquido. Por otro lado, la presencia de agua libre también ocasiona serios problemas en plantas de extracción de líquidos del gas natural y en equipos secundarios tales como: intercambiadores de calor, compresores, instrumentos, etc. Formación de hidratos: Los hidratos son cristales formados por agua liquida e hidrocarburos livianos, CO2 o H2S. Estos cristales se pueden formar aun a altas presiones y temperaturas mayores de 32° F. Los hidratos pueden taponar válvulas, conexiones, líneas de gas, etc.

8 HIDRATOS En un principio existía la creencia de que el hidrato era el resultado de la congelación del agua existente en el gas. Se ha comprobado que los vapores de agua e hidrocarburos (gasolina) se combinan para formar el hidrato el que bajo ciertas condiciones puede formarse a temperaturas aún por encima del punto de congelación del agua. Los hidratos son compuestos sólidos que se forman como cristales, tomando apariencia de nieve, se forman por una reacción entre el gas natural y el agua, su composición es aproximadamente un 10 % de hidrocarburos livianos ( butano, propano, etano y metano) y /o gases ácidos (CO2 y H2S) y un 90 % de agua, su gravedad específica es de 0.98 y flotan en el agua pero se hunden en los hidrocarburos líquidos.

9 HIDRATOS Una vez formado el hidrato, para producir su disolución no queda otra alternativa que disminuir la presión que se ejercía sobre la mezcla. Tal operación trae consecuentemente la necesidad de sacar de servicio equipos o líneas de conducción, con pérdida del gas venteado a la atmósfera y el perjuicio económico por la interrupción en el suministro.

10 HIDRATOS Las condiciones para que se formen los hidratos son: Baja temperatura ( temperaturas menores que de la formación de hidratos a la correspondiente presión de operación), alta presión, gas con agua libre o cerca del punto de rocío.

11 HIDRATOS Factores que afectan a la formación Presencia de agua liquida. Baja temperatura Alta presión. La formación de hidratos se acelera debido a la agitación, pulsaciones de presión (altas velocidades o turbulencia), cristales de hidratos incipientes, y se favorece en sitios tales como: un codo en una tubería, placas de orificio, termo pozos e incrustaciones y productos de corrosión sólidos en tuberías.

12 EFECTO DEL PESO MOLECULAR H+I H+W G+IG+W L+W G+W H+W

13 PREVENCION DE HIDRATOS Se puede prevenir la formación de hidratos: 1. Calefaccionado o aislando la línea de conducción. 2. Agregando inhibidores “termodinámicos” para operar, con un margen de seguridad, fuera de la zona de hidratos. Las figuras 20- 46 y 20-47 muestran el efecto de los dos inhibidores termodinámicos más comunes: metanol y etilenglicol en la formación de hidratos. 3. Llevar el punto de roció de agua por debajo de la temperatura de operación deshidratando el gas.

14 PREVENCION DE HIDRATOS En la figura 20-47 puede observarse el caso de una solución al 25% de metanol en contacto con un gas natural a 1000 psi. El gas formaría hidratos a 63ºF en contacto con agua pura. El mismo gas a 1000 psi formaría hidratos a 39ºF en contacto con metanol acuoso al 25%p. La depresión del punto de rocío del gas por agregado de metanol seria: 63 ºF-39 ºF=24 ºF.

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17 PUNTO DE ROCIO Definición.- Es la temperatura a la cual condensa la primera gota de liquido cuando a una mezcla constituida por vapor y un gas se la enfría a presión constante. El punto de roció en el campo se lo determina a través del método de Bureau of Mines que consiste en la medición directa mediante un instrumento que esta constituido por: una cámara de presión para contener el gas con su correspondiente válvula para controlar el pasaje del mismo, un visor de vidrio que permite mirar el interior de la cámara y un espejo sobre el cual se produce la condensación del vapor contenido en el gas, cuando el mismo se lo enfría mediante la expansión del gas propano en una cámara adyacente.

18 EQUIPO DE MEDICION DE PUNTO DE ROCIO (BUREAU OF MINES)

19 DESCENSO DEL PUNTO DE ROCIO El descenso del punto de rocío de una corriente de gas natural se define como la diferencia entre la temperatura de rocío del agua en el gas de alimentación de un proceso, y la temperatura de rocío del agua en el gas de salida. La diferencia entre el contenido de agua del gas de entrada y el gas de salida es la cantidad de agua que debe ser removida mediante deshidratación.

20 DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL La deshidratación del gas natural es el proceso de quitar el vapor de agua contenido en la corriente de gas para bajar la temperatura a la cual se condensa. Esta temperatura es el punto de roció y por ello el proceso de deshidratación se llama también acondicionamiento del punto de roció. Este proceso debe ejecutarse por las siguientes razones: a) El gas se combina con agua libre, o liquida para formar hidratos sólidos, que pueden taponar las válvulas conexiones o tuberías.

21 DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL b) El agua puede condensarse en las tuberías ocasionando bolsones de liquido, causando erosiones y corrosión. c) El agua presente en el gas natural puede combinarse con el CO 2 y el H 2 S que pudieran estar presentes, tornando corrosivo al gas. d) El vapor de agua aumenta el volumen de gas a ser transportado e) El vapor de agua disminuye el poder calorífico del gas. f) Las operaciones de las plantas criogénicas o absorción refrigerada pueden verse entorpecidas por los congelamientos. g) Los contratos de venta de gas y las especificaciones de transporte por los gasoductos fijan un contenido de agua máximo, generalmente 7 libras de agua por millón de pies cúbicos de gas.

22 TECNICAS PARA DESHIDRATAR EL GAS NATURAL La deshidratación del gas natural puede hacerse con los siguientes procesos: 1.- Absorción, usando un liquido higroscopico como el glicol 2.-Adsorción, utilizando un sólido que absorbe el agua específicamente, como el tamiz molecular, gel de sílice y aluminatos 3.-Inyección, bombeando un liquido reductor del punto de rocío, como el metanol 4.-Expansión, reduciendo la presión del gas con válvulas de expansión y luego separando la fase liquida que se forma.

23 PROCESO DE ABSORCION La absorción es la disolución de una parte de la fase gaseosa en una fase liquida llamada absorbente. En el caso de la deshidratación por absorción el absorbente debe reunir las condiciones de una alta afinidad para el agua, un bajo costo, estabilidad y durante la regeneración baja solubilidad con los hidrocarburos. La deshidratación por glicol es un proceso de absorción donde el vapor de agua se disuelve en una corriente de glicol liquido. Seguidamente este vapor de agua es extraído del glicol mediante aplicación de calor, al hervir el agua se desprende del glicol, el cual se regenera o reconcentra tornándose apto para volver a ingresar al proceso.

24 DEFINICION DE GLICOL El glicol es un producto químico orgánico, de la familia de los alcoholes, que naturalmente tiene gran avidez por el agua; es prácticamente imposible mantenerlo en máxima pureza en contacto con el ambiente, porque absorbe la humedad del aire. Esta importante propiedad es aprovechada para estos procesos de deshidratación, porque además son muy estables, con una elevada temperatura de degradación, de tal manera que los convierten en óptimos para ponerlos en contacto con gases, reteniendo el agua contenida en cualquiera de sus formas.

25 ELECCION DEL GLICOL PARA SU UTILIZACION Los factores que influyen en la selección del glicol son: Costos, viscosidad por debajo de 100-150 cp., reducción del punto de roció, solubilidad del glicol en la fase de hidrocarburos, puntos de congelamiento de la solución agua-glicol, presión de vapor, temperaturas de las fases liquida y gaseosa en el separador de baja temperatura y relación gas/hidrocarburos líquidos.

26 TIPOS DE GLICOL Etilen glicol (EG).- se usa como inhibidor de hidratos inyectando en las líneas, y pueden ser recuperado del gas por medio de separación a temperaturas por debajo de 50°F, no es apropiado para torres a causa de su equilibrio de vapor muy alto, que tiende a perder la fase de gas en la torre de contacto. Tiene la mas baja solubilidad en los condensados, pero la mas alta perdida por vaporización.

27 TIPOS DE GLICOL Dietilen glicol (DEG).- Su presión de vapor alta lleva a perdidas grandes en el contactor. Su temp. de descomposición es baja (328°F), lo cual requiere bajas temperaturas en el reconcentrador (315 a 340°F), por lo cual no se puede purificar lo suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Se lo usa para ser inyectado en las líneas y actuar como inhibidor de formación de hidratos. Este es un proceso de corriente paralela, no tan eficiente como los procesos a contracorriente realizadas en las torres de absorción. Trietilen glicol (TEG).- Es el mas común, se lo reconcentra a temperaturas entre 340 y 400°F para lograr una alta pureza. En el absorbedor no debe trabajarse por encima de 120 °F por que tiende a tener altas perdidas de vapor hacia la corriente de gas. Tiene la menor perdida por vaporización pero la mayor solubilidad en los condensados.

28 TIPOS DE GLICOL Tetraetilen glicol (TREG).- Es mas caro que el TEG pero tiene menos perdidas a altas temperaturas de contacto. Reconcentra entre 400 a 430 °F. El glicol mas usado en las plantas de tratamiento es el TEG por las siguientes razones: Permite su regeneración a presión atmosférica, hasta concentraciones de 98 a 99.95 % de pureza, debido a su alto punto de ebullición y de temperatura de descomposición (teórica inicial de 404°F) esto permite depresiones mayores del punto de roció del gas natural en el rango de 80 a 150 °F

29 TIPOS DE GLICOL Las perdidas por vaporización son menores que el EG o el DEG El TEG no es demasiado viscoso por encima de 70°F El capital invertido y los costos de operación son menores. Las presiones de proceso pueden variar desde 75 a 2500 psig Las temperaturas del proceso pueden utilizarse desde 55 a 160 °F

30 PROPIEDADES DE LOS GLICOLES Peso Molecu lar Graved ad especifi ca Presión de vapor mmHg Punto de congela miento °C Calor de vaporiz ación Btu/lb Punto de ebullic ión 760 mmHg Tempera tura de reconce ntración °F Etilen glicol 62.071.11550.05-13371197.5-------- Di- glicol 106.121.11840.01-7.8240245.5315–340 Tri- glicol 150.181.12550.01-4.3166288375-400 Tetra- glicol 194.231.12470.01-6.3161------405-430

31 VENTAJAS DE LOS GLICOLES Ventajas con respecto a los desecantes sólidos: a) Costos de instalación menores; una planta de glicol para procesar 10 MMscfd cuesta 50% menos que una de desecante sólidos, una planta para procesar 50 MMscfd cuesta 33% menos si trabaja con glicol. b) Menores caídas de presión (5 a 10 psi, en ves de 10 -50 psi para desecantes sólidos) c)Es un proceso continuo d)La preparación del glicol (y su regeneración) se consigue rápidamente. El recargado de las torres desecantes sólidos es una operación demorada que a veces requiere la interrupción de las operaciones.

32 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS GLICOLES e) Las unidades de glicol requieren menos calor de regeneración por libra de agua removida, bajando de ese modo los costos operativos. f) Las unidades de glicol pueden deshidratar al gas natural hasta 0.5 lb de agua/MMscfd g) Las unidades de TEG son mas simples para operar y mantener. Pueden ser fácilmente automatizadas para operaciones no atendidas en lugares remotos. DESVENTAJAS a)Los puntos de roció al agua por debajo de -25°F requieren gas de despojamiento y una columna de platos. b)El glicol es susceptible a la contaminación c)El glicol es corrosivo cuando esta contaminado o descompuesto.

33 CUIDADOS DEL GLICOL Los cuidados con el glicol son de suma importancia, debido que pueden presentarse problemas de operación y de corrosión, que ocurren generalmente cuando se ensucia el glicol que circula; por lo tanto, para obtener una larga vida libre de problemas, es necesario reconocer estos problemas y saber cómo prevenirlos. Algunos de los problemas principales son: OXIDACIÓN. El oxígeno se incorpora al sistema con el gas entrante, a través de tanques de almacenaje y sumideros sin manto o a través de los casquillos de prensaestopas de la bomba, en el cambio de elementos filtrantes. El glicol se oxidará fácilmente en presencia del oxígeno y formará ácidos corrosivos.

34 CUIDADOS DEL GLICOL Para prevenir la oxidación, los recipientes de proceso abierto deben tener un manto de gas para mantener el aire fuera del sistema. Los inhibidores de la oxidación se pueden también utilizar para prevenir la corrosión. Los gases que contienen oxígeno se pueden tratar para reducir al mínimo la corrosión. Un método es inyectar una mezcla que contiene dos cuartos de galón de una mezcla de 50-50 de MEA (metalonamina) y 33-1/3 por ciento de hidracina en el glicol, en el Equipo de Regeneración. Para dar una inyección continua y uniforme es mejor usar una bomba de medición.

35 CUIDADOS DEL GLICOL DESCOMPOSICIÓN TERMAL. El calor excesivo, resultado de una de las condiciones siguientes, descompondrá el glicol y formará productos corrosivos: a. Una alta temperatura del Reboiler por encima del nivel de descomposición del glicol. b. Un alto rango del flujo de calor, usada a veces por un ingeniero de diseño para mantener bajo el costo de calefacción. c.Recalentamiento causado por los depósitos de sal o los productos con alquitrán en el haz de los tubos del Reboiler.

36 DESCOMPOSICIÓN TERMAL Esto es manifestado por un olor a quemado dulce del TEG, bajos valores de pH y color negro de la solución de TEG. Carbón activado generalmente no es suficiente en la limpieza completa de la degradación térmica del TEG, pero podría dar un color amarillo turbio al efluente.

37 EFECTOS DEL DESCONTROL DEL PH Generalmente el pH es una medida de la acidez o de la alcalinidad de un líquido, usando una escala de 0-14. Los valores de pH de 0 a 7 indican que el líquido es ácido o corrosivo. Los valores de pH de 7 a 14 indican que el líquido es alcalino. Los valores de pH se pueden determinar con papel de tornasol o equipo de prueba de pH.

38 EFECTOS DEL DESCONTROL DEL PH El glicol nuevo tiene aproximadamente un pH neutro de 7; sin embargo, según se va utilizando, el pH se bajará siempre y se volverá ácido y corrosivo o se subirá y volverá alcalino, según la contaminación, a menos que se utilicen los neutralizadores o reductores. El grado de corrosión del equipo aumenta rápidamente con una disminución del pH del glicol. Los ácidos, resultado de la oxidación del glicol, productos de descomposición termales o gases ácidos recogidos de la corriente del gas, son los contaminantes corrosivos más molestos. Un pH bajo acelera la descomposición del glicol.

39 CUIDADOS DEL GLICOL CONTAMINACIÓN DE SAL. Los depósitos de sal aceleran la corrosión del equipo, reducen el traspaso térmico en los tubos del Reboiler y alteran lecturas de gravedad específica, cuando un hidrómetro se utiliza para determinar concentraciones de glicol en agua. Este contaminante molesto no se puede eliminar con la regeneración normal. Por lo tanto, se debe evitar la sal excedente.

40 CONTAMINACIÓN DE SAL Las sales pueden contribuir a los depósitos sobre los tubos de fuego del rehervidor, particularmente si cloruro de sodio (NaCl) está presente. El cloruro de sodio es inversamente soluble en soluciones acuosas de glicol caliente, mientras que el Cloruro de Calcio es directamente soluble. La presencia de sales en la solución de TEG es muchas veces indirectamente relacionado con formación de espuma y corrosión

41 CONTAMINACIÓN DE SAL En grandes cantidades intervienen como agentes corrosivos de los equipos, a su vez pueden afectar en la regeneración del glicol disminuyendo su capacidad y ocasionando puntos calientes en rehervidores de glicol. La solubilidad de la sal disminuye a medida que aumenta la temperatura en el rehervidor provocando la precipitación sobre el tubo de fuego.

42 CUIDADOS DEL GLICOL DEGRADACIÓN Y PÉRDIDAS POR PRESENCIA DE HIDROCARBUROS. Hidrocarburos líquidos, como resultado de la deficiente separación gasolina-hidrocarburo, aumentan el glicol espumante, lo que redunda en degradación y pérdidas. Los hidrocarburos líquidos resultantes del arrastre del gas natural en la entrada al sistema de deshidratación resultan en condensación en la torre de absorción, aumenta la formación de espumas, de la degradación y de las pérdidas de glicol. Deben ser eliminados por absorción con aceite en el lecho de carbón activado.

43 CUIDADOS DEL GLICOL SEDIMENTO. Una acumulación de partículas sólidas y de hidrocarburos con alquitrán se forma muy a menudo en el glicol. Este sedimento se suspende en el glicol que circula y, durante un tiempo, la acumulación llega a ser bastante grande. Esta acción da lugar a la formación de bastantes partículas en suspensión, pegajosa y abrasiva que puede causar la erosión de las bombas, de las válvulas y de otros equipos.

44 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATODRA CON TEG Depurador de entrada.- es el encargado de separar los contaminantes que llegan con la corriente de gas, tales como los hidrocarburos líquidos, agua libre, partículas sólidas y los compuestos químicos que han sido agregados previamente al gas natural, los cuales suelen causar efectos nocivos. Absorbedor o contactor.- La función del absorbedor es poner en contacto el gas húmedo con el glicol, para que el glicol pueda remover el vapor de agua del gas húmedo. Existen contactores que usan bandejas (tipo burbuja o campanas) o empaques regulares en su parte interna para efectuar el contacto directo del gas y el glicol. En cualquiera de los dos casos el contacto es en flujo inverso.

45 COLUMNAS DE PLATOS. Existen varios tipos de platos que permiten el contacto entre el liquido y el vapor siendo los mas comunes los valvulados, los perforados y los tipo capucha; la selección del tipo de platos se debe determinar evaluando varios factores tales como: el proceso, su costo, diseño mecánico, instalación, mantenimiento, capacidad, eficiencia, caída de presión, corrosión y los datos históricos previos existentes para la selección del mismo.

46 COLUMNAS DE PLATOS La eficiencia de los platos de define como una medida de la efectividad del contacto liquido-vapor en el plato y expresa la separación que se tiene realmente en comparación con la separación que se obtendrá teóricamente en estado de equilibrio. Toma en cuenta la no idealidad del plato. El número de platos ideales (teóricos), es igual al número de platos no ideales (reales) multiplicado por la eficiencia del plato. Entre los factores que ejercen mayor influencia sobre la eficiencia de las torres de absorción están las propiedades físicas de los fluidos y la relación gas-liquido.

47 Efecto de las variables de operación sobre la eficiencia de los platos Presión de operación: El aumento de la presión puede incrementar considerablemente la eficiencia de la separación. Temperatura de entrada del disolvente:Esta variable tiene muy poca influencia en el grado de absorción o en los perfiles internos de temperatura cuando los efectos térmicos se deben principalmente al calor de disolución o a la vaporización del disolvente.

48 Efecto de las variables de operación sobre la eficiencia de los platos Temperatura y humedad del gas: Un elevado grado de humedad limita la capacidad de la fase gas para aceptar calor latente y, por lo tanto no favorece la absorción. Es por esto que debe considerarse la deshumidificación del gas antes de introducirlo.

49 Efecto de las variables de operación sobre la eficiencia de los platos Razón entre caudales de líquido y gas (L/G): La razón L/G puede tener una influencia significativa en el desarrollo de los perfiles de temperatura en una columna de absorción. Valores elevados de L/G tienden a producir perfiles de temperatura menos intensos, debido a la alta capacidad calorífica de la fase liquida. A medida que disminuye el valor de L/G, la concentración de soluto tiende a aumentar en la parte superior de la columna y el punto de máxima temperatura tiende a desplazarse hacia arriba en la columna, hasta que la temperatura máxima se ubique en el piso mas elevado. Por supuesto, la capacidad de la fase liquida para absorber soluto cae progresivamente a medida que el valor de L/G se reduce.

50 TORRE ABSORBEDORA

51 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATODRA CON TEG Tanque de flasheo o separador de gas -condensado – glicol.- Sirve para recuperar el gas que esta disuelto en la solucion de glicol en el contactor, tambien como cualquier hidrocarburo liquido que sea transportado fuera del contactor por la solucion de glicol.El gas sale por la parte superior del recipiente y es venteado o puede ser usado para suplir el gas combustiblerequerido para el reherbidor. Filtros.- En los sistemas de deshidratación del gas normalmente se usan dos tipos de filtros: filtros de sólidos son de malla fina de media o cartucho usados para eliminar sólidos, partículas que pueden causar erosión de los émbolos de las bombas, sellos de los discos y válvulas, atascamiento del equipo y formación de espuma

52 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATADORA CON TEG Filtros de carbón activado.- son usados para eliminar hidrocarburos, productos de degradación del glicol, surfactantes, químicos usados para tratamientos de pozos, aceites lubricantes de compresores. Bombas de glicol.- Son las únicas partes movibles de toda la unidad, retorna el glicol pobre de baja presión al contactor de alta presión, se usan de tres tipos: operación a alta presión (texsteam), operadas con liquido a alta presión (Kimray) y las impulsadas por motor eléctrico. Para unidades mas grandes de deshidratación se usan bombas de desplazamiento positivo, de cilindros múltiples. Montadas horizontalmente e impulsada por un motor eléctrico.

53 CARBON ACTIVADO SALIDA DE GASES ENTRADA DE GLICOL SALIDA DE GLICOL PDI ESFERAS DE SOPORTE DE 3/4” CARBON ACTIVADO ESFERAS DE SOPORTE ½”

54 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATADORA CON TEG Tanque de compensación.- Es un recipiente usado para almacenar glicol regenerado para la succión de la bomba, generalmente esta construido como parte integral del rehervidor o en forma separada. Intercambiadores de calor.- El intercambiador glicol-glicol quita el calor del glicol pobre, caliente, que retorna al absorbedor y lo entrega al glicol rico que va al destilador ahorrando energía. El intercambiador glicol-gas sirve para calentar ligeramente el gas seco que sale del absorbedor y enfriar ligeramente el glicol caliente entrante.

55 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATADORA CON TEG Los intercambiadores de glicol en una unidad e glicol están diseñadas para: - Suministrar el glicol pobre al absorbedor 5-15 °F mas caliente que el gas seco que deja el absorbedor. Este objetivo se logra colocando un enfriador aguas abajo del intercambiador de glicol rico-pobre. - Mantener el tope del destilador de despojamiento a 210°F (a nivel del mar). El glicol rico,frió, puede usarse como el refrigerante para el serpentín de reflujo. - Controlar el precalentamiennto del glicol rico que entra al destilador despojador a un máximo.

56 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATADORA CON TEG Columnas de destilación.- Es el recipiente localizado en la parte superior del reherbidor donde tiene lugar la destilación del glicol y agua. Las columnas destiladas están normalmente empacadas y tienen condensadores con aletas o espirales de reflujo (serpentines) en la parte superior para enfriar los vapores de glicol y parte de vapor de agua de salida, para proveer el reflujo para la columna. Este arreglo controla la condensación y reduce las perdidas de glicol. El vapor de agua que sale del tope del despojador contiene pequeñas cantidades de hidrocarburos volátiles y se lo ventea normalmente a la atmósfera.

57 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS DE UNA PLANTA DESHIDRATADORA CON TEG Reherbidor.- Es el recipiente que suministra calor para separar el glicol y el agua por simple destilación. El glicol es calentado a una temperatura entre 380 y 400°F. Para remover suficiente vapor de agua para regenerar el glicol en 98.5 -99%. Los reherbidores pueden ser de fuego directo o calentados por vapor o aceite caliente. El nivel de glicol en el reherbidor es mantenido por un vertedero de derrame. El exceso de glicol fluye hacia dentro del tanque de compensación por gravedad

58 DESCRIPCION DEL PROCESO El funcionamiento de un sistema de regeneración de glicol seria el siguiente: El gas de entrada llega a un depurador de entrada, donde se quita las impurezas sólidas o liquidas, luego el gas entra por la parte inferior de la contactora fluye en contracorriente con el glicol pobre que desciende. El glicol pobre entra por el tope del contactor donde fluye hacia abajo de plato en plato y absorbe el agua del gas natural que va ascendiendo, el gas que sale por el tope del contactor es gas seco que pasa a través de un intercambiador de calor gas/glicol y luego se va a la línea de gas de venta. El glicol rico deja el absorbedor y entra a un serpentín enfriador que controla la tasa de reflujo de agua en el tope del despojador.

59 DESCRIPCION DEL PROCESO Este control de temperatura asegura que el vapor de agua que deja la columna destiladora no acarree exceso de glicol. Se mejora el intercambio de calor entre el glicol rico, frió y el glicol pobre caliente utilizando dos o mas intercambiadores de calor de coraza-tubo, en serie. El aumento de calor recuperado disminuye el consumo de combustible en el reherbidor y protege de sobrecalentamiento a las bombas de circulación de glicol. El glicol rico se vaporiza en el tanque de flasheo donde se le quita el gas y cualquier hidrocarburo liquido que estuviera presente, que puede usarse como combustible, o como gas de despojamiento, se filtra el glicol antes de ser calentado en el reconcentrador.

60 SITEMA DE REGENERACION DE GLICOL CON TEG

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62 ABSORCION FISICA POR INYECCION Son las llamadas Plantas de Ajustes de Punto de Roció “ Dew Point”, estas plantas permiten cumplir dos objetivos del acondicionamiento simultaneamente: La deshidratacion y el desgasolinaje. Básicamente el proceso consiste en provocar la condensacion del vapor de agua y de los hidrocarburos pesados mediante el enfriamiento. El glicol que se usa en este sistema es el monoetilen glicol por su doble accion como absorvente y anticongelante.

63 PROPIEDADES NECESARIAS EN LOS REFRIGERANTES Para tener uso apropiado como refrigerante, se busca que los fluidos cumplan con la mayor cantidad de las siguientes características:  Baja temperatura de ebullición: Un punto de ebullición por debajo de la temperatura ambiente, a presión atmosférica. (evaporador)  Fácilmente manejable en estado líquido: El punto de ebullición debe ser controlable con facilidad de modo que su capacidad de absorber calor sea controlable también

64 PROPIEDADES NECESARIAS EN LOS REFRIGERANTES  Alto calor latente de vaporización: Cuanto mayor sea el calor latente de vaporización, mayor será el calor absorbido por kilogramo de refrigerante en circulación.  No inflamable, no explosivo, no tóxico.  Químicamente estable: A fin de tolerar años de repetidos cambios de estado.  No corrosivo: Para asegurar que en la construcción del sistema puedan usarse materiales comunes y la larga vida de todos los componentes.

65 PROPIEDADES NECESARIAS EN LOS REFRIGERANTES  Moderadas presiones de trabajo: las elevadas presiones de condensación (mayor a 350-400 psi) requieren un equipo extrapesado. La operación en vacío (menor a 0 psi) introduce la posibilidad de penetración de aire en el sistema.  Fácil detección y localización de pérdidas: Las pérdidas producen la disminución del refrigerante y la contaminación del sistema.  Inocuo para los aceites lubricantes: La acción del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la acción de lubricación.

66 PROPIEDADES NECESARIAS EN LOS REFRIGERANTES  Bajo punto de congelación: La temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador.  Alta temperatura crítica: Un vapor que no se condense a temperatura mayor que su valor crítico, sin importar cuál elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen críticas superiores a los 200ºF.  Moderado volumen específico de vapor: Para reducir al mínimo el tamaño del compresor.  Bajo costo: A fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurar el servicio adecuado cuando sea necesario

67 Ventajas del uso del propano como refrigerante Tiene presión positiva a la temperatura de evaporación Condensa con aire o agua a baja presión La baja relación de compresión permite operar en dos etapas Calor latente de evaporación elevado Bajo costo y buena disponibilidad

68 Problemas comunes con el uso del propano Mala calidad del propano de refrigeración. Hay que tratar que el propano posea muy bajo contenido de etano. Porcentajes de más del 3% de este último, traen como consecuencia presión de condensación más alta que la de diseño y en consecuencia, desde el punto de vista mecánico, una mayor solicitud de los metales, y analizado termodinámicamente un menor rendimiento volumétrico del compresor.

69 Problemas comunes con el uso del propano Se debe poner especial atención en la lubricación de los cilindros compresores a fin de evitar un “lavado” de los mismos y consecuentes engranaduras de pistón y camisa. Es aconsejable el uso de aceites sintéticos, no- miscibles con los hidrocarburos. Esta última observación obliga, a la instalación de un eficiente separador de aceite a la salida del compresor, de lo contrario a través del tiempo se deposita en los intercambiadores de calor disminuyendo sensiblemente la eficiencia térmica.

70 PROCESO DE DESHIDRATACION 1. Preparación y almacenamiento del glicol. 2. Sistema de inyección de glicol a la corriente de gas. 3. Recuperación y Regeneración del glicol 1. Preparación y almacenamiento del glicol.- El glicol es preparado con agua desmineralizada en una proporción de 80% de glicol y 20% de agua, es almacenada en tanques, que poseen colchones de gas para evitar la entrada de oxigeno al sistema. 2. Sistema de inyección de glicol a la corriente de gas.- De los tanques de almacenamiento con una bomba se lleva hasta el regenerador de glicol en donde por efecto de temperatura transmitida por la circulación de aceite caliente se logra ajustar la relación en peso de glicol deseada 80% a 81%. Luego se comunica este reboiler con el acumulador de glicol

71 PROCESO DE DESHIDRATACION Del acumulador de glicol sale y atraviesa un intercambiador de calor glicol pobre/rico para enfriar el glicol pobre y entra a la succión de una bomba alternativa, la misma descarga y efectúa la inyección de la solución de glicol pobre al intercambiador gas-gas, al intercambiador gas- líquido, y una última inyección en el intercambiador de refrigeración secundaria (Chiller). En estos tres puntos se produce la absorción del vapor de agua de la corriente de gas, el glicol rico se junta en un separador frío (separador de baja temperatura), luego es enviado al sistema de estabilización (separador flash de condensado).

72 PROCESO DE DESHIDRATACION Luego de circular por los filtros, la solución pasa a través del intercambiador de Glicol Rico/Pobre el cual adiciona calor antes de entrar a la sección de empaque de la columna de destilación, este intercambiador es calentado con la solución pobre proveniente del acumulador de glicol En la torre de destilación el exceso de agua es separada de la solución de glicol rico, mediante evaporación. La solución de glicol fluye hacia el reboiler de glicol donde se recalienta, calor provisto por la circulación de aceite caliente a través de un tubo que atraviesa al intercambiador sumergido en solución de glicol. Obteniendo así la regeneración del glicol o solución de glicol pobre. Una vez el fluido se precipita hacia el acumulador de glicol este se encuentra preparado para iniciar nuevamente el ciclo de inyección al sistema.

73 CHILLER Es un intercambiador de calor con tubos en “U”, donde el refrigerante fluye por el lado del casco. La sumergencia de los tubos es de gran importancia porque esto determina el rendimiento del proceso. El líquido entra al Chiller a una temperatura que está entre 37 y 43 °F (3 y 6 °C) por debajo de la temperatura a la que se debe enfriar el fluido que está en el lado de los tubos. Al intercambiar calor, el refrigerante se calienta y empieza a vaporizar, bajando el ingreso de más refrigerante. El vapor que sale del Chiller va a un compresor.

74 CIRCUITO DE PROPANO SIN ECONOMIZADOR

75 CIRCUITO DE PROPANO CON ECONOMIZADOR

76 PROCESO DE DESHIDRATACION 3. Recuperación y Regeneración del glicol.- La solución de glicol rica que sale del separador flash de condensado fluye a través del serpentín de la columna de destilación. Luego este flujo es pre- calentando, por el calor provisto por el glicol pobre proveniente del acumulador de glicol, pasa a través de un intercambiador de glicol antes de ser recepcionado en el tanque de flasheo de glicol donde debido al aumento de temperatura y baja presión los gases disueltos en el glicol son desprendidos y los hidrocarburos líquidos arrastrados en la solución pueden ser decantados hacia el sistema de recolección. Luego pasa a través de filtros de sólidos y carbón activado para eliminar las impurezas e hidrocarburos del sistema.

77 CONDENSADOR Es un intercambiador de calor donde el refrigerante va por el lado del casco y es enfriado con agua fría o puede ser un enfriador de aire, para luego volver al acumulador en fase líquida. ECONOMIZADOR Es un separador que es empleado a veces, asumiendo dos etapas de compresión. Este es ubicado entre el acumulador y el Chiller y separa el gas del líquido. El gas frío es enviado a la Inter. – etapa del compresor, economizando la potencia del compresor y también permite obtener mayor cantidad de líquido refrigerante que entre al Chiller para evitar la falta de sumergencia.

78 SISTEMA DE REGENERACION DE GLICOL

79 INYECCION DE GLICOL

80 SISTEMA DE ESTABILIZACION

81 DESHIDRATACION POR ADSORCION CON SÓLIDOS El proceso de adsorcion es una forma de adhesión entre una superficie sólida y el vapor del liquido que aparece con una capa muy delgada y se sostiene merced a la atracción entre los materiales y las características particulares de los mismos. La cantidad de liquido adsorbido en este caso agua, varia con la naturaleza y el área superficial del desecante usado. También se cree que la adhesión del agua a la superficie sólida esta suplementada por condensación capilar, o sea que aparte del agua se condensa y es retenida en los canales capilares en el interior del desecante. Cuando el gas contacta las partículas sólidas del desecante el agua es adsorbida hasta que se alcanza un equilibrio que esta descrito en tres variables : temperatura de contacto, contenido de agua del desecante, o capacidad estática (peso de agua/peso de desecante seco), y contenido de agua del gas (presión parcial del agua o punto de roció del agua )

82 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO DE ADSORCION Ventajas Alcanzan puntos de rocío muy bajos requeridos para plantas criogénicas. Se adaptan a cambios muy grandes en las tasas de flujo. Son menos susceptible a la corrosión o al espumamiento Desventajas Los costos iniciales de instalaciones son mucho mayores a la de una unidad de glicol Es un proceso de bacheo. Tiene caídas de presión altas a través del sistema Los desecantes pueden envenenarse con líquidos u otras impurezas del gas.

83 DESVENTAJAS Y TIPOS DE DESECANTES USADOS EN EL SISTEMA DE ADSORCION Altos requerimientos de espacio y peso Altos requerimientos de calor de regeneración y altos costos de utilidades. Desecantes Los adsorbentes mas comúnmente usados para secar fluidos de petróleo son: silica gel, bolitas de silica gel, alumina activada, tamices moleculares. Geles de sílice.- La silica gel es un material duro, áspero, con buenas características de resistencia a la atrición (desgaste por fricción), y esta disponible comercialmente en forma de polvo, gránulos o esferas de varios tamaños.

84 TIPOS DE DESCANTES USADOS EN EL SISTEMA DE ADSORCION Bolitas de silica gel.- La capacidad de adsorcion es la misma que la de la silica gel común, solo que la densidad bruta y la capacidad por unidad de volumen es mayor. Alumina activada.- Es una alumina parcialmente hidratada, poros, amorfa. Tamices moleculares.- Son zeolitas, cristalinas o aluminio-silicatos que tienen una estructura uniforme tridimensional interconectada de tetraedros de sílice y de aluminio Estos cristales de zeolita sintética se fabrican para que contengan cavidades de interconexión de tamaño uniforme, separados por poros o aberturas estrechas igualmente uniformes.

85 SELECCIÓN DEL DESECANTE La selección se basa en lo económico y en las condiciones del proceso. Muchas veces los desecantes son intercambiables y el equipo diseñado para un producto puede ser efectivamente operado con otro. La selección del desecante debe ser hecha sobre la base de las siguientes consideraciones: a)Presión, temperatura y composición del gas de entrada b)Punto de rocío al agua requerida a la salida. c)Requerimientos de recuperación de Hcbs.. d)Costo de capital y de operación.

86 DESCRIPCION DEL PROCESO Y RESPECTIVOS EQUIPAMIENTOS Si el secado del gas debe ser hecho en una operación continua es necesario tener lechos de desecantes múltiples, ya que estos operan en una forma cíclica. Hay tres ciclos que se ejecutan alternadamente en cada deshidratador. Hay un ciclo de adsorcion, o deshidratado, un ciclo de calor o regeneración del lecho y un ciclo de enfriamiento del mismo. Los componentes típicos de una unidad de desecante sólido son: a)Separador de gas de entrada b)Dos o mas contactores de adsorcion llenos con desecante sólido.

87 EQUIPOS DEL SISTEMA DE ADSORCION c) Un calentador de alta temperatura para proveer el gas caliente de regeneración par reactivar el desecante en las torres. d) Un enfriador del gas de regeneración para condensar el agua del gas de regeneración. e) Un separador del gas de regeneración para quitar el agua que se ha condensado del gas de regeneración f) Tuberías, distribuidores, válvulas conmutadoras y controles para dirigir y controlar el flujo de los gases de acuerdo a los requerimientos del proceso.

88 DESCRIPCION DEL PROCESO Torre adsorbedora.- Es un recipiente cilíndrico con dos distribuidores de las corrientes de gas en ambos extremos, soportes para el lecho colocados en su parte inferior, una carga de adsorbente, conexiones para la remoción del mismo y un muestreador. El soporte del lecho debe soportar tanto el peso muerto del desecante, como la carga viva de la presión fluyente. Puede ser una malla de acero inoxidable, con aberturas de malla menores que las partículas del desecante, soportada horizontalmente sobre vigas y anillos soldados. El gas se introduce en la parte superior de la torre en forma radial y baja velocidad puede usarse una tubería ranurada tipo criba, o un tipo canasto perforado. Se recomienda proteger la parte superior de la camada de desecante colocando una capa de 4 a 6 pulgadas de bolas de1/2” a 2” de diametro.

89 DESCRIPCION DEL PROCESO En el ciclo de adsorcion el gas húmedo de entrada fluye hacia abajo a través de la torre. Los componentes a ser retirados son adsorbidos a tasas que dependen de su naturaleza química, el tamaño de las moléculas y el tamaño de poros del adsorbente. Las moléculas de agua se adsorben primero en las camadas superiores del lecho. Los gases hidrocarbonados secos se adsorben a través del lecho. A medida que las capas superiores del desecante se saturan con agua, el agua en la corriente de gas húmedo comienza a desplazar los hidrocarburos previamente adsorbidos en las camadas mas bajas. Los hidrocarburos líquidos también serán adsorbidos, y llenaran espacios porosos que, de otro modo, estarían disponibles para moléculas de agua.

90 DESCRIPCION DEL PROCESO Calentadores de Regeneración.- En cualquier tiempo dado, al menos una de las torres debe estar adsorbiendo mientras las otras torres están siendo calentadas o enfriadas para regenerar el desecante. Cuando una torre se la conmuta el ciclo de regeneración algo del gas húmedo, es decir una pequeña parte de la corriente del gas de entrada (5 a 10 %) es desviada y se calienta temperaturas entre 450 y 600 °F, en el calentador de alta temperatura. El gas calentado que sale del regenerador se dirige luego a la torre para quitar el agua previamente adsorbida, al calentar la torre, el agua capturada en los poros del desecante se convierte en vapor y es adsorbida por el gas natural caliente que esta pasando.

91 DESCRIPCION DEL PROCESO Este gas que fluye de abajo hacia arriba deja el tope de la torre y se lo enfría a fin de condensar el agua que ha arrastrado, este enfriador de regeneración trabaja con aire, agua o gas natural, pero generalmente se usa aire para enfriar la corriente de regeneración, dentro de 15 a 20 °F con respecto a la temperatura del aire. El agua condensada en el enfriador se separa en el separador de gas de regeneración, que es un recipiente horizontal trifásico dimensionado para acomodar cualquier acumulación que surgiere. Una vez que se ha secado el lecho, es necesario enviar gas frió para volverlo a las temperaturas de operación normales, antes de ponerlo en servicio, se hace con gas deshidratado, y si es con gas húmedo, hay que deshidratarlo primero, ya que el paso por una corriente caliente no es suficiente para deshidratar el gas.

92 CONSIDERACIONES DE DISEÑO Sentido del flujo.- Se recomienda flujo hacia abajo cuando se trata de deshidratación de gas, y flujo hacia arriba cuando se trata de deshidratación de hidrocarburos líquidos. En caso de los hidrocarburos líquidos, como estos siempre llevan algo de componentes gaseosos, el flujo hacia arriba permite que las burbujas de gas pasen a través del lecho de deshidratación, Si el flujo de liquido fuera hacia abajo, habría acumulación de gas en el tope de la torre, reduciendo progresivamente la cantidad de desecante expuesto al liquido. Temperatura.- Las planta de adsorcion son muy sensibles a la temperatura del gas de entrada, ya que la eficiencia disminuye a medida que la temperatura aumenta.

93 CONSIDERACIONES DE DISEÑO La temperatura del gas de regeneración que se mezcla con el gas húmedo de entrada por delante del deshidratador es también importante. Si la temperatura de esas dos corrientes de gases difiere en mas que 15 a 20 °F, el agua liquida y los hidrocarburos condensaran a medida que el gas mas caliente se enfría. Los líquidos condensados acortan la vida del desecante sólido. La máxima temperatura del gas caliente depende del tipo de contaminante a remover, y del poder del sostén o afinidad del desecante por los contaminantes. Normalmente se usa una temperatura de 450 a 600 °F

94 CONSIDERACIONES DE DISEÑO Presión.- Generalmente la capacidad de adsorcion de una unidad de secado decrece a medida que la presión desciende. Si los deshidratadores se operan muy por debajo de la presión de diseño, el desecante tendrá que trabajar mas para sacar el agua y mantener el punto de rocío deseado para el efluente. Velocidad del gas.- La habilidad del desecante para deshidratar el gas aumenta cuando la velocidad del gas disminuye durante el ciclo de secado. Por lo tanto seria deseable operar a velocidades mínimas para usar plenamente al desecante.

95 CONSIDERACIONES DE DISEÑO A velocidades bajas se requiere torres con grandes áreas transversales para manejar un dado flujo de gas, el cual, además puede canalizar a través del lecho desecante y no quedar deshidratado apropiadamente. Relación diámetro a altura del techo.- Una relación (L/D) coeficiente de esbeltez, conveniente seria de mas de 2.5, por debajo de ese valor de 2.5 no son aconsejable porque no permiten una buena deshidratación ya que se producen canalizaciones por que no hay flujo uniforme y el tiempo de contacto no siempre es el adecuado.

96 CONSIDERACIONES DE DISEÑO Caída de presión.- Las torres están dimensionadas para una caída de presión de diseño de 5 psi a través del desecante. Contenido de humedad del gas de entrada.- Una variable importante que determina el tamaño del lecho de un desecante dado es la saturación relativa del gas de entrada. Esta variable es la fuerza impulsora que afecta la transferencia de agua al adsorbente.