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UNIVERSIDAD DE ORIENTE. NÚCLEO MONAGAS ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO. MATURÍN MATURÍN / MONAGAS / VENEZUELA.
Proceso de Deshidratación del Gas Natural Dr. Fernando Pino Morales Escuela de Ingeniería de Petróleo UDO_ MONAGAS Dirección Haitacional! "on#unto $esidencias Pla%a Guiaca &orre &orre I A'to ()* &i'uro &el+,ono "asa -/0)1000(*2 &el+,ono &e l+,ono "asa -/0 2230-4 "elular -*04)(/42/3 "orreo electrónico! ,'ino5cant6. ,'ino5cant6.net net ,'ino**57ot8ail.co8
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Introducción El 'roceso de des7idratación des7idratación de gas natural9 es uno de los tantos 'rocesos9 'rocesos9 a los :ue tiene :ue ser so8etido el gas natural9 'ara de#arlo dentro de las condiciones esta estale leci cidas das99 tant tanto o naci nacion onal ales es co8o co8o inte interna rnaci ciona onale less de co8e co8erci rcial ali% i%ac ació ión n ; distriución. Una de las nor8as indica :ue 'ara :ue un gas natural 'ueda ser trans'ortado 'or un siste8a de redes de gas9 co8o ta8i+n ta8i+n 'or un gasoducto9 no dee tener 8
a cantidad de 2 liras de agua es ace'tada9 solo 'ara el tró'ico 7=8edo9 en 6ista :ue en otras latitudes las cantidades son 8uc7os 8enores. El 'roceso de des7idratación de gas natural es la eli8inación del 6a'or de agua :ue aco8'a?a a la corriente de gas natural9 ta8i+n se reco8ienda la eli8inación del agua lí:uida o condensada :ue 'ueda trans'ortar el gas9 toso esto dee de reali%arse ,unda8ental8ente9 'or:ue el 6a'or de agua 'uede condensarse sea9 'or:ue se incre8enta la 'resión o 'or:ue dis8inu;e la te8'eratura9 en cual:uiera de estos 'roceso el agua 'uede condensarse ; reaccionar con los 7idrocaruros li6ianos 'ara ,or8ar un co8'uestos :uí8ico deno8inado 7idratos9 los cuales estos 'rocesos ; 8+todos utili%ados 'ara des7idratara el gas natural son 8=lti'les ; 6ariados9 aun:ue los de 8a;or utilidad son los 'rocesos de asorción9 'ara lo cual se utili%an utili%an ,unda8ental8ente ,unda8ental8ente glicoles9 glicoles9 :ue tiene la 7ailidad 'ara asorer asorer co8o su'er,icie lí:uida el 6a'or de agua9 cuando se en,rentan en contracorrientes en la torr torre e de aso asorc rció ión n de las las 'lan 'lanta tass des7 des7id idra rata tado dora ra de gas. gas. El 'roc 'roces eso o de des7i des7idra drata taci ción ón se 'uede 'uede reali reali%a %arr ta8i ta8i+n +n util utili% i%an ando do 8e8 8e8ra ranas nas o ta8i ta8ice cess 8oleculares9 estos =lti8os son 'rocesos9 donde se reali%a la adsorción del agua 'resente en la corriente del gas natural. Una de eta'as i8'ortantes9 :ue ocurre en la des7 des7id idra rata taci ción ón del del gas gas natu natural ral con con glic glicol oles es es :ue :ue estos estos 'ro6 'ro6oca ocan n una una dis8inución del 'unto de rocío del agua9 ; una 6e% :ue esta se condensa es atra'ada 'or el glicol. >a e,iciencia del 'roceso de des7idratación del gas natural es deter8inante9 'ara la e,iciencia e,iciencia de los otros 'rocesos9 co8o lo es la co8'resión9 co8'resión9 ; el trans'orte. trans'orte. >os 'rocesos de etracción ; ,racciona8iento de los lí:uidos del gas natural9 'or lo general tiene 're6io al 'roceso9 'roceso9 trata8ientos trata8ientos de des7idrataci des7idratación ón de la corriente de gas :ue llega a la 'lanta9 es 6ista :ue en estos 'roceso la cantidad de agua :ue 'uede estar 'resente en la corriente de gas natural9 tiene :ue ser unas d+ci8as de 'artes 'or 8illón9 en 6ista :ue al traa#ar con a#as te8'eratura el agua 'asaría al estado sólido9 causando gra6es 'role8as o'eracionales al 'roceso.
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Introducción El 'roceso de des7idratación des7idratación de gas natural9 es uno de los tantos 'rocesos9 'rocesos9 a los :ue tiene :ue ser so8etido el gas natural9 'ara de#arlo dentro de las condiciones esta estale leci cidas das99 tant tanto o naci nacion onal ales es co8o co8o inte interna rnaci ciona onale less de co8e co8erci rcial ali% i%ac ació ión n ; distriución. Una de las nor8as indica :ue 'ara :ue un gas natural 'ueda ser trans'ortado 'or un siste8a de redes de gas9 co8o ta8i+n ta8i+n 'or un gasoducto9 no dee tener 8a cantidad de 2 liras de agua es ace'tada9 solo 'ara el tró'ico 7=8edo9 en 6ista :ue en otras latitudes las cantidades son 8uc7os 8enores. El 'roceso de des7idratación de gas natural es la eli8inación del 6a'or de agua :ue aco8'a?a a la corriente de gas natural9 ta8i+n se reco8ienda la eli8inación del agua lí:uida o condensada :ue 'ueda trans'ortar el gas9 toso esto dee de reali%arse ,unda8ental8ente9 'or:ue el 6a'or de agua 'uede condensarse sea9 'or:ue se incre8enta la 'resión o 'or:ue dis8inu;e la te8'eratura9 en cual:uiera de estos 'roceso el agua 'uede condensarse ; reaccionar con los 7idrocaruros li6ianos 'ara ,or8ar un co8'uestos :uí8ico deno8inado 7idratos9 los cuales estos 'rocesos ; 8+todos utili%ados 'ara des7idratara el gas natural son 8=lti'les ; 6ariados9 aun:ue los de 8a;or utilidad son los 'rocesos de asorción9 'ara lo cual se utili%an utili%an ,unda8ental8ente ,unda8ental8ente glicoles9 glicoles9 :ue tiene la 7ailidad 'ara asorer asorer co8o su'er,icie lí:uida el 6a'or de agua9 cuando se en,rentan en contracorrientes en la torr torre e de aso asorc rció ión n de las las 'lan 'lanta tass des7 des7id idra rata tado dora ra de gas. gas. El 'roc 'roces eso o de des7i des7idra drata taci ción ón se 'uede 'uede reali reali%a %arr ta8i ta8i+n +n util utili% i%an ando do 8e8 8e8ra ranas nas o ta8i ta8ice cess 8oleculares9 estos =lti8os son 'rocesos9 donde se reali%a la adsorción del agua 'resente en la corriente del gas natural. Una de eta'as i8'ortantes9 :ue ocurre en la des7 des7id idra rata taci ción ón del del gas gas natu natural ral con con glic glicol oles es es :ue :ue estos estos 'ro6 'ro6oca ocan n una una dis8inución del 'unto de rocío del agua9 ; una 6e% :ue esta se condensa es atra'ada 'or el glicol. >a e,iciencia del 'roceso de des7idratación del gas natural es deter8inante9 'ara la e,iciencia e,iciencia de los otros 'rocesos9 co8o lo es la co8'resión9 co8'resión9 ; el trans'orte. trans'orte. >os 'rocesos de etracción ; ,racciona8iento de los lí:uidos del gas natural9 'or lo general tiene 're6io al 'roceso9 'roceso9 trata8ientos trata8ientos de des7idrataci des7idratación ón de la corriente de gas :ue llega a la 'lanta9 es 6ista :ue en estos 'roceso la cantidad de agua :ue 'uede estar 'resente en la corriente de gas natural9 tiene :ue ser unas d+ci8as de 'artes 'or 8illón9 en 6ista :ue al traa#ar con a#as te8'eratura el agua 'asaría al estado sólido9 causando gra6es 'role8as o'eracionales al 'roceso.
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Portada Introducción Bndice Proceso de Des7idratación del Gas Natural Custi,icación del Proceso de Des7idratación Procesos 'ara e6itar la ,or8ación de 7idratos "aracterísticas de los 7idratos del gas natural "ondiciones Pri8arias "ondiciones Secundarias Factores ;o 'rocesos :ue catali%an la ,or8ación de 7idratos Predicción de la ,or8ación de 7idratos "os 8odelos de'endientes de la gra6edad es'ecí,ica Modelos inde'endientes de la gra6edad es'ecí,ica In7iir la ,or8ación de 7idratos "ontrol de te8'eratura "ontrol de 'resión $e8oción de agua Adición de in7iidores :uí8icos In7iidores ter8odin<8icos In7iidores cin+ticos Antiaglo8erantes "ontrol de la ,or8ación de 7idratos >a #usti,icación 'ara des7idratar el gas natural Satis,acer los re:ueri8ientos9 'ara trans'ortar gas E6itar la congelación del agua en los 'rocesos criog+nicos E6itar la congelación de agua durante el trans'orte del gas Deter8inación de la cantidad de agua en el gas natural &uos del indicador del color Es'e#os en,riados Oido sensor Es'ectrosco'ia de asorción "orrelación de uacer "orrelación de a%in "orrelación de Ning "orrelaciones Gr<,icas "orrelación de Mcetta ; e7e "orrelación de "a8'ell
--0 -- --( -0 -0 -0( -0( -0* -01 -01 -01 -04 -04 -02 -02 -02 -03 ----- - - - - - -( -( -( -( -( -* -* -* -1 -4 -4 -2 -3 -3 -/ -(-(-(
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"orrelación de Maddo Incidencia del contenido de agua en el gas natural Punto de $ocío "a e'ansión &rans,erencia de "alor "onducción de "alor "on6ección de "alor >a co8inación de radiación ; asorción E'ansión Isenta 'ure%a >a degradación del glicol Factores de deterioro del glicol >a acide% en el 'roceso de asorción con glicol "onta8inación con sales de 7idrocaruros ; 'ara,inas For8ación de Es'u8as Asorción de Hidrocaruros Punto de congela8iento de la solución agua glicol Sedi8entos Oidación Desco8'osición t+r8ica Factores :ue in,lu;en en la selección del glicol
-(4 -(4 -(2 -(3 -*0 -* -*( -** -** -** -** -*1 -*1 -*1 -*1 -*1 -*1 -*4 -*2 -*2 -*3 -*3 -*3 -*3 -*/ -1-10 -1 -1 -1( -1( -1* -11 -11 -14 -14 -14 -12 -12 -13 -13 -13 -13 -13 -1/
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a#o costo Jiscosidad $educción del Punto de $ocío Factores :ue a,ectan la reducción del 'unto de rocío Soluilidad del Glicol Presión de Ja'or Gr<,icos de "o Ecuación de "lausius) "la'e;ron Ecuación de Antoine Punto de "ongela8iento del Glicol "aracterísticas ; co8'orta8iento de la 8e%cla glicol) agua Diagra8as de Fases de Me%clas Glicol)Agua E:ui'o necesario 'ara una 'lanta de des7idratación de gas natural Asoredor de Glicol Platos de uru#eo Ja tasa de ,lu#o del glicol >a concentración del glicol Platos de uru#eo Interca8iador de "alor Filtro "olu8nas Destiladoras Siste8a de "alenta8iento &e8'eratura M<i8a del $e7er6idor &an:ue de Al8acena8iento o8a de Glicol Par<8etros :ue se deen de "onsiderar 'ara el Dise?o Es'eci,icaciones del Gas &ratado
-1/ -1/ -4-40 -4 -4( -4( -4( -4* -41 -44 -42 -43 -43 -20 -2* -2* -2* -2* -21 -21 -22 -22 -22 -22 -22 -2/ -3-3-3-3-3( -3* -3* -31 -34 -34 -34 -34 -32 -32 -32 -32 -32 -32
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Deter8inación del Descenso del Punto de $ocío N=8ero de 'latos de uru#eo necesarios "oncentración del Glicol Pore Deter8inación del incre8ento de te8'eratura en la torre de asorción Deter8inación de la carga calorí,ica en el re7er6idor "
-33 -33 -3/ -3/ -/-/0 -/ -/ -/( -/( -/( -/* -/* -/* -/1 -/1 -/1 -/4 -/2 -/3 -/3 -// -// -// 0-0- 0- 0-
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0-( 0-( 0-( 0-( 0-* 0-* 0-* 0-* 0-1 0-4 0-4 0-/ 0-/ 0-/ 0-/ 00-
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rea total Di<8etro de la torre de asorción "a tasa de circulación del glicol E,iciencia del 'roceso "oncentración del glicol >a carga calorí,ica del re7er6idor Esti8ar la carga calorí,ica del re7er6idor
000 000 000 000 00 00( 00* 00* 00* 00* 001 001 004 004 004 002 002 003 003 003 003 003 003 00/ 000000 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0( 0( 0( 0( 0( 0* 0*
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&asa de la solución de &EG $ica >os re:ueri8ientos calorí,icos 'ara el 'recalentador ; el calentador Porcenta#e de agua en la 8e%cla "o8'osición del Glicol $ico $e:ueri8iento "alórico del Glicol $ico en el 'recalentador $e:ueri8ientos "alórico del Glicol $ico en el "alentador &asa de Flu#o del Glicol Pore Precalentador GlicolGlicol $e:ueri8iento "alórico del Interca8iador KgasglicolL I8'acto A8iental de la des7idratación de gas natural con glicol o8as 'ro'ulsadas con Gas o8as El+ctricas "ogra 8enores 'untos de rocío Puede o'erar a 8a;ores te8'eraturas Se ada'ta 8e#or a ruscos ca8ios de carga Algunos lec7os 'ueden retener otros conta8inantes >os lec7os no se desco8'onen t+r8ica8ente Mecanis8o del 'roceso de adsorción ona de e:uilirio ona de trans,erencia de 8asa ona acti6a Materiales utili%ados en el 'roceso de adsorción Silica Gel eolita "arón acti6ado Al=8ina Acti6ada &a8ices Moleculares "a'acidad del desecante en un 'roceso de adsorción Eta'as a cu8'lir el la des7idratación con desecantes sólidos Di<8etro ; >ongitud del Asoredor $egeneración
01 01 01 01 04 02 02 02 03 03 0(0( 0( 0( 0( 0( 0(( 0(( 0(( 0(( 0(* 0(1 0(1 0(1 0(1 0(4 0(4 0(4 0(4 0(4 0(4 0(4 0(3 0(3 0(3 0(3 0(/ 0*0*0 0* 0* 0*4 0*2 0*3 0*/
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"alor >atente de Ja'ori%ación del Agua 0*/ "alor de Desorción del Agua 0*/ "alor Necesario 'ara "alentar el Agua e6a'oración 01"alor Necesario Para "alentar el desecante 01"alor Necesario 'ara calentar el $eci'iente 01P+rdidas de "alor 010 Interca8iadores de calor 01 Filoso,ía del 'roceso de des7idratación 'or adsorción 01 &a8a?o de la ca8a desecante ; tie8'o del ciclo 01( >as torres de adsorción 01( E:ui'os de regeneración ; en,ria8iento 01* Siste8as de tuerías ; controles 01* So'orte de la ca8a desecante o adsorente 01* Proceso de des7idratación de gas natural con ta8ices 8oleculares 011 Par<8etros 'ara el dise?o de un des7idratador con ta8ices 8oleculares 014 Jariales de O'eración 014 &e8'eratura de "ontacto 014 Presión de "ontacto 012 &ie8'o de "ontacto 012 &a8a?o de las Partículas 012 $egeneración 012 Prole8as o'eracionales 012 "a'acidad de Adsorción de algunos ti'os de Desecantes 013 O'eración de una Planta de Des7idratación 'or &a8ices Moleculares 013 >as ra%ones 'rinci'ales de la des7idratación del gas natural 01/ "alculo 'ara el dise?o de una Planta de Des7idratación 'or Adsorción 04Par<8etros as '+rdidas de calor 04( "
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Índice de Cuadros
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"uadro 0 Deter8inación de la 'resión de ,or8ación de 7idratos -03 "uadro "onstantes de $. uace -( "uadro ( Jalores de las constante de la correlación de a%ín -("uadro * Jalores de las constante de la correlación de Ning -("uadro 1 Jalores de las constante 'ara el dióido de carono -(1 "uadro 4 Jalores de las constante 'ara el sul,uro de 7idrógeno -(1 "uadro 2 Pro'iedades uí8icas ; Físicas de los Glicoles -1* "uadro 3 "onstante 'ara la Ecuación de Antoine -41 "uadro / $elación entre la cantidad de agua ; la concentración del glicol -1* "uadro 0- &e8'eraturas ; &i'o de Glicol -22 "uadro 00 $eco8endaciones 'ara el uso del gas de des'o#a8iento -2/ "uadro 0 $eco8endaciones 'r
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Índice de Figuras
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Figura 0 Estructura "ristalina de la For8ación de un Hidrato Figura "ontenido de agua en los 7idrocaruros9 seg=n Mc etta) ee Figura ( "ur6a de KP)&L 'ara 'redecir la ,or8ación de 7idratos Figura * "ontenido de agua en el gas natural en ,unción de la 'resión Figura 1 "ontenido de agua en el gas natural en ,unción de la & Figura 4 "ontenido de Ja'or de agua del Gas Natural Saturado Figura 2 "ontenido de agua en "- saturado en Me%clas de GN Figura 3 "ontenido de Agua en el Sul,uro de Hidrógeno Figura / Diagra8a de Fase KP)&L 'ara una Sustancia Pura Figura 0- "ur6a de 'resión de saturación de 6a'or de agua Figura00 Jiscosidad de una 8e%cla agua)&EG -4Figura 0 "oncentración del glicol 'ore en @PP Figura 0( Porcenta#e en @PP del &EG ; agua -44 Figura 0* Diagra8a inario &EG)Agua a la 'resión de 0 at8ós,era Figura 01 &orre de asorción en el 'roceso de des7idratación Figura 04 Estructura Interna de un asoredor Figura 02 Diagra8a de Mc) "ae &7iele 'ara el Asoredor Figura 03 N=8ero de 'latos de uru#eo reales Figura 0/ Filtro &i'o Partículas Utili%ado en la des7idratación Figura - Interca8iador de "alor del &i'o &uo "arca%a Figura 0 E,ecto del gas de des'o#a8iento en el &EG Figura Diagra8a de ,lu#o de una 'lanta de des7idratación con &EG Figura ( Es:ue8a de la Planta Des7idratadora Orocual Figura * Planta de Des7idratadora con &EG Figura 1 Punto de rocío ,unción de la & de contacto ; conc del &EG Figura 4 Diagra8a de Mc "ae &7iele9 seg=n Nor8ati6a PDJSA Figura 2 "a'acidad calorí,ica del &EG en ,unción de la & Figura 3 Siste8a de E:uilirio de &EG ; Gas Saturado Figura / Densidad de la solución &EG) agua Figura (- Jalores de la constante de e:uilirio 'ara el agua a a#a P Figura (0 Jalores de 'ara el &EG a a#a P Figura ( $e:ueri8iento "alorí,ico en el Precalentador de Glicol $ico Figura (( Es:ue8a de un 'roceso de des7idratación de gas natural Figura (* onas de un 'roceso de des7idratación 'or adsorción Figura (1 Muestra "o8ercial de Silica Gel Figura (4 Estructura de un &a8i% Molecular Figura (2 "alores es'ecí,icos de los 7idrocaruros en estado gaseoso Figura (3 "alor es'ecí,ico de 7idrocaruros en estado lí:uido Figura (/ Des7idratación del gas con ta8ices 8oleculares Figura *- Des7idratación de Gas con &a8ices Moleculares
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-03 -0/ -1 -4 -( -(( -(* -(/ -*0 -4 -43 -4/ -2-2 -2( -21 -24 -23 -30 -3 -3* -31 -33 -/0 -/4 -/2 0-0-0 04 0(0(2 0*0*1 010 01 014 01/
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Proceso de Deshidratación del Gas Natural. >a des7idratación del gas natural se de,ine co8o la etracción del agua :ue esta asociada9 con el gas natural en ,or8a de 6a'or ;o en ,or8a lire. >a 8a;oría de los gases naturales9 contienen cantidades de agua a la 'resión ; te8'eratura los cuales son etraídos del ;aci8iento. En general9 se 'uede se?alar9 :ue el contenido de agua o 6a'or de agua en el gas9 así co8o el contenido de 7idrocaruros condensales ante un au8ento de 'resión o dis8inución de te8'eratura9 resultan incon6enientes 'ara la conducción del gas 'or tuerías ;a :ue 'ro6ocaría ostrucciones de i8'ortancia Es 'or ello :ue el gas natural dee ser so8etido a un 'roceso de des7idratación ; de etracción de gasolina. >a des7idratación del gas natural corres'onde ta8i+n a la re8oción del agua en ,or8a de 6a'or ;o gas :ue se encuentra asociada con el gas desde el ;aci8iento. El 'roceso de re8oción del agua es necesario 'ara segurar una o'eración e,iciente en las líneas de trans'orte del gas natural. >a des7idratación se 'uede reali%ar 8ediante el uso de glicoles. >a re8oción del 6a'or de agua 're6iene la ,or8ación de 7idratos9 dis8inu;e el 'roceso de corrosión en las tuerías ; e:ui'os de trata8iento del gas natural9 ta8i+n 8e#ora la e,iciencia de los e:ui'os de trata8iento del gas natural9 tal co8o reduce la 'roducción de co8'onentes lí:uidos en las 'artes a#as de la línea. Algunos autores se?alan :ue la cantidad 8<i8a de agua en el gas de 6enta son * liras de agua 'or cada 8illón de 'ies c=icos nor8ales del gas K* l de aguaMMP"NL9 aun:ue si el gas ira a las 'lantas criog+nica la cantidad de agua 'er8itida es 8uc7o 8enor.9 tal co8o en este 'roceso el agua 'uede 'asar a la ,ase sólida.
ustificación del Proceso de Deshidratación! >a necesidad de des7idratar el gas natural9 se sustenta en e6itar la ,or8ación de 7idratos satis,acer los re:ueri8ientos de trans'orte de gas natural a los centros de distriución ; consu8o e6itar el congela8iento del agua en los 'rocesos criog+nicos ; e6itar el congela8iento del agua durante el trans'orte del gas natural. >as ra%ones 'rinci'ales de la i8'ortancia de la des7idratación del gas natural inclu;e! a.) El agua lí:uida ; el gas natural 'ueden ,or8ar 7idratos9 :ue son co8'onentes 'arecidos al 7ielo ; :ue 'ueden ostruir 6a des7idratación del gas natural antes del 'rocesa8iento criog+nico es 6ital 'ara 're6enir la ,or8ación de 7ielo en los interca8iadores de calor de a#a te8'eratura. 12
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>os 'untos se?alados9 'er8iten estalecer :ue la ra%ón 8os 7idratos de gas natural son co8'uestos sólidos cristalinos ,or8ados 'or la co8inación de gas natural ; agua a#o 'resión a te8'eraturas considerale8ente 'or enci8a del 'unto de congelación del agua. >a ,or8ación de 7idratos es 'ro'icia 'or la 'resencia de agua lire9 los 7idratos se ,or8aran cuando la te8'eratura este 'or dea#o del 'unto lla8ado te8'eratura del 7idrato. >a ,or8ación del 7idrato es co8=n8ente con,undida con la condensación. >a di,erencia entre a8as dee ser clara8ente entendida. >a condensación del agua del gas natural a#o 'resión ocurre cuando la te8'eratura esta en el 'unto de rocío o 'or dea#o del 8is8o a esa 'resión. El agua lire otenida a#o estas condiciones es esencial 'ara la ,or8ación de 7idratos9 ,or8ación :ue ocurrir< en el 'unto de te8'eratura del 7idrato o 'or dea#o de ese 'unto a esa 8is8a 'resión. Durante el ,lu#o de gas natural9 es necesario e6itar condiciones :ue ,aciliten la ,or8ación de 7idratos. Esto es esencial ;a :ue los 7idratos 'ueden atorar el ,lu#o9 líneas de su'er,icie ; otro e:ui'o. >a ,or8ación de 7idratos en el ,lu#o resulta en un 6alor 8enor de las 'resiones 8edidas de la oca del 'o%o. En un 8edidor de la tasa de ,lu#o9 la ,or8ación de 7idratos genera una a'arente tasa de ,lu#o 8as a#a. >a ,or8ación ecesi6a de 7idratos ta8i+n 'uede lo:uear co8'leta8ente las líneas de ,lu#o ; el ,unciona8iento del e:ui'o9 es 'or ello. la necesidad de 're6enir la ,or8ación de los 7idratos es o6ia9 es la 8anera 8
Procesos para e"itar la formación de hidratos . >a ,or8ación de 7idratos ocurre ,unda8ental8ente9 'or:ue la 7u8edad del gas al condensarse da origen a la ,or8ación de agua lí:uida9 la cual 8ediante la co8inación con los 7idrocaruros a a#a te8'eratura9 'roduce la ,or8ación de 7idratos9 lo :ue indica :ue9 co8o consecuencia de la ,uerte reducción de 'resión9 :ue 'uede ocurrir en las 6os 7idratos de gas natural son co8'uestos de inclusión :ue se ,or8an en 'resencia de gases de a#o 'eso 8olecular ; agua9 a altas 'resiones ; a#as te8'eraturas9 :ue 'ueden lo:uear gasoductos ; oleoductos9 'or lo :ue es deter8inante conocer ; desarrollar 8odelos ca'aces de 'redecir las condiciones a#o las cuales se ,or8an los 7idratos a ,in de 're6enirlos. >os 7idratos del gas natural ,ueron descuiertos 'or Sir Hu8'7re; Da6; en 030-9 sin e8argo9 ,ue 7asta el a?o 0/(* cuando Ha88ersc78idt re'ortó :ue los 8is8os se 'ueden ,or8ar en tuerías durante los 'rocesos de 'roducción ; trans'orte del gas natural9 ostru;endo el ,lu#o de gas ; ocasionando ele6adas caídas de 'resión a lo largo de las 8is8as. Es de 7acer notar :ue el 'roceso de ta'ona8iento de las tuerías a causa de la ,or8ación de 7idratos9 toda6ía no 7a sido resuelto9 ;a :ue 'ara solucionar los 'role8as es 13
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necesario reali%ar estudios con un alto grado de 6eracidad9 de tal ,or8a de 'oder dar solución a la ,or8ación de 7idratos9 antes :ue estos se ,or8en. >os 7idratos de gas natural re'resentan una clase de co8'uestos conocidos co8o co8'uestos de inclusión o clatratos9 de ,or8a general9 los 7idratos del gas natural son sustancias :uí8icas :ue se ,or8an cuando co8'onentes de a#o 'eso 8olecular se encuentran en e:uilirio con agua a ciertas condiciones de 'resión ; te8'eratura. >as 8ol+culas de agua se enla%an a tra6+s de 'uentes de 7idrógeno 'er8itiendo la ,or8ación de estructuras cristalinas :ue contienen ca6idades ca'aces de alo#ar 8ol+culas de gas ; estaili%an así la estructura 8ediante ,uer%as de 6an der aals. Para lograr la ,or8ación ; estailidad adecuada del 7idrato9 son necesarias ciertas condiciones9 entre ellas! >a co8inación adecuada de 'resión ; te8'eratura. >a ,or8ación de 7idratos se ,a6orece a a#as te8'eraturas9 a'roi8ada8ente entre 21 ; 31 ; a altas 'resiones9 las cuales 'ueden ir desde 1-- 7asta 00--- Pa A 8edida :ue la 'resión au8enta9 la te8'eratura de ,or8ación ta8i+n au8enta. >a ,or8ación de 7idratos ocurre sie8're9 :ue el gas natural contenga agua9 ; esta a su 6e% se condense dentro de la tuería ; otros reci'ientes9 :ue sir6an de trans'orte del gas9 si ocurre la ,or8ación de 7idratos se 'ueden causar gra6es 'role8as o'eracionales a las 'lantas de trata8ientos de gas natura9 ;a :ue los 7idratos reducen el es'acio en la tuería de trans'orte9 ade8os 7idratos son co8'uestos cristalinos lan:uecinos9 'arecidos a la nie6e9 ; :ue se ,or8an 'or la reacción entre los 7idrocaruros li6ianos o gases a co8'osición de los 7idratos9 'or lo general es 0-@ de 7idrocaruros ; /-@ de agua. >a gra6edad es'ecí,ica de los 7idratos anda 'or el orden de -9/3 ; ,lotan en el agua 'ero se 7unden en los 7idrocaruros lí:uidos. En ,or8a teórica se se?ala9 :ue 'or e#e8'lo una 8ol+cula de Metano9 'uede reaccionar 7asta con 3 8ol+culas de agua9 'ara ,or8ar un 7idrato de 8etano. >a ,or8ación de 7idratos en el gas natural9 ocurre sie8're :ue 7a;a agua lire ; se en,ríe el gas 'or dea#o de la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos .>o lógico sería estalecer las nor8as 'ara e6itar la ,or8ación de 7idratos. Uno de los correcti6os :ue se 'uede a'licar 'ara e6itar la ,or8ación de 7idratos es el a'licar 8etanol o 8onoetilenglicol9 con los cuales se a#a el 'unto de rocío ; se i8'ide la ,or8ación de 7idratos9 ; con ello se e6itan una gran cantidad de 'role8as o'eracionales >a ,or8ación de 7idratos se ,unda8enta en lo siguiente!
a.$ Condiciones Primarias. >as condiciones 'ri8arias de ,or8ación de 7idratos! %.$ &a'as temperatura El gas dee encontrarse a una te8'eratura igual o in,erior al 'unto de rocío del agua en el gas o en 'resencia de agua lire. (.$ Presencia de hidrocar)uros li"ianos *+o gases ácidos 14
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,.$ Gas con agua li)re o cerca del punto de roc#o- si el agua se encuentra cerca del 'unto de rocío9 eiste la 'osiilidad de condensación de la 8is8a. *.) Altas 'resiones a la te8'eratura de o'eración. ).$ Condiciones ecundarias! >as 'rinci'ales condiciones 'ara ,or8ación de 7idratos secundarias son! 0.) Altas 6elocidades de los ,luidos .) Presiones 'ulsantes o inestales (.) Fluidos so8etidos a cual:uier ti'o de agitación9 ; *.) Introducción del gas en un 'e:ue?o cristal de 7idratos
Factores *+o procesos /ue catali0an la formación de hidratos ! >os 'rinci'ales ,actores :ue ,a6orecen la ,or8ación de 7idratos del gas natural son! a.) >a 'resencia de agua lire9 ien sea en estado lí:uido o 6a'or ; de 7idrocaruros li6ianos u otros gases ca'aces de ,or8ar los 7idratos. .) Altas 6elocidades de gas9 así co8o ta8i+n la agitación9 ;a :ue 'er8ite un incre8ento del a unidad as 8ol+culas de gas :ue ocu'an las ca6idades interact=an ,ísica8ente con las 8ol+culas de agua :ue las rodean9 lo :ue 'er8ite la estaili%ación de la estructura
Predicción de la formación de hidratos ! &al co8o se 8ani,estó los 7idratos son co8'uestos :uí8icos de 7idrocaruros ; agua. &a8i+n 'ueden eistir 7idratos co8'uestos 'or "O9 HS ; agua lí:uida. >os co8'onentes del gas natural :ue 'ueden ,or8ar 7idratos en 'resencia de agua lí:uida son! 8etano9 etano9 'ro'ano9 isoutano9 "O ; HS. El nor8al utano no 'uede ,or8ar 'or sí solo el 7idrato9 'ero si contriu;e a :ue se ,or8e cuando se encuentra 8e%clado con los otros co8'onentes 8encionados del gas. Para e6itar la ,or8ación de 7idratos se re:uiere una 'resión ele6ada ; una te8'eratura a#a. A cada 6alor de 'resión corres'onde un 6alor de te8'eratura 'or dea#o de la cual 'ueden ,or8arse 7idratos si eiste 7u8edad. A 8a;or 'resión es ta8i+n 8a;or la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos. Por ello este incon6eniente es 8
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sustancias in7iidoras9 tales co8o el 8etanol9 estos son co8'uestos :ue i8'iden la ,or8ación de 7idratos. Es necesario ado'tar 8edidas tendientes a e6itar este 'role8a9 dado :ue dic7os 7idratos a,ectan el nor8al ,unciona8iento de la instalación .Para ello se ad8ite la utili%ación de dos 8+todos ue son In;ección de 7idratantes ; "alenta8iento del Gas9 co8'onentes :ue e6itan la ,or8ación de 7idratos. En la ,igura 0 se 'resenta estructura cristalina de un 7idrato del gas natural
Figura % 1structura Cristalina de la Formación de un 2idrato
En lo :ue res'ecta a los 7idrocaruros condensales9 ellos se etraen en ,or8a de gasolina ; gas licuado9 en 'lantas es'eciales :ue 'ueden utili%ar di6ersos 'rocesos9 tales co8o co8'resión ; en,ria8iento9 asorción con :ueros+n9 etc. >a ,or8ación de 7idratos en el gas natural ocurrir< si eiste agua lire ; se en,ría 'or dea#o de la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos.
Cálculo de las condiciones para la formación de hidratos! Predecir la ,or8ación de 7idratos es de gran i8'ortancia9 'ara la e,iciencia de una gran cantidad de 'rocesos9 a los :ue es so8etido el gas natural. &al9 co8o se 7a 8encionado la ,or8ación de 7idratos en el gas natural eistir< sie8're9 :ue 7a;a agua lire ; la te8'eratura del gas se en,ríe 'or dea#o de la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos9 es decir :ue el agua lire en ,or8a de 6a'or se condense. >a condición necesaria 'ara :ue eista la 'osiilidad de :ue un gas natural ,or8e 7idratos9 es :ue eista agua lire en el siste8a. Eisten 6arios 8+todos 'ara el ca te8'eratura ; 'resión a las cuales ocurre la ,or8ación de 7idratos 'uede 'redecirse en ,or8a gr<,ica9 co8o ta8i+n se 'uede deter8inar a tra6+s de ecuaciones 8ate8
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T FH
= 1,57206( P 0,8606 −0,0474 ln P )
K0L
En donde! KPL es la 'resión del siste8a en Kl'caL En las situaciones donde los c
1'ercicio %. Deter8inar la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos9 de una 8e%cla de gas natural9 :ue tiene una 'resión de (.--- Kl'caL. A'licando la ecuación K0L se otiene :ue la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos de la 8e%cla son 2*F ).$ so de las constantes de e/uili)rio "apor$ sólido ( K V S ) ! Este es uno de los 8+todos 8
n
∑ K i =1
K V − S
n
Y V − S
=
= 1,0 R ∑ X
KL
i =1
Y
K(L
X S
Donde. K Q L es la ,racción 8olar de los 7idrocaruros ; del "- ;o H S9 ( K V S ) es la constante de e:uilirio 6a'or) sólido K>os 6alores de constantes de e:uilirio 'ara los co8'onentes del gas con ca'acidad 'ara ,or8ar 7idratos9 se 'uede encontrar en una serie de gr<,icos9 los cuales se encuentra en la literaturaL! ; K SL es la ,racción 8olar en la ,ase sólida de los 7idrocaruros ; del "- ; o H S Kase secaL. >a ecuación KL se 'uede utili%ar 'ara deter8inar la 'resión9 ; con el 6alor de la 'resión encontrar la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos a tra6+s de la ecuación K0L −
1'ercicio (! "alcular la 'resión de ,or8ación de 7idratos de una 8e%cla gaseosa :ue se 'resenta en el cuadro0. Para la solución de este e#ercicio9 se dee de asu8ir la 'resión9 ; uscar en las ,iguras los 6alores de la constante de e:uilirio (( K V S ) 9 ; des'u+s oser6ar si se cu8'le la ecuación KL9 si la ecuación se cu8'le se asu8e :ue el 6alor de la 'resión asu8ido esta correcto. >os resultados se 'resentan en el cuadro K0L. −
En 6ista :ue se cu8'le la ecuación KL9 se asu8e :ue la 'resión de ,or8ación de 7idratos 'ara la 8e%cla es (--- l'c89 luego la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos9 'ara esa 8e%clas de gas natural alcan%a un 6alor de ** F9 'or lo tanto es una te8'eratura ien a#a9 ; dee ser 8u; ,
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"o8'onente "0 " "( i"* n"* N "- &otal
FM -923* -9-4-9-(4 -9--1 -9-0/ -9-/* -9-- 09---
K V − S K(--l'c8L
Y / K V − S
9-*-92/-900( -9-*4 -90-9--(9---
-9(3*( -9-24-9(034 -90-32 -9-/-1 -9---2 -9/3
c.$ tili0ación de gráficos para determinar la temperatura de formación de hidratos! Una de las ,iguras :ue se utili%a 'ara 'redecir la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos es la der Mc etta) ee9 la cual se 'resenta en la ,igura con la te8'eratura ; 'resión se 'redice la ,or8ación de 7idratos. Figura ( Contenido de agua en los hidrocar)uros- seg5n 6c 7etta$ 8e)e
>a ,igura 'er8ite esti8ar las condiciones de 'resión ; te8'eratura a las cuales di,erentes gases9 :ue contengan agua en estado de 6a'or 'odrían ,or8ar 7idratos. 18
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>a línea de ,or8ación de 7idratos en la ,igura se encuentra ,uego si se re:uiere deter8inar la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos de una 8e%cla de gas natural9 se usca en la línea ro#a9 ; con eso se sae la te8'eratura de riesgo de ,or8ación de 7idrato. Eisten en la literatura otras gr<,icas9 :ue 'er8iten estalecer la te8'eratura ; 'resión de ,or8ación de 7idratos9 co8o e#e8'lo de ello se 'resenta la ,igura (9 :ue re'resenta la cur6a de 8a;or utilidad 'ara 'redecir la ,or8ación de 7idratos.
Figura , Cur"a de 9P$3: para predecir la formación de hidratos
>a ,igura ( desglosa la gra6edad es'ecí,ica del gas9 en ,unción de la 'resión en liras 'or 'ulgadas al cuadrado asoluta Kl'caL9 :ue en la gr<,ica se uica en el Te#e de las TQ. Mientras :ue en el Te#e de las T a'arece la te8'eratura en KFL En la ,igura en n=8ero K0L Indica el uego si se esta traa#ando con un gas :ue tenga una gra6edad es'ecí,ica al aire de -92. En estas circunstancias9 en la ,igura ( se deter8ina :ue la 8e%cla gaseosa co8en%ar< la ,or8ación de 7idratos a 6alores de te8'eratura 8enores a 2- F ; 'resiones 8a;ores a /- l'ca El n=8ero KL de la ,igura ( re'resenta el
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8is8o gas anterior no ,or8ar< 7idratos a una te8'eratura 8a;or de 2-F ; 'resiones 8a;ores a /- l'ca Por e#e8'lo9 si una 8e%cla de gas natural esta so8etido a la 'resión de 0--- l'ca ; te8'eratura de 0--F9 no corre riesgos de ,or8ación de 7idratos9 8ientras se 8antengan las condiciones o'eracionales de 'resión ; te8'eratura9 en ese rango. >uego la =nica ,or8a de ,or8ación de 7idratos dee de ocurrir9 sin ca8ios en la te8'eratura ; 'resión a 6alores del 'unto K0L de la ,igura (
d.$ 6odelos emp#ricos utili0ados para la predicción de condiciones de formación de hidratos del gas natural! >os 8odelos e8'íricos se asan en correlaciones o 8+todos gr<,icos sencillos de 8ane#ar :ue 'er8itan otener esti8ados iniciales de las condiciones de ,or8ación de 7idratos9 ; son! %.$6odelos emp#ricos composicionales. Estos 8odelos de'enden directa8ente de la co8'osición del gas 'uro o 8e%cla de gases a tratar. Se distinguen los de'endientes e inde'endientes de la gra6edad es'ecí,ica. ;os modelos dependientes de la gra"edad espec#fica Estos son los 8odelos desarrollados 'or erge K0/34L9 Sloan Koa;as7i et al. 0/32L9 ; Motiee K0//0L. En los 8odelos se distinguen dos ecuaciones e'lícitas en te8'eratura seg=n el rango de gra6edad es'ecí,ica de la 8e%cla gaseosa. Se reco8ienda la a'licación de a8as ecuaciones 'ara te8'eraturas co8'rendidas entre 2(9 ; //93 ; 'resiones entre 24 ; (-((2 Pa. >a ecuación es 6
γ − 0,555 [ + G 80,61 P + 96,03 − 25,37 ln P + 0,64(nP ) 2 ] 0,025 Para gra6edad es'ecí,ica entre -913- ; 09--- Kecuación 1L T = −96,03 − 25,37 ln P + 0,64(ln P ) 2
−1 1,22 x103 1,71 x103 15,18 4 4 − 1,23 x10 + T = 80,61 P − 2,1 x10 − P + 260,42 + γ − 0,535 − − γ 0 , 535 γ 0 , 509 G G G 6odelos independientes de la gra"edad espec#fica Estos de'enden ,unda8ental8ente de la 'resión ; te8'eratura. El 8odelo de "arson ; at%9 0/*9 :ue ta8i+n se deno8ina 8odelo de )6alores9 el 8odelo asu8e :ue la unidad a constante de e:uilirio 6a'or)sólido se de,ine9 tal co8o se 'resenta en la ecuación K(L9 la cual 'uede ser esti8ada de ,or8a e8'írica de la siguiente 8anera! Para el 8etano 15,38 15,38 K VS −C 1 = 1,0 − 0,014 + [54,81 − 21,37 ln P + 2,95(ln P ) 2 ] + 0,014 + T K4L P P Para el etano! −
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K VS −C 2= exp − 29,91 +
K2L
2779,25 P
−
60251,4 ( 6,94− 471,93 / P ) T P 2
Para el 'ro'ano!
= −0,094 +
K VS −C 3
21,76 P
−
4039,38 P 2
+
2,44 x10 3 P 3
K3L
Para el Iso utano9 'ara P ≤ 4,1MPa K VS −iC 4
6,99 x10 −3 0,74 1,88 −6 = − 2,22 x10 + + 2 exp T 0,14 + P P P
K/L
Para el Isoutano9 'ara P ≥ 5,5 MPa K VS −iC 4
= 6,66 x10 −6 exp[ 4,72 x10 −4 P ] exp[T (0,16 − 1,24 x10 −5 P ]
K0Para el Isoutano9 'ara
4,1 ≤ P ≤ 5,5 KMPaL
ecuación K00L
P − 600 = 1,15 x10 −5 exp(0,146T ) + [9,72 x10 −6 exp(0,146T ) − (1,15 x10 −5 ) exp(0,146T )] 200 Para el n)utano9 'ara PR ≤ 4,1MPa K VS − iC 4
K VS − nC 4
= 0,25 − 1,7 x10 −3 P +
6,85 x10 −4
+ 3,34 x10 −5 P T
K0L Para el N)utano9 Para P ≥ 4,8 MPa K VS − nC 4
= 1,67 − 0,092T + 1,25 x10 −3 T 2
Para el n)utano9 'ara
K0(L
4,1 ≤ P ≤ 4,8 MPa
P − 600 = −0,768 + 1,93 x10 −2 T + [ 2,44 − 0,11T + 1,25 x10 −3 T 2 ] 100 K0*L Para el dióido de carono la constante de e:uilirio 6a'or) sólido se re'resenta 'or la! Ecuación K01L 194,99 1,08 x10 3 269,82 2,38 x10 6 K VS −C 02 = −0,025 + / [T ( −57,03 − 4,99 x10 3 P ) ] − + − 4,29 + − 2 2 P P P P Para el Nitrógeno K VS − nC 4
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K VS − N 2
= 0,823 +
530,65 ( P − 478,637)
K01L
Una 6e% otenido el 6alor de la constante de e:uilirio 6a'or)sólido de todos los co8'onentes 'resentes en la 8e%cla se 6eri,ica si se cu8'le la ecuación KL9 ; con ello se otiene la 'resión de ,or8ación de 7idratos ; con ello la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos 'ara la 8e%cla.
Inhi)ir la formación de hidratos! >as estrategias 'ara in7iir los 7idratos general8ente consisten en 8odi,icar una o 6arias de las condiciones necesarias 'ara su ,or8ación a ,in de desestaili%ar el 7idrato9 entre ellas se encuentran! a.$Control de temperatura . Uno de los 8+todos 8os 8is8os se a?aden en concentraciones relati6a8ente altas9 a'roi8ada8ente entre 0- ; 4-@ en 'eso en ,ase acuosa >os in7iidores de este ti'o 8
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de8andado deido a su e,ecti6idad ; a#os costos el 8onoetilenglicol KMEGL9 así co8o ta8i+n algunas sales inorgos 8is8os act=an dis8inu;endo la ,ugacidad del agua en sus ,ases coeistentes9 lo :ue 7ace :ue el 7idrato se ,or8e a te8'eraturas 8enores ; 'resiones 8a;ores.
(.$Inhi)idores cin>ticos. Este ti'o de in7iidores no altera la ter8odin<8ica de ,or8ación del 7idrato9 'or el contrario9 8odi,ica la cin+tica de ,or8ación ; se asa en la in;ección de 'roductos :uí8icos a ase de 'olí8eros. Su e,ecto de'ende del tie8'o de residencia9 'ues los 7idratos se ,or8ara cantidad 1)2 l de H - MM P"N9 es 6o :ue signi,ica :ue el ,luido traa#ara a te8'eratura 'or enci8a de ( F sin :ue se 'rodu%ca condensación del agua. El 'unto de rocío del agua es la te8'eratura a la cual se condensa el agua9 a una 'resión 're6ia8ente estalecida9 'unto de rocío :ue 'er8ite :ue el agua en ,or8a de 6a'or se condense 7acia la ,ase lí:uida9 antes de la te8'eratura 're6ia8ente estalecida9 'ara :ue el 'roceso se realice con un alto grado de e,iciencia. 23
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).$ 1"itar la congelación del agua en los procesos criog>nicos. "uando el gas ser< utili%ado en los 'rocesos criog+nicos. >a nor8a 6uego en estos casos la cantidad de agua 'er8isile en el gas dee de ser 8uc7o 8enos. c.$ 1"itar la congelación de agua durante el transporte del gas "uando el gas natural contiene agua9 :ue se condensa dentro de las tuerías :ue lo trans'ortan9 se ,or8an 7idratos9 en 6ista :ue 7a; una reacción directa sore todo entre los 7idrocaruros 8o nor8al es :ue el ingeniero analice las condiciones de ,or8ación de 7idratos ; a'li:ue los correcti6os a tie8'o9 'ara e6itar la ,or8ación de 7idratos. Ade8a 8agnitud de la e'losión de'ender< de la cantidad de agua :ue llegue a la caldera ; de la te8'eratura a la :ue se encuentren9 'ero desde luego 7ar< 'role8as o'eracionales9 :ue 'ueden ser e6itados. Determinación de la cantidad de agua en el gas natural El contenido de 7u8edad in,lu;e en las 'ro'iedades ,ísicas de un co8'onente :uí8ico9 ta8i+n in,lu;e en el 'eso9 en la densidad9 en la 6iscosidad9 el índice de re,racción9 la conducti6idad el+ctrica ; en 8uc7as otras. Para deter8inar el contenido de agua se utili%an t+cnicas :uí8icas9 ter8ogra6i8+tricas o de desecación. El contenido de agua tiene una ,uerte in,luencia en el 'roceso de al8acena8iento 'ro'iedades de ,lu#o9 6iscosidad9 'ero seco9 concentración o 'ure%a9 grado co8ercial9 etc. El contenido de agua en el gas natural es una ,unción de la 'resión ; te8'eratura9 tal co8o se oser6a en la ,igura * ; 1. En la ,igura * se 'resenta una relación del contenido de agua en el gas natural en ,unción de la 'resión. >a ,igura se relaciona con la te8'eratura e'resa en KFL9 la cual se 'resenta en el Te#e de las T9 8ientras :ue el contenido de agua en liras de agua 'or 8illón de 'ies c=icos nor8ales de gas se re'resenta en el TE#e de las TQL. &al9 co8o se oser6a en la ,igura * el contenido de agua dis8inu;e a 8edida :ue la 'resión au8enta9 ; esto dee de ser de esta ,or8a9 ;a :ue a 8edida :ue la 'resión incre8ente su 6alor 7a; 8a;or 'osiilidad :ue el agua se condense9 'or lo tanto dee de dis8inuir el contenido de agua en ,or8a de 6a'or o gas Figura 4 Contenido de agua en el gas natural en función de la presión
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En la ,igura 1 se 'resenta la relación del contenido de agua en el gas natural9 co8o una ,unción de la te8'eratura. A:uí en el Te#e de las T se coloca a 'resión en Kl'caL9 8ientras :ue en el Te#e de las VQ se e'resa el contenido de agua en el gas en l de agua MMP"NL. &al co8o se oser6a en la ,igura el contenido de agua en el gas natural se incre8enta a 8edida :ue au8enta la te8'eratura. Esto e'lica9 el 'or:ue cuando dis8inu;e la te8'eratura el contenido de agua en el gas natural dis8inu;e9 ;a :ue 'uede 7aer condensación del agua. El gas natural 'lantea una situación =nica 'uesto :ue 'uede tener ni6eles 8u; altos de conta8inantes sólidos ; lí:uidos así co8o los corrosi6os en concentraciones :ue 6arían. >as 8edidas del agua se 7acen en 'artes 'or 8illón9 o en liras de agua 'or 8illón de 'ies c=icos estas 8edidas de la 7u8edad en gas natural se reali%an tí'ica8ente con una de las t+cnicas siguientes!
a.$ 3u)os del indicador del color . Este es un dis'ositi6o :ue se usa en 8uc7as tuerías del gas natural 'ara una 8edida r<'ida ;
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>os tuos se utili%an una 6e% ; se desec7an. Un ,aricante calira los tuos9 'ero 'uesto :ue la 8edida se relaciona directa8ente con el tie8'o de la e'osición9 caudal9 ; la t+cnica etracti6a9 es susce'tile al error. En la 'ros tuos del indicador del color est
).$ 1spe'os enfriados "uando ,lu;e el gas una su'er,icie en,riada condensar< la 7u8e 7u8eda dad d en ella ella.. El 6alor 6alor eact eacto o de la te8' te8'er erat atura ura en cua te8'eratura de este es'e#o se reduce al 'unto 8a te8'eratura del es'e#o es controlada controlada 'or el ,lu#o de un re,rigerante re,rigerante sore el es'e#o o usando a re,rigerador re,rigerador ter8oel+ctrico9 ; con ello se 'uede deter8inar el contenido de agua o 7u8edad :ue esta 'resente en el gas. c.$ Aido sensor . Este e:ui'o se co8'one de un 8aterial inerte ; dos ca'as de un sus sustr trat ato o diel+c diel+ctr tric ico9 o9 una de las las cuales cuales es sensi sensil le e a la 7u8e 7u8eda dad. d. >a 7u8edad 7u8edad de las 8ol+culas 8ol+culas 'ase a tra6+s de los 'oros en la su'er,icie su'er,icie ; cause un ca8io a una característica ,ísica de la ca'a dea#o de ella.
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d.$ 1spect 1spectros roscop copia ia de a)sor a)sorció ción n! Este es un 8+todo relati6a8ente si8'le9 donde se 7ace 'asar la lu% a tra6+s de una 8uestra del gas ; de 8edir la cantidad de lu% asorida en la longitud de onda es'ecí,ica. >as t+cnicas es'ectroscó'icas tradicionales no 7an sido acertadas en 7acer esto en gas natural 'or:ue el 8etano asore la lu% en las 8is8as regiones de la longitud de onda :ue el agua. Pero si se utili%a un es'ectró8etro 8u; de alta resolución9 es 'osile encontrar algunos 'icos del agua :ue no sean trasla'ados 'or otros 'icos del gas. >a cantidad de agua :ue los 7idrocaruros gaseosos 'uedan trans'ortar se 'uede deter8inar con E:ui'o deno8inados Medidores del Punto de $ocío. Aun:ue este 'ar<8etro no 7ace la di,erencia entre 7idrocaruros lí:uidos ; agua 'ro'ia8ente tal. >a 'resión ;o te8'eratura del gas natural incide en la cantidad de agua :ue 'ueda retener. Si9 'or e#e8'lo la 'resión es constante9 a 8edida :ue se en,ría un 6olu8en dado del gas9 su ca'acidad de retención de agua dis8inu;e. "o8o es saido la des7idratación del gas natural #uega un 'a'el i8'ortante en la 'roducción de gas natural. Una des7idratación e,ecti6a 're6iene la ,or8ación de 7idratos ; la acu8ulación de agua en los siste8as de trans8isión. >o nor8al es :ue el gas natural9 tal co8o se etrae de los 'o%os9 6enga cargado de agua9 la cual suele estar 'resente en estado gaseoso #unto con los otros co8'onentes :ue integran la 8e%cla de 7idrocaruros. >os ca8ios de 'resión ; te8'eratura :ue e'eri8enta el ,luido 7acen :ue el agua se de'osite en ,or8a lí:uida en las tuerías :ue se utili%an 'ara trans'ortarlo. Así9 cuando el gas est< cargado de agua9 es decir esta saturado 'roduce de'ósitos de'ósitos de lí:uido lí:uido al dis8inuir dis8inuir la te8'eratura. te8'eratura. Un as'ecto as'ecto :ue suele co8'licar co8'licar cual:uier o'eración de des7idratación del gas natural es tener la asoluta claridad de cuanto 6olu8en de agua9 en estado de 6a'or9 'uede estar dis'ersa en el gas natural. Se dis'one de una serie de 7erra8ientas 'ara deter8inar el contenido de agua en el gas natural entre las cuales estas correlaciones e8'íricas de uace9 a%in ; Ning9 las correlaciones gr<,icas de Mcetta ; e7e9 de at% ; "7art Maddo "a8'ell "a8'ell ; otros. El conoci8iento conoci8iento eacto del co8'orta8ient co8'orta8iento o de la ,ase en el siste8a agua) gas es crucial 'ara el dise?o ; o'eración de tuerías de gas natural ; ,acilidades de 'roducción 'rocesa8iento. En general9 esto es deseale 'ara e6itar la ,or8ación de agua condensada 'ara reducir el riesgo de ,or8ación de 7idratos o 7ielo9 corrosión ; 'role8as de ,lu#o de ,ases. &odos ocasionan gra6es 'role8as o'eracionales.
a.$ Correlación de &uBacer El contenido de agua en el gas dulce se 'uede deter8inar9 a tra6+s de la correlación de $ uace. Esta correlación 'er8ite deter8inar el contenido de agua en el gas natural9 7asta 6alores de 'resión de 0-.--- Kl'caL9 ; 6alores de te8'eratura :ue oscila entre K)*- ; 7asta (-FL. >a ecuación 'ro'uesta 'or el autor es! W =
A P
+ B
K04L
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En la ecuación K04L ! KL re'resenta el contenido total de agua en el gas dulce en Kl de aguaMMP"NL KPL es la 'resión en Kl'caL9 KAL es una constante :ue de'ende de la te8'eratura9 ; re'resenta el contenido de agua en el gas en condi condici cion ones es idea ideale les9 s9 8ien 8ientr tras as :ue :ue KL KL es una una const constant ante e :ue :ue de'e de'end nde e de la te8' te8'era eratu tura ra ; re're re'rese sent nta a al 6alo 6alorr del del cont conten enid ido o de agua agua a las las condi condici cione oness o'eracionales9 ; de'ende de la co8'osición del gas natural. A8os 6alores se deter8inan a tra6+s de correlaciones 8ate8
P V
K02L
P
En donde! KP JL es la 'resión de 6a'or ; KPL es la 'resión. >a ecuación da 6alores 8ediana8ente 'recisos 7asta una 'resión de -- Kl'caL. uace sugirió una ecuación relati6a8ente si8'le9 'ara deter8inar el contenido de agua o contenido de 7u8edad en un gas natural! W = 47484
log B
P V
+ B
K03L
− 3083,87 + 6,6949 459,6 + T
K0/L
P
).$ Correlación de 7a0in . Este autor 'ro'uso una correlación analítica 'ara deter8inar el contenido de agua en el gas natural. >a ecuación tiene su 6alide% 7asta una te8'eratura de 03-F ; una 'resión :ue oscila entre (-- ; 0-- l'ca9 la ecuación 'ro'uesta es! K-L W = AxB T En donde !K& L es la te8'eratura en KFL KPL es la 'resión en Kl'caL ; KA ; L son 6ariales :ue est
P − 350 A = ∑ a i 600 i =1 4
P − 350 B = ∑ bi 600 i =1 n
i −1
K0L
i −1
KL
>os 6alores de de KaiL ; KiL en ,unción de la K&L se 'resentan en el cuadro ( Cuadro ( Constantes de <. &uBace7
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&KFL
A
&KFL
A
29
&KFL
A
30
444 2 23 3* //4 0- 0-3 00* 004 0( 0(3 0** 01014 04 043 02* 03034 0/ 0/3 -* 004 3 (* * *3 1* 4((3**-
0-01--031-1-2*-((-(//-*2/-120-42/-3-*-/*2-000--0(---01--022---1--(4--2--(0--(12--*-2--*4(--11--1/*--420--211*-3*3--/1---0-4---0(---0(2---01---043---*4---/(----030-----
1922 492* 2931 /900 0-91090*9-049039(-9/ (9249/ (-9((*9(391*(9*39*1*904-9(42902*93392/09*0-09-0009-09-0(*9-0*39-049-0229-0/39-049-(19-119-1*(9-0-/-90(-9-
4 43 2* 334 / /3 0-* 00004 0 03 0(* 0*0*4 01 013 04* 02024 03 033 0/* --4 0 03 * ((4 ** 114 3(**-*4-
0(0-040-0/2-*0-/-(1(-**-1-3-4-1-203-3*/-0----002--0(2--04---034--01--*3--31--(4--(2--*1--*3(--1*2--40/--4/---231--330--/32--00*---02---0*---012---(*---140---002---------
49-3 290391 /912 00900920*9304920/90093 *9239(094 (194*-9-**9/1-914904914/912293193/*930-*9-0019-049-0(/9-019-0449-0329--*9-9-*9-(((9-4/9-0(4-911-9-
4* 224 3 33 /* 0-0-4 00 003 0* 0(0(4 0* 0*3 01* 04044 02 023 03* 0/0/4 - -3 0* 4 ( **4 1 13 (-(4*-
0*--02-00-12-(00-(21-*10-1(/-4*0-24--3/2-0-4--0*--0**--043--0/1--1--1/--/3--(*0--(/---**(--1-*--12---4**--21--303--/01--0----00/---0(---0*2---04(---(03---22---0*2-----
49*0 2902 3942 0-9-00940(9(019(0291-992194 /90(9/(29*094*4941901394*9329-2/9/339*/2920039-00/9-0(-9-0*(9-0129-0209-0/9-0-9/9-*39-*(-9-34/9-02--9-
c.$ Correlación de Ning . Este autor dedu#o una ecuación de correlación e8'írica 'ara deter8inar el contenido de agua en el gas natural9 ; :ue se re'resenta de la siguiente ,or8a! ln W = ao
+ aiT + a2T 2 K(L Cuadro , alores de las constante de la correlación de 7a0#n T < 100 F 100 ≤ T ≤ 180F "onstante 30
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a1 a2 a3
a4 b1
b2 b3 b3
*9(* 09(1/0 )493(/ (9/1*-2 09-(224 )-9-341 -9-*0/3 )-9-0/*1
0-9(3021 )(9*0133 )29/(322 193*/1 09-42* )-9-0(1 -9-(0( )-9-0011
En la ecuación K(L K&L es la te8'eratura Ka o a0 ; a(L son constante :ue se 'resentan en el cuadro *. >a ecuación K(L es 6
Cuadro 4 alores de las constante de la correlación de Ning ao ao a1 a1 a 2 0-)* PKl'caL PKl'caL 01 )(-9-2 -904(* )092* 21 )49/-90( / )2913 -90*(1 )09*( 32)190 -9003 ** )293* -90*1 )09* 004)49-( -9002 13 )29( -90(3( )09(2 0*1)19** -900(( 2( )490 -90(-/ )094 024 )94( -9-/2( 32 )1921 -9040 )090/ /-0 )90* -9-/*4 004 )290 -90((* )09/ *(10 )-9** -9-310 0*1 )49* -9043 )0913- )090( -9-330 03 )490( -90(2 )0901 21 )-91 -9-3(* /)*913 -900(( )09-0 32- )0/90 -9-22( *(1 )*922 -9003 )09-0 0-01( )-91-9-3*1 13)*92 -900)09-0 0*1-)-91-9-3(3
a 2 0-)*
)0904 )09- )09-/ )09-* )39*0 )3903 )29-( )29*1 )49/0 )4904 )290 )29-1
Correlaciones Gráficas! Estos 8odelos se ,unda8entan en la in,luencia :ue tiene el contenido de agua en el gas natural de la 'resión ; te8'eratura a.$ Correlación de 6cBetta * 8ehe . Esta correlación se ,unda8enta en la ,igura 9 ; durante 8uc7os a?os esta ,ue la ,igura :ue se utili%a 'ara deter8inar el contenido de agua en el gas natural >a ,igura 'er8ite deter8inar la cantidad de agua :ue 'ueda retener el gas natural saturado a di6ersas condiciones de 'resión ; te8'eratura En la ,igura se deter8ina9 :ue a una 'resión de 0--- Kl'caL ; te8'eratura de 0--F9 la cantidad de agua :ue contiene la 8e%cla gaseosa es 4- liras 'or cada 8illón de 'ies c=icos nor8ales de gas K4- l de aguaMMP"NL. En 8uc7os casos se solicita :ue esta cantidad de agua se e'rese en 'artes 'or 8illón de agua sore la ase del 6olu8en en el gas. Para9 la solución de esta interrogante astaría con con6ertir las liras de agua en 'ies c=icos de agua de tal ,or8a :ue se tengan 'ies c=icos de agua en un MMP"N de gas. Para9 ello se utili%a la
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densidad del agua9 :ue en el siste8a rita ,igura 'er8ite ta8i+n estalecer la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos. >a ecuación K0L indica :ue la 8e%cla corre riesgos de ,or8ación de 7idratos a la te8'eratura de 4( F. Si se relaciona este 6alor con la ,igura 9 la ,or8ación de 7idratos a 'artir de la te8'eratura de 4( F9 sería 6a 'redicción de la ,or8ación de 7idratos se 'uede reali%ar a tra6+s de la ,igura (9 ;a :ue es de gran utilidad 'oder 'redecir la ,or8ación de 7idratos9 de tal 8anera9 :ue se 'uedan estalecer las condiciones necesarias 'ara i8'edirlo. Para utili%ar la ,igura ( se 'uede 'artir de lo siguiente. Se asu8e9 'or e#e8'lo :ue la 8e%cla de gas natural tiene una gra6edad es'ecí,ica de -94-9 ; se desea e'andir el gas desde una 'resión de --- 7asta 0--- l'ca. Para :ue no ocurra ,or8ación de 7idratos 7a; :ue 'redecir el 6alor de la te8'eratura inicial9 es decir la te8'eratura antes de la e'ansión. En ,or8a gr<,ica se deter8ina9 :ue si la te8'eratura inicial ,uesen 0--F9 se corre el riesgo de :ue 7a;a ,or8ación de 7idratos9 ;a :ue se corta la te8'eratura9 donde se ,or8arían 7idratos9 luego 'ara e6itar esta ,or8ación la te8'eratura de inicio de la e'ansión tiene :ue reali%arse a 00-F. Esto se relaciona9 con :ue la dis8inución de te8'eratura en la e'ansión del gas de --- a 0--- l'ca9 es de a'roi8ada8ente *1 F9 luego si la te8'eratura inicial ,uese 11 F9 se estaría en un 6alor 8u; cercano a la te8'eratura de ,or8ación de 7idratos. >a dis8inución de la te8'eratura es un aconteci8iento :ue 7a; :ue 8antener ien claro9 en los trata8ientos del gas natural9 'ara e6itar los riesgos :ue 'uedan ocurrir 'or la ,or8ación de 7idratos ; :ue 7a;a ta'ona8iento de las tuerías. Desde9 luego se dee tener en cuenta9 :ue en las 'lantas de etracción del gas natural9 se traa#a a a#as te8'eratura con el o#eti6o de recu'erar los lí:uidos del gas natural K>GNL. >uego 'ara e6itar la ,or8ación de 7idratos9 es con6eniente ; reco8endale des7idratar el gas 7asta el contenido con6eniente de agua9 'ara e6itar la ,or8ación de 7idratos9 ; los gra6es da?os :ue ser
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).$ Correlación de Camp)ell. >a correlación gr<,ica de este auto se ,unda8enta en la ,igura 49 donde se 'uede deter8inar el contenido de agua en el gas natural en ,unción de la 'resión ; te8'eratura. Figura Contenido de apor de agua del Gas Natural al estar aturado
En 6ista :ue el contenido de agua otenido en la ,igura 49 no inclu;e el contenido de agua :ue se encuentra 'resente en los gases a ecuación 'ro'uesta 'or "a8'ell se 'resenta de la siguiente ,or8a!
= Y (GD ) xW (GD ) + Y ( DC )W ( DC ) + Y ( SH ) xW ( SH ) K*L Donde KL es el contenido total del agua en el gas natural en Kl de aguaMMP"NL KQKGDL es la ,racción 8olar del gas dulce KKGDL es el contenido W
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de agua en el gas dulce otenido en las ,igura o 4 KQKD"L es la ,racción 8olar del dióido de carono 9 KKD"L es el contenido de agua en el dióido de carono KQKSHL es la ,racción 8olar del sul,uro de 7idrógeno ; KKSHL es el contenido de agua en el sul,uro de 7idrógeno. Se su'one :ue los 6alores del contenido de agua en los gases a i8'ortancia de la ecuación K*L es :ue el contenido total de agua en el gas natural9 es una relación entre el contenido de agua en los gases dulces 8
Figura E Contenido de agua en C( saturado en 6e0clas de Gas Natural
>a cantidad de agua se e'resa en liras de agua 'or cada 8illón de 'ies c=icos nor8ales. >o :ue indica9 :ue si esta traa#ando en el Siste8a rit
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Para considerar9 si el gas a tratar ser< 7idratado o an7idro9 esta clasi,icación :ue se 7ace en relación al contenido de agua :ue tenga el gas. Para :ue el gas a tratar sea clasi,icado co8o 7idratado tiene :ue tener un 8íni8o de siete liras de agua 'or cada 8illón de 'ies c=icos nor8ales del gas K2 l de aguaMMP"NL Por e#e8'lo9 si el gas natural tiene una K&R0--FL ; una KPR(--- l'caL9 ; se sae :ue el contenido de gases a cantidad de agua :ue tiene el gas dulce9 seg=n la ,igura 4 es *- l de aguaMMP"N9 8ientras :ue la cantidad de agua n el dióido de carono9 ,igura 2 es 14 l de agua MMP"N sul,uro de 7idrógeno ,igura 3.es de 0*1 l de aguaMMP"N. >uego a'licando la ecuación se otiene :ue! KG&LR-9/((*-W-9-4114W-9--*10*1R*09*2 l de aguaMMP"N
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"on el contenido de agua9 se 'uede ,
= 0,087% 8olar de agua9 luego
>a 'resión 'arcial del agua en el gas ser< P ( agua )
= 3000 x 0,00087 = 2,62 Kl'caL
Una 6e% :ue se 7a;a otenido el contenido 'orcentual del agua en el gas natural se deen de 7acer las correcciones adecuadas a los 'ar<8etros9 :ue 7a;a :ue corregir 'or el contenido de agua.
c.$ Correlación de 6addoA . Este autor dedu#o una ecuación9 'ara deter8inar el contenido total del agua en el gas. Esta ecuación 'er8itió esti8ar los contenidos de agua en los gases
= ao + a1 log P + a 2 (log P ) 5
K1L
>os 6alores de las constantes a los di6ersos 6alores de te8'eratura se 'resentan en los cuadros 1 ; 49 'ara el dióido de carono ; sul,uro de 7idrógeno9 res'ecti6a8ente!
Cuadro ? alores de las constante para el dióAido de car)ono ao a2 &KFL a1 349-/-0 )91(/4 -9(*2 0-49032)9(22/ -9(0-( 0(490/1 )9-3-9*-0449031)093*/ -90(/ Cuadro alores de las constante para el sulfuro de hidrógeno ao &KFL a1 -9(--* a2 31903*2 )09/22 -9(-*4 0-19*3/4 )9-0-9((0/ 0(4904/* )9(* -9(4*4 044933(* )9*2(0 -9*( 29/22( )931/2 -9*3/2 3/923( )(9(2(
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Incidencia del contenido de agua en el gas natural ! Es de 6ital i8'ortancia tener asoluta claridad en cuanto al 6olu8en de agua9 en estado de 6a'or9 :ue 'uede estar dis'ersa en el gas natural9 ;a :ue solo saiendo la res'uesta se 'ueden estalecer los trata8ientos9 :ue se deen de a'licar al gas 'ara e6itar 'role8as 8a;ores9 8uc7as son las 'reguntas9 :ue se 'ueden 7acer en torno al contenido de 6a'or de agua9 en una corriente de gas natural9 'or e#e8'lo una de esas interrogantes es X"uuego la densidad se deter8ina 'or la ecuación! PxPM ρ G = K4L ZxRxT
ρ G
=
2000(lpa ) x 0,7 x 28,97 (lb )(lbmol )( R ) (lbmol ) x 0,81 x10,73(lpa )( pie 3 ) x 590( R )
= 7,91 lb 3 pie
>uego el caudal en condiciones de o'eración es! ϑ #P
=
1 x10 7 ( PCN )(lbmol ) x0,7 x 28,97(lb)( pie 3 ) ( !"a ) x379,63( PCN )(lbmol ) x7,91(lb) x1 x10 6
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= 0,067 MMPCD
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Este sería el caudal o'eracional del gas en la tuería9 'or lo tanto la tuería no esta trans'ortado 0- MMP"ND9 sino otra cantidad 8uc7o 8enor A7ora se su'one :ue ese caudal de gas :ue trans'orta la tuería es an7idro9 es decir no tiene agua. Xu+ 'asaría9 entonces si el gas :ue esta en la tuería no 7a sido des7idratadoY X"ua ,igura indica :ue a las condiciones de 'resión ; te8'eratura o'eracional el gas contiene 00 l de agua MMP"N. Utili%ando este 6alor se agua se 'uede deter8inar la co8'osición 'orcentual del agua. % H 2 0
=
112(lb ) aguax 379,63( PCN )(lbmol ) x100 1 x10 6 ( PCN ) x (lbmol ) x18,015(lb )agua
= 0,236
Esto indica :ue en 0-- Kl8olL del gas en la tuería 7a; -9(4 Kl8olL de 6a'or de agua9 si esta unidad se e'resar en 'artes 'or 8illón se diría :ue 7a; (4- 'artes 'or 8illón sore la ase del 6olu8en K(4- ''89 JL. Esto sería lo 8is8o decir :ue en un 8illón de 'ies c=icos nor8ales de esta 8e%cla de gas9 7a; (4- 'artes 'or 8illón de agua ; //24*- 'artes 'or 8illón del gas. Aun:ue ta8i+n se 'uede deter8inar el n=8ero de 8oles del agua ; el gas9 seg=n lo siguiente! n( agua )
n( ga$)
=
=
112(lb ) aguax (lbmol ) 18,015(lbmol ) agua
1 x10 6 ( PCN )(lbmol ) 379,63( PCN )
= 6,22(lbmol )
= 2634,14
Esto indica :ue 49 Kl8olL de agua est
Punto de uego9 entonces9 es la te8'eratura a la cual el 6a'or de agua 'resente alcan%a su 6alor 8<i8o o su condición de 'resión de saturación de 6a'or de agua con res'ecto al e:uilirio con una su'er,icie 'lana de agua9 7a; :ue tener en cuenta :ue aun:ue el 'unto de rocío sea e'resado co8o una te8'eratura esta correlacionado con la cantidad de 6a'or de agua en el aire9 ; 'or lo tanto no es de'endiente de la te8'eratura a8iente9 la te8'eratura de rocío es sie8're 8enor o igual :ue la te8'eratura a8iente. Para la cuanti,icación de la te8'eratura de rocío9 se 'ueden utili%ar 6arios 8+todos9 ; uno de los 8
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'ar<8etro :ue se utili%a 'ara e'resar la cantidad de agua :ue contiene un gas o esta 'resente en el a8iente.
Cálculo de la temperatura del punto de roc#o 93Puego si la K&P$L de'ende de la 'resión del gas9 la 8anera correcta de e'resar un resultado de una 8edición de K&P$L9 dee de incluir el 6alor de la 'resión a la :ue se reali%a la 8edición. En la industria del gas natural9 'or e#e8'lo9 donde el contenido de 7u8edad se deter8ina casi sie8're a las condiciones nor8ales de 'resión ; te8'eratura9 :ue en el siste8a rita K&P$L se 'uede deter8inar ta8i+n asu8iendo9 :ue 'ara una 8asa dada de aire9 con una deter8inada cantidad de 6a'or de agua9 :ue corres'onde a la 7u8edad asoluta9 luego la 7u8edad relati6a es la 'ro'orción de 6a'or contenida en relación a la necesaria 'ara llegar al 'unto de saturación9 e'resada en 'orcenta#e. "uando el aire se satura9 'ara lo cual la 7u8edad relati6a es igual al 0--@9 se alcan%a el 'unto de rocío9 ; se cu8'le la siguiente ecuación 8ate8
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TPR = 8
H R 100
− [112 + (0,9T )] + 0,1T ) − 112
K3L Donde! K&P$L R 'unto de rocío K&L es la te8'eratura en K" L ; KH $L es la 7u8edad relati6a. >a 7u8edad asoluta es la cantidad de agua 'resente en el aire 'or unidad de 8asa de aire seco. Mientras9 :ue la 7u8edad relati6a es la 7u8edad asoluta ; la cantidad 8<i8a de agua :ue ad8ite el aire 'or unidad de 6olu8en. Una 7u8edad relati6a de 0--@ signi,ica un a8iente en el :ue no ad8ite 8
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Si se considera :ue la 7u8edad relati6a KH $L es la ra%ón de la 'resión de 6a'or de agua 'resente en ese 8o8ento ( P Vagua ) 9 con res'ecto a la 'resión de saturación de 6a'or de agua K P SV ) a la 8is8a te8'eratura9 'or lo tanto9 la 7u8edad relati6a es de'endiente de la te8'eratura9 luego :ueda! H R=
P Vagua P SV
0--
K/L
>uego conociendo la 7u8edad relati6a ; la te8'eratura a8iente9 se 'uede deter8inar la K&P$L.>a 'resión de saturación de 6a'or de agua K P SV ) 9 'ara un inter6alo de K)*1 a W4-"L9 se calcula a tra6+s de la siguiente ecuación 8ate8
K(-L
17,62 − T = exp o ln(611,2) + 243,12 + T
Donde! K&L es la te8'eratura a8iente en K" L. Una 6e% deter8ina K P SV ) a la te8'eratura a8iente9 se otiene la 'resión 'arcial de 6a'or de agua ( P Vagua ) a 'artir de la 7u8edad relati6a ; :ueda! P Vagua
=
% H R 100
K(0L
xP SV
Qa antes se 8enciono :ue la te8'eratura del 'unto de rocío K&P$L es a:uella cuando a la 'resión 'arcial de 6a'or ( P Vagua ) 're6aleciente9 se logra la saturación ; consiguiente condensación de 6a'or de agua9 d
Des'e#ando K&P$L9 :ueda!
17,62 − TPR = expln(611,2) + 243,12 + TPR TPR
=
K(L
243,12 x ln( P Vagua ) − 1559,72 24,035 − ln( P Vagua )
K((L En 6ista :ue la 'resión de saturación de 6a'or de aguaK P SV ) a di,erentes 6alores de te8'eratura es una 6ariale conocida9 la te8'eratura del 'unto de rocío K&P$L se 'uede deter8inar utili%ando la 7u8edad relati6a ; la te8'eratura9 tal co8o se 8uestra en la ,igura 0-9 donde se gra,ica K P SV ) 9 contra la te8'eratura a8iente e'resada en grados K"L. En la ,igura se oser6a :ue K&P$L tiene un 6alor de 4grados K"L. Por9 lo tanto esta gr<,ica 'uede ser 'er,ecta8ente utili%ada 'ara deter8inar la te8'eratura del 'unto de rocío
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Figura % Cur"a de presión de saturación de "apor de agua
a KDP$L es la di,erencia entre la te8'eratura ; 'unto de rocío En el 'roceso de des7idratación del gas natural9 al 8o8ento en :ue el glicol asore agua9 dis8inu;e la te8'eratura de rocío del gas natural Keste glicol 'asa a deno8inarse glicol rico9 glicol :ue tiene un alto contenido de aguaL. >a reducción del 'unto de rocío K$P$L es in,luenciada 'or. >a tasa de ,lu#o del glicol te8'eratura de contacto en el asoredor9 e,iciencia de contacto del glicolgas9 ; concentración del glicol 'ore Kglicol con 'oco contenido de aguaL. "uando el 'roceso de des7idratación del gas natural se reali%a con K&EGL a 0-- F ; una concentración de /1 @PP9 se 'uede reducir el 'unto de rocío 7asta *4 F. Mientras :ue el KDEGL a la 8is8a concentración9 reduce el 'unto de rocío en 1*F. Pero9 esta situación ca8ia al au8enta la concentración9 si la concentración del glicol en el agua es 'or e#e8'lo //@ PP E> KDP$L es en /- F9 8ientras :ue si se utili%a KDEGL es 3*F. >uego estas oser6aciones es con6eniente tenerlas en cuenta9 cuando se :uiera seleccionar el ti'o de glicol 8a K$P$L se 'uede deter8inar 'or la Ecuación de Ha88ersc78idt7. Esta ecuación se sustenta en el caso en cuando se agrega un soluto desciende el 'unto de congela8iento del sol6ente9 seg=n la siguiente ecuación.
∆T % =
2335,0W (100)( M ) − ( M )(W )
K(*L Donde! KdLR descenso del 'unto de rocío KMLR 'eso 8olecular ; KLR concentración del glicol en la ,ase lí:uida en la relación @PP. Este es un 42
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'ar<8etro de gran i8'ortancia9 ;a :ue 'ara :ue el 'roceso de des7idratación sea e,ecti6o la concentración del glicol dee de ser alta Ade8a tasa de ,lu#o del glicol te8'eratura de contacto en el to'o del asoredor9 de la e,iciencia del contacto glicolgas ; de la concentración del glicol 'ore. En ,or8a gr<,ica se 'ueden estalecer co8'araciones entre la e,ecti6idad del KDEGL ; K&EGL9 traa#ando a te8'eratura ; concentraciones de los glicoles9 en relación a la dis8inución del 'unto de rocío. Por9 e#e8'lo cuando se des7idrata un gas natural a una te8'eratura de 0--F utili%ando K&EGL a una concentración de /1@ PP9 se 'uede reducir el 'unto de rocío de la 8e%cla 7asta *4 F9 8ientras9 :ue cuando se utili%a KDEGL a la 8is8a te8'eratura ; concentración la reducción 'uede ocurrir 7asta una te8'eratura de 1*F. Pero9 la situación ca8ia de 8anera 'rogresi6a a 8edida :ue au8enta la concentración de los glicoles. Si se utili%a K&EGL a una concentración de //@ PP el 'unto de rocío se reduce en /-F9 8ientras :ue si se utili%a KDEGL la reducción ocurre 7asta 3* F. Se sae :ue cuanto 8
Punto de roc#o de los hidrocar)uros ! El 'unto de rocío de 7idrocaruro en un gas natural es un 'ar<8etro i8'ortante de calidad9 esti'ulado en es'eci,icaciones contractuales a tra6+s de la red de su8inistro9 desde 'roductores 7asta consu8idores ,inales9 'asando 'or e8'resas trans'ortadoras ; distriuidoras. En consecuencia9 un eacto 8onitoreo de te8'eratura de 'unto de rocío de 7idrocaruro en gas natural9 es i8'ortante 'ara 8antener la calidad ; la integridad del gas co8o así ta8i+n 'ara cu8'lir con los acuerdos. El 'unto de rocío de 7idrocaruro es la te8'eratura a la cual el 7idrocaruro co8ien%a a condensarse cuando el gas natural es en,riado a 'resión constante ; en consecuencia de#a de ser total8ente gaseoso En 8uc7os casos el e6itar la ,or8ación de tales lí:uidos en gas natural es 8u; i8'ortante. El 'unto de rocío es ta8i+n un 'ar<8etro :ue se utili%a 'ara deter8inar el contenido de agua9 :ue esta 'resente en el gas natural En las ca?erías de trans'orte de gas la 'resencia de 7idrocaruro lí:uido en co8inación con tra%as de 6a'or de agua lle6an a la ,or8ación de 7idratos co8o 8asa sólida. En condiciones de o'eración 'ueden ocasionar da?os 'or i8'acto en los co8'resores ; restringir ; a=n lo:uear las ca?erías Algunos usuarios tienen necesidades críticas res'ecto al 'unto de rocío de 7idrocaruro. >a =lti8a generación de generadores con turinas de gas dise?adas 'ara a#a e8isión de óido de nitrógeno KN-L re:uieren al 8enos 3" de su'ercalenta8iento la 43
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di,erencia entre el 'unto de rocío ; la te8'eratura de entrega del gas a la entrada del siste8a de 're8e%cla. Si esto no se cu8'le9 el e,ecto en,riador de la e'ansión del gas 'ro6oca la ,or8ación de lí:uido resultando el 'osile retorno de la lla8a desde la o:uilla de ignición 7acia la c<8ara de 8e%cla. Por otro lado9 'ara el 'roductor de gas natural9 el control del 'unto de rocío de 7idrocaruro 'uede resultar en un as'ecto costoso del 'rocesa8iento del gas natural. Qa sea 'or los costos en reco8'ri8ir el gas luego del 'rocesa8iento co8o 'or la a#a en el 'oder calorí,ico al etraerle los lí:uidos al gas natural. En consecuencia9 resulta de inter+s 'ara los 'roductores 8onitorear ; controlar las 'lantas reductoras de 'unto de rocío 'ara 8antenerlas dentro de lí8ites a#ustados 8ini8i%ando los costos de 'roceso. Esto 7ace :ue se dea 8antener el 'unto de rocío lo 8a su'er,icie se 'uede en,riar 'or la e'ansión de "O controlada o 'or un en,riador de estado sólido El o#eti6o es detectar el 'ri8er indicio de condensación9 'ero esto 'uede ser etre8ada8ente 'role8
Determinación de una ecuación de estado para determina el punto de roc#o Para utili%ar la ecuación de estado 'ara deter8inar el 'unto de rocío de 7idrocaruro se re:uiere un anas 6ariaciones en "0- ; su'eriores tienen un alto e,ecto en el 'unto de rocío de 7idrocaruro. Para esto se re:uiere un cro8atógra,o 8as 'rinci'ales di,icultades en e,ectuar tal 8edición est
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características de la condensación del gas natural. Pri8ero la a'ariencia incolora ; la a#a tensión su'er,icial del lí:uido condensado lo 7acen9 a 8enudo9 in6isile al o#o 7u8ano e incluso a los siste8as o'to)electrónicos re:ueridos en los e:ui'os auto8os co8'onentes 8a condensación ocurre gradual8ente a tra6+s de un rango de te8'eratura.
Deshidratación de Gas El gas natural9 'or lo nor8al contiene 6a'or de agua9 en cantidades tales9 :ue e agua dee de ser re8o6ida a un 'unto9 're6ia8ente estalecido ; :ue 'ara el tró'ico re'resenta entre 1 ; 2 liras de aguaMMP"N9 claro esta cantidad de agua dee de ser 8uc7o 8enor9 si el gas esta destinado a las 'lantas criog+nicas. El retiro del agua9 o des7idratación9 se reali%a 'ara 're6enir la ,or8ación de 7idrato K; co8o congelación 'otencialL o corrosión en la recolección de gas9 siste8a de trans8isión o 'lanta de trata8iento. Ha; 6arias o'ciones de 'roceso :ue 'ueden ser utili%adas 'ara lle6ar a cao la des7idratación9 en general se consideran :ue cinco K1L los 'rocesos de des7idratación :ue tienen 8a;or utilidad 'ara la re8oción del agua del gas! a.$ Compresión a una presión superior Este 'roceso ocurre con en,ria8ientos susecuentes ; se'aración de las ,ases. Mientras 8uego se 'uede concluir :ue el E,ecto de Coule) &7o8'son9 es el ca8io de te8'eratura :ue se 'roduce en un gas :ue se e'ande a 'artir de una 'resión constante 8os 'rocesos de trans8isión de calor ocurren 'or 8edio de al conducción9 con6ersión ; radiación >a e'ansión del gas a una a#a 'resión9 co8o ,or8a de en,ria8iento se 'uede reali%ar a tra6+s de la e'ansión isento :ue indica :ue 'ara este caso el E,ecto de Coule) &7o8'son9 es el ca8io de te8'eratura :ue se 'roduce en un gas :ue se e'ande a 'artir de una 'resión constante 8
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trans8isión de calor. >os 'rocesos de trans8isión de calor ocurren 'or 8edio de la conducción9 con6ersión ; radiación9 :ue son 'rocesos :ue 'roducen energía t+r8ica9 la cual es utili%a 'ara la re8oción del agua del gas.
3ransferencia de Calor ! Este 'ar<8etro eiste9 sie8're :ue 7a;a una di,erencia de te8'eratura en el uni6erso9 la energía se trans,iere de la región de 8a;or te8'eratura a la de 8enor te8'eratura. De acuerdo con los conce'tos de la ter8odin<8ica9 esta energía trans8itida se deno8ina calor. >as le;es de la ter8odin<8ica tratan de la trans,erencia de energía9 'ero sie8're se re,ieren a siste8as :ue esta ciencia lla8ada trans8isión o trans,erencia de calor co8'le8enta los 'rinci'ios 'ri8ero ; segundo de la ter8odin<8ica cl
%.$ Conducción de Calor Puesto :ue el calor es la energía de la acti6idad 8olecular9 una ,or8a si8'le de trans,erencia9 ser< la co8unicación directa de la energía 8olecular a tra6+s de una sustancia 'or 8edio de colisiones entre sus 8ol+culas9 esta ,or8a de trans,erir el calor se deno8ina conducción >os 8etales son uenos conductores de electricidad9 'or tener electrones lires9 ; co8o estos electrones lires contriu;en 'oderosa8ente a la conducción del calor9 lo :ue 7ace :ue los 8etales sean ecelentes conductores de electricidad9 e#e8'lo de ello es el "ore K"uL9 :ue tiene una alta ca'acidad de conducción de corriente el+ctrica. (.$ Con"ección de Calor . Esta es una ,or8a de trans8isión del calor de un lugar a otro 'or 8o6i8iento de la 8ateria caliente >a trans,erencia de calor 'or con6ección de un cuer'o co8'rende el 8o6i8iento de un ,luido en relación con el cuer'o. Si el 8o6i8iento es 'ro6ocado 'or las di,erencias de densidad deidas a la di,erencia de te8'eratura en las di,erentes localidades del ,luido9 se conoce co8o con6ección natural. Si el 8o6i8iento del ,luido es 'ro6ocado 'or un agente eterno co8o un 6entilador9 se deno8ina con6ección ,or%ada. >a trans,erencia de calor 'or corrientes de con6ección en un lí:uido o en un gas9 est< asociada con ca8ios de 'resión9 deidos co8=n8ente a ca8ios locales de densidad. Un au8ento de te8'eratura en un ,luido 6a aco8'a?ado 'or un descenso de su densidad. 46
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,.$ ;a com)inación de radiación * a)sorción Este es otro ti'o de trans,erencia de calor. En la radiación9 la energía t+r8ica se trans,or8a en energía radiante9 si8ilar en su naturale%a a la lu%. En realidad9 una 'arte de esta radiación es lu8inosa. En esta ,or8a9 la energía radiante 'uede atra6esar distancias enor8es antes de ser asorida 'or un cuer'o ; trans,or8ada de nue6o en calo. >a radiación es la trans,erencia de calor 'or radiación no re:uiere ning=n 8edio 8aterial inter8edio en el 'roceso. >a energía se traslada desde la su'er,icie del sol 7asta la tierra9 donde es asorida ; con6ertida en energía calorí,ica. >a radiación es un 'roceso 'or el cual ,lu;e calor desde un cuer'o de alta te8'eratura a un cuer'o de a#a te8'eratura >a e'ansión del gas a una a#a 'resión9 co8o ,or8a de en,ria8iento se 'uede reali%ar a tra6+s de dos di,erentes 'rocesos!
%.$ 1Apansión Isentálpica Este 'roceso se utili%a cuando se necesita au8entar la recu'eración de lí:uidos de un gas 7=8edo 'ro6eniente del 'o%o9 'or lo general con alta 'resión. En el 'roceso el ,lu#o de gas 7=8edo es 'asado a tra6+s de una 6uego los lí:uidos condensados son retirados del ,lu#o de gas usando9 'ara ello un se'arador de a#a 'resión. El gas ,río ; seco se utili%a 'ara 'reen,riar la corriente de gas 7=8edo :ue ali8enta el siste8a. (.$ 1Apansión Isentrópica. Este 'roceso se 'roduce cuando la corriente de gas 7=8edo 'asa a tra6+s de un turoe'ansor. En este caso dis8inu;e la te8'eratura del gas ; se otiene una cierta cantidad de traa#o9 el cual se utili%a 'ara 8o6er los e:ui'os de o8eo. &a8i+n esta dis8inución de la te8'eratura9 :ue en la 8a;oría de los casos es un 6alor a'reciale9 se utili%a 'ara recu'erar lí:uidos del gas natural9 :ue es lo :ue ocurre ,unda8ental8ente en los 'rocesos de etracción de los lí:uidos del gas natura. Este es el 'rinci'al 'rinci'io de los 'rocesos criog+nicos El 'roceso criog+nico se reali%a a a#as te8'eratura9 de tal ,or8a :ue los 7idrocaruros alcance su te8'eratura crítica ; se condensen en el 'roceso9 'ara 'osterior8ente ser recu'erados co8o lí:uidos Este es el 'rinci'al 'rinci'io de los 'rocesos criog+nicos. Es necesario 7acer resaltar :ue la e'ansión isentró'ica es un 'roceso de 8uc7o 8
c.$ 1nfriamiento- por de)a'o del punto de condensación inicial! Mientras 8a co8inación K glicol)etilenoL es usual8ente utili%ado 'ara la te8'eratura 8
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de des7idratación9 'ara la 're6ención de 7idratos ; la des7idratación si8ult
d.$ 1nfriamiento Directo Este 'roceso se lle6a a cao 8ediante el uso de re,rigeración 8eco :ue signi,ica9 :ue los gases calientes saturados con 6a'or de agua 'ueden ser 'arcial8ente des7idratados 'or en,ria8iento directo. Por e#e8'lo >os gases :ue seros ,luidos re,rigerantes de 8a;or uso9 en la industria del gas natural son el Pro'ano ; Metano. En este 'roceso 7a; :ue tener 8uc7o cuidado con la cantidad de lí:uido :ue se acu8ula en los e:ui'os. de en,ria8iento del gas natural9 se utili%a el E,ecto de Coule) &7o8son con adición o sin adición de in7iidores de 7idratos El e,ecto de Coule) &7o8'son es el ca8io en la te8'eratura del gas :ue se origina cuando el gas es e'andido en condiciones isent
K(1L
El contenido de agua saturada en un gas natural decrece con un au8ento de la 'resión o con una dis8inución de la te8'eratura. >uego9 los gases calientes saturados con 6a'or de agua 'ueden ser 'arcial8ente des7idratados 'or en,ria8iento directo. >os gases antes de ingresar a la una 'lanta co8'resora 'or lo nor8al son 're6ia8ente en,riados. Este 'roceso de en,ria8iento 'uede re8o6er agua del gas ; es de naturale%a cíclica9 ;a :ue el ,luido re,rigerante recie calor del siste8a a en,riar. Posterior8ente9 este calor se disi'a en el 8edio a8iente o se trans8ite a otro siste8a :ue act=a co8o rece'tor de esa energía calorí,ica. Una 6e% :ue se disi'a esta energía9 el ,luido re,rigerante inicia de nue6o el ciclo. >os ,luidos re,rigerantes de 8a;or uso9 en este 'roceso son! El 'ro'ano9 Etileno9 8etano ; ,reón
e.$ =)sorción con desecantes l#/uidos ! En este 'roceso9 se utili%a un lí:uido 7igroscó'ico co8o los glicoles9 :ue son a8'lia8ente utili%ados en la des7idratación del gas natural9 sore todo el K&EGL9 :ue es de gran utilidad9 deido ,unda8ental8ente a su alta concentración 8
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El 'roceso de asorción usa9 'or lo general un glicol9 con contacto del gas ; desecante en una colu8na de asorción a te8'eratura a8iente. &a8i+n se a'lica en co8inación con el en,riado9 a te8'eraturas a8iente 8os gases naturales 'ueden ser des7idratados a 2 l de agua MMP" con siste8as est
e.$ In*ección Esta es una t+cnica de des7idratación del gas natural9 en donde es o8eando un lí:uido reductor del 'unto de rocío co8o9 'or e#e8'lo el 8etanol9 aun:ue en la actualidad este co8'onente esta cuestionado 'or 'role8as o'eracionales ; de salud9 en algunas 'artes toda6ía se utili%a9 lo :ue 7a; :ue tener en cuenta9 'ara e6itar 'role8as a8ientales ; de salud. f.$ =dsorción con desecantes sólidos! En este 'roceso se utili%a un sólido :ue adsore el agua es'ecí,ica8ente9 co8o el ta8i% 8olecular9 gel de sílice ; alu8inatos. Por lo general9 este 8+todo se utili%a 'ara lle6ar el contenido de agua a 6alores a#o la nor8a indicada! >os ta8ices 8oleculares 7an encontrado una a8'lia ace'tación en la industria de 'roceso de gas 'ara la ali8entación de 'lantas criog+nicas de a'licaciones de condiciona8iento ; algunas a'licaciones de gas os secuestrantes esta nue6a tecnología de des7idratación del gas natural9 :ue 8e#ora la energía e,iciente8ente. Esta nue6a tecnología se considera una re6olución 'otencial en la de des7idratación del gas natural se 'roar< en una instalación de de8ostración en u+ec. Esta nue6a tecnología 7a sido desarrollada 'or Ja'er8a9 esta tecnología a6an%ada de des7idratación del gas natural tiene 'otencial 'ara reducir signi,icati6a8ente las e8isiones ; consu8o de energía ,rente al 'rocesa8iento de gas natural tradicional. >a nue6a tecnología de Ja'er8a tiene 'otencial 'ara o,recer una alternati6a res'etuosa con el 8edio a8iente ; de a7orro energ+tico a la des7idratación del gas natural con el glicol tradicional. Una 6e% 'roada9 se es'era :ue esta tecnología redu%ca signi,icati6a8ente las e8isiones de aire en el 'roceso de 49
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des7idratación ree8'la%ando el glicol con una nue6a tecnología asada en una 8e8rana >a nue6a tecnología 'atentada utili%a un disol6ente ; una 8e8rana resistente a la te8'eratura 'ara 'er8itir la des7idratación. >a tecnología ser< 'roada en el nue6o "entro de In6estigación ; &ecnología de Ja'er8a locali%ado en la ciudad de u+ec. >a instalación de8ostrar< 6arias con,iguraciones de 8e8rana en di,erentes 'resiones ; te8'eraturas de gas natural. >a ,ase de segui8iento del 'ro;ecto de8ostrar< los siste8as de 8e8rana de Ja'er8a a escala 'reco8ercial utili%ando un su8inistro de gas natural. >a tecnología asada en 8e8rana o,rece una 'ro8etedora alternati6a 'ara los 'rocesos con6encionales 'ara la des7idratación del gas natural. Se 're6+ :ue los ene,icios se co8'aren ,a6orale8ente a las tecnologías con6encionales deido al reducido consu8o energ+tico9 sin necesidad de agentes :uí8icos en el 'roceso9 ; e8isiones reducidas. Una 6e% 'roada9 la tecnología de Ja'er8a 'odría de8ostrar ser una i8'ortante inno6ación en la industria de 'rocesa8iento de gas natural co8o sustitución 'ara la des7idratación con glicol ; 'rocesos de li8'ie%a de a8ina. >a tecnología de 8e8rana de Ja'er8a es una 'lata,or8a sencilla9 e,iciente ; res'etuosa con el 8edio a8iente 'ara uso en industrias del 'rocesa8iento del gas natural ; ioco8ustiles9 se 'uede asegurar :ue es una tecnología li8'ia ; alta8ente e'ortale con un sólido 'otencial 'ara tener +ito en estaleci8ientos internacionales9 ; :ue a;udar< a "anad< a recla8ar una 'osición de lidera%go gloal en este ca8'o
%.$ so de mem)ranas de filtración selecti"a en la deshidratación del gas natural! Una tecnología :ue 'arece 'ro8isoria en el trata8iento del gas es el uso de 8e8ranas selecti6a8ente no 'orosas 'ara se'arar los co8'onentes 7idrocaruros de los no 7idrocaruros a ni6el 8olecular. &ales 'rocesos son 8os resultados de estas 'rueas so'ortan la e6idencia de :ue las 8e8ranas ,or8an un gru'o i8'ortante de o'ciones de 'rocesa8iento de gas dis'oniles. >a tecnología de 8e8rana est< e8ergiendo r<'ida8ente en la industria del 'etróleo 'ara uso en el trata8iento de gases de 'roducción. >a ,iltración selecti6a consiste en :ue una 8e8rana 'oli8+rica se usa 'ara se'arar co8'uestos gaseosos co8o "O9 HS ; H- de un gas natural cuando se so8ete a una 'resión di,erencial. En los 'rocesos con 8e8ranas se8i'er8eales el gas entra a un reci'iente :ue 'osee dos %onas de 'resiones di,erentes se'aradas 'or una 8e8rana. El gas 50
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entra a la %ona de 'resión 8a 8e8rana tiene una a,inidad 8u; alta 'or el "O 9 HS ; H-. Es de 7acer notar :ue la 8a;or 'arte de las 8ol+culas de 7idrocaruros no 'asaras 8e8ranas 'lanas no se usan co8ercial8ente 'or:ue no tienen su,iciente a %ona de alta 'resión 'uede ser el interior o el eterior de los ca'ilares9 'ero en todos los casos el gas a tratar entra 'or la %ona de alta 'resión ; ;a tratado sale 'or la 8is8a %ona de alta 'resión los gases re8o6idos9 o sea los gases a %ona de a#a 'resión est< a una 'resión del 0- al -@ de la 'resión alta. El siste8a de 8e8rana es una es'ecie de tela enrollada ; la tela consta de una l<8ina central i8'er8eale cuierta 'or enci8a ; 'or dea#o de un 'a:uete de tres l<8inas 'er8eales a tra6+s de las cuales 'ueden 'asar las 8ol+culas :ue se :uieren re8o6er. >a tela est< enrollada alrededor de un tuo ranurado. El gas a tratar entra a una deter8inada 'resión 'or uno de los etre8os del cilindro :ue ,or8a la tela enrollada al 7acerlo se des'la%ar< 'or los anulares :ue ,or8an dos 6ueltas consecuti6as de la tela ; las 8ol+culas conta8inantes se ,iltrar
(.$ a re8oción de agua. Para reducir el contenido de agua a los 6alores tradicional8ente ace'tales en el gas natural se re:uieren 8e8ranas de 8e#or 'er8eailidad :ue las eistentes actual8ente9 con costos 8enores :ue utili%ando glicol adicional a esto una 'lanta de des7idratación con 8e8ranas 'esaría 4 6eces 8enos ; ocu'aría tres 6eces 8enos es'acio :ue una 'lanta de glicol9 lo cual es i8'ortante en 'lata,or8as de 'roducción. 51
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Durante los =lti8os a?os9 7a crecido a'reciale8ente el uso de 8e8ranas co8o tecnología en el trata8iento del gas natural. >as ra%ones son claras! Procesos si8'les Ksin 'artes 8ó6iles9 o'eración de unidades si8'lesL 8a eitosa a'licación de la tecnología de 8e8ranas 'er8itir< traer 8a tecn tecnol olog ogía ía est< est< alca alcan%a n%and ndo o 8adu 8adure% re% ; nue6 nue6os os desar desarro rollllos os au8e au8ent ntar< ar
,.$ Proceso me'orado mediante glicol regenerado ! >a utili%ación de un glicol regenerado9 'ara la des7idratación de una corriente de gas natural9 se dee de reali%ar a tra6+s de las siguientes eta'as a.) Poner en contacto una corriente de glicol con una corriente de gas natural9 con co8'onentes :ue oscilen entre K"0 ; "4L. .) Este gas ;a des7idratado en,ría al glicol 'ore utili%ado en la des7idratación9 c.) c.) Prec Precal alen enta tarr el glic glicol ol rico rico 'ro6e 'ro6eni nient ente e del del 'aso 'aso ante anteri rior or ; en,r en,ria iarl rlo o en el condensador de una torre regeneradora de 7idrocaruro residual ; agua co8o gas d.) Precalentar ; ,iltrar el glicol rico9 e6a'orar el agua contenida en el glicol9 en una torre generadora oteni+ndose una corriente de glicol 'arcial8ente des7idratadas9 caracteri%ado 'or ali8entar el glicol des7idratado a una sección de contacto a una 'resión0*9(3 a 093- Kl'caL9 con una corriente de 7idrocaruros co8o sol6ente a 'resión de 009 a *902 Kl'caL9 oteni+ndose en el ,ondo de esta sección glicol 'ore a una te8'eratura ((94 a (29 KFL. e.) En6iar de in8ediato el glicol a recirculación a tan:ue de alance a una 'resión de 93* 93* a 09 09 3- Kl'caL Kl'caL de donde donde se en6ía en6ía a un interc interca8 a8i iad ador or de calo calorr a te8'eratura de 0 a 49*- KFL ,.) Poner en contacto el glicol con el gas des7idratado9 a una 'resión de 00-91* a 0-9-3 Kl'caL 'ara en,riarlo ; ali8entarlo a la torre asoredora g.) Ali8entar de in8ediato los 6a'ores de sol6ente e8anados de la agotación del glic glicol ol99 a una una secc secció ión n de rege regene nera raci ción ón de glic glicol ol99 en dond donde e esto estoss 6a'o 6a'ore ress const constititui uidos dos 'or 'or el sol6 sol6en ente te de 7idro 7idroca car ruro uross ; el agua agua eli8 eli8in inad ada a 'asan 'asan a condensarse9 originado la ,or8ación de una 8e%cla sol6ente) agua9 lo :ue sería una solución acuosa. 52
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7.) $ecu'erar de in8ediato el sol6ente a una te8'eratura de 0-9 a 0*- KFL ; la 'resión at8os,+rica9 ; ,inal8ente recircularlo a la torre agotadora de glicol9 ; 're6ia8ente 're6ia8ente en6iarl en6iarlo o a un 6a'ori%ad 6a'ori%ador or a una 'resión de 0/9/0 a *902 Kl'caL.9 Kl'caL.9 con todos estos 'rocedi8ientos 'rocedi8ientos se 'roduce un 'roceso de des7idrataci des7idratación ón de una corriente de gas natural.
o :ue in6olucra9 'or lo general un 'roceso de alta e,ecti6idad9 cuando se a'lica a la des7idratación del gas natural. Pero9 el 'roceso de regeneración de la sustancias 'uede con6ertirse en un 'roceso 8u; co8'le#o. Q9 desde luego le :uita la 'osiilidad 'osiilidad de utili%arlo utili%arlo a ni6el industrial. industrial. Q con6ierte al 'roceso 'roceso a condic condicion iones es de laorat laoratori orio.9 o.9 luego luego 7aría 7aría :ue co8'ro co8'roar ar si estas estas condiciones se 'ueden a'licar en ca8'o. Deshidratación por a)sorción. Este es un de los 'rocesos 8os glicoles ; el 8etanol son los lí:uidos de 8a;or uso en la des7idrat des7idratación ación del gas gas natural. natural. El lí:uid lí:uido o :ue sir6e co8o su'er,i su'er,icie cie asorente dee cu8'lir con una serie de condiciones! 0.) Alta a,inidad 'on el agua9 ; ser de a#o costo9 .)Poseer estailidad 7acia los co8'onentes del gas ; a#o 'er,il corrosi6o9 (.)Estailidad 'ara regeneración *.) Jiscosidad a#a o 8oderada 1.) a#a 'resión de 6a'or a la te8'eratura de contacto9 4.) a#a soluilidad con las ,racciones lí:uidas del gas natural 2.) a#a tendencia a la ,or8ación de e8ulsiones ; 'roducción de es'u8as. >os glicoles ; el 8etano son los lí:uidos de 8a;or uso en la des7idratación del gas natural El 8etanol9 co8o agente des7idratantes es de alto costo9 'or lo :ue su uso tiene unas ciertas li8itaciones9 ; se selecciona 'or lo general en los casos siguientes. Instalaciones te8'orales ; es deseale a'la%ar las decisiones relati6as en los e:ui'os 'er8anentes del 8ane#o de gas. >as condiciones o'eracionales a las cuales 'uede ocurrir la ,or8ación de 7idratos son de alta inestailidad. 53
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Deshidratación del Gas Natural por a)sorción con metanol El 8etanol9 co8o agente des7idratantes es de alto costo9 'or lo :ue su uso tiene unas ciertas li8itaciones9 ; se selecciona 'or lo general en los casos siguientes! a.) Instalaciones te8'orales ; es deseale a'la%ar las decisiones relati6as en los e:ui'os 'er8anentes del 8ane#o de gas. .)>as condiciones o'eracionales a las cuales 'uede ocurrir la ,or8ación de 7idratos son de alta inestailidad. c.)>a c.)>a te8' te8'er erat atura ura de o'era o'eraci ción ón es tan tan a#a a#a :ue :ue las las 6isco 6iscosi sida dade dess de otra otrass sustancias 'uedan ser 8u; altas.
Deshidratación del Gas Natural por a)sorción con glicoles! >os glicoles son usad usados os corr corrie ient nte8 e8en ente te en torr torres es de aso asorc rció ión9 n9 ;a :ue :ue 'er8 'er8ititen en ote otene ner r te8'eraturas in,eriores al 'unto de rocío del agua9 el cual tiene un 6alor de (F."uando las '+rdidas de 6a'or son 8enores :ue las otenidas con otros co8'uestos. co8'uestos. Pero el &EG no dee utili%arse utili%arse a te8'eraturas te8'eraturas in,eriores in,eriores a 1- F9 ;a :ue se incre8enta 8uc7o la 6iscosidad. El EG ; DEG se utili%an con ,recuencia in;ectados en la corriente de gas9 tanto en los 'rocesos de re,rigeración ; e'ansión. Ninguno de los dos dee usarse a una te8'eratura 8enor a - F. En una 'lanta tí'ica de des7idratación con glicol9 el gas 7idratad Kgas no con aguaL9 'asado 're6ia8ente 'or un de'urador9 entra 'or el ,ondo de la torre de asorción. asorción. >uego9 el gas 6ia#a 7acia el to'e de la torre en contracorrien contracorriente te al glicol :ue 6ia#a del to'e 7acia el ,ondo. El gas entra en contacto con el glicol en cada ande#a con co'as. Esto 7ace 'osile :ue el glicol asora el 6a'or de agua contenido en la corriente de gas. El gas an7idro Ksin aguaL9 sale 'or el to'e de la torre ; 'asa a tra6+s de un se'arador donde se se'aran las gotas del glicol :ue 'uede contener el gas. El glicol 7idratado aandona la torre 'or el ,ondo. El i8'ortante9 7acer notar :ue el glicol 7idratado no solo asore el 6a'or de agua de la corriente del gas9 sino ta8i+n ,racciones de 7idrocaruros. Posterior8ente9 el glicol 'asa a tra6+s de un tan:ue de 6a'ori%ación a a#a 'resión. En este tan:ue la 8a;oría de los 7idrocaruros se e6a'oran ; se en6ían al :ue8ador del re7er6idor. Por9 lo general las unidades de des7idratación con glicol esta ,unci ,unción ón 'rinc 'rinci' i'al al del del anti anties es'u 'u8a 8ant nte e es re8o6 re8o6er er cual:uier ca'a lí:uida de 7idrocaruros :ue 'ueda estar distriuida en el to'e del glicol. Estos restos de 7idrocaruros son luego en6iados a un colector de residuos. Des'u+s de recorrer el tan:ue de 6a'ori%ación9 la solución glicol) agua Kglicol) $icoL 'asa a tra6+s de un ,iltro9 el cual tiene co8o ,inalidad re8o6er 8aterias sólidas. &ales co8o9 'roductos de la corrosión ; 'roductos de degradación del glicol. >uego9 la corriente de glicol entra en una 'e:ue?a torre de regeneración e8'a e8'acad cada a 8ont 8ontad ada a en el to'e to'e del del re7er6 re7er6id idor or.. Esto Esto consi consist ste e en un tan: tan:ue ue 7ori%ontal con un :ue8ador en uno de los etre8os. 54
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>os gases de co8ustión se descargan en un tuo colocado dentro del tan:ue ,or8ando un siste8a 'irotuular :ue se le su8inistra calor al glicol ; ter8ina en una c7i8enea :ue 6entila a la at8os,era. En el regenerador9 el glicol es calentado 7asta a'roi8ada8ente *--F a 'resión at8os,+rica9 lo cual 7ace 'osile la 6a'ori%ación del agua contenida en el glicol. Posterior8ente9 el glicol 'asa al regenerador a un interca8iador de calor) glicol donde se en,ría. >uego9 'asa a un tan:ue de donde es o8eado al to'e de la torre de asorción. El ciclo de re'ite. >a e,iciencia de un 'roceso de des7idratación con glicol de'ende 'rinci'al8ente de los siguientes! Presión ; te8'eratura de entrada del gas concentración del glicol tasa de ,lu#o del glicol ; del n=8ero de 'latos del glicol En la industria eisten una gran cantidad de glicoles9 'ero los 8as 'rinci'ales 'ro'iedades de los glicoles se 'resentan en el cuadro 2
Cuadro E Propiedades u#micas * F#sicas de los Glicoles! Pro'iedad EG DEG &EG Fór8ula H#C 2 H 4 0 H H#(C 2 H 4 0) 2 H H#(C 2 H 4 0) 3 H PMKl.l8olL 490 0-490 01-9 Punto de (3290 F *294 F 1*19/ F eullición 0 at8 Densidad a 4/9(4/9*/ 4/934 3 22F ( lb / pie ) &asa de /94 /9/ /9(* circulación a 22 FKl.galL Punto de 3F 02F 0/F congela8iento Jiscosidad 0491 39 (29( asoluta a 22F en K"PSL &ensión *2 ** *1 Su'er,icial a 22F
&&EG H#(C 2 H 4 0) 4 H
0/*9 1/29F 4/9/( /9(* F (/9/ *1
( !ina$ / m ) 2
"alor -913 Es'ecí,ico a 22 F K&Ul F
-911
-91(
-91
Fundamento de la deshidratación con glicol! El 'roceso de des7idratación se ,unda8enta en el contacto :ue tiene el gas 7idratado con el glicol9 :ue es un lí:uido 7igroscó'ico. En este caso el 'roceso de des7idratación es 'or asorción9 donde el 6a'or de agua 'resente en el gas se disuel6e en la corriente de glicol lí:uido 'uro. >a utilidad 'r
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caso es'ecí,ico se utili%a K&EGL9 ; la i8'ortancia de este co8'onente9 'ara re8o6er el agua del gas9 es la ca'acidad :ue tiene :ue tiene el K&EGL 'ara reducir el 'unto de rocío del gas. Al co8ien%o9 cuando se co8en%ó a utili%ar el K&EGL9 un descenso del 'unto de rocío de 4-F se considera ecelente9 'ero en la actualidad con las 8e#oras reali%adas se 7a llegado 7asta un descenso de 01-F. En un 'roceso tí'ico de des7idratación con glicol el gas 7idratado se 7ace 'asar 'or un de'urador9 de tal ,or8a de re8o6er los lí:uidos lires :ue el 'roceso lle6a9 el gas ingresa al contactor e interca8ia el agua con el glicol :ue circula en contracorriente. El agua es asorida 'or el glicol en el gas de salida a la línea de 6enta. El glicol rico en agua es o8eado a tra6+s de un ,iltro ; luego a un interca8iador glicol) glicol :ue incre8enta la te8'eratura del glicol rico antes :ue ingrese al regenerador. El glicol es se'arado del agua ; los conta8inantes de a#o 'unto de eullición en la colu8na del regenerador reteni+ndose estos =lti8os. El regenerador usual8ente es del ti'o tuos de ,uego ; ,unciona 'roduciendo la te8'eratura re:uerida 'ara alcan%ar la e,iciencia de re8oción de agua uscada. Un acu8ulador al8acena el glicol reconcentrado :ue luego 'asa al interca8iador glicol) glicol :ue reduce la te8'eratura a un ni6el :ue no da?e las o8as. Usual8ente9 antes de las o8as se intercala un ,iltro 'ara re8o6er sustancias conta8inantes :ue cause ecesi6o desgaste de la o8a. El dise?o del e:ui'o de des7idratación de gas con glicol utili%a un asoredor con un 8íni8o de 3 'latos de uru#eo de glicol9 'ara 'ro'orcionar el contacto ínti8o entre el gas 7idratado ; el desecante de glicol seco. Un etractor de niela de alta e,iciencia es instalado en lo alto del asoredor 'ara li8itar '+rdidas 8eca o8a de glicol es una unidad tí'ica8ente energi%ada :ue usa la energía de la 'resión alta del glicol rico con una 'e:ue?a cantidad de gas de alta 'resión 'ara 'oner en circulación el glicol de a#a densidad.
=nálisis /ue influ*en en la eficiencia del Glicol El ana concentración del glicol 'ore deter8ina la 8<i8a de'resión del 'unto de rocío9 :ue 'uede ser otenida 'or el siste8a. >a 'ure%a del glicol deer< encontrarse entre /3 ; // @PP. >a concentración del glicol rico9 es una ,unción del agua ca'turada9 la cual deer< de ser de a 1@PP 8enor :ue la del glicol 'ore. >a concentración del glicol 'ore nor8al8ente es una ,unción directa de la te8'eratura de regenerador. 56
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).$ ;a degradación del glicol ! Este es otro as'ecto de gran i8'ortancia9 :ue 7a; :ue tener en cuenta9 'ara e6aluar la e,iciencia del 'roceso de des7idratación del gas natural9 con glicol. >a degradación es indicada 'or los ca8ios en la co8'osición ; reducciones en el 'H de la solución. >a degradación es causada 'or la ecesi6a te8'eratura o entrada de oígeno K-L ; los 'roductos de degradación son los os 7idrocaruros reaccionan con los 'roductos de degradación ,or8ando 'roductos 'oli8+tricos. Factores de deterioro del glicol! Es lógico9 :ue la degradación del glicol tenga una 8arcada in,luencia en el 'roceso de des7idratación9 ; los 'rinci'ales ,actores de deterioro 'ara el glicol son! a.$ ;a acide0 en el proceso de a)sorción con glicol >a acide% resulta 'or la asorción de los co8'onentes uego 'ara e6itar la ,or8ación de estos 'roductos se reco8ienda 8antener el 'H entre un 6alor de 4 ; 3919 'ero el 6alor ó'ti8o es 29(. >as sustancias9 :ue 8a soluilidad de las a8inas en glicol no de'ende del contenido de agua. .) >as a8inas son ,a reacción a8ina) gas es re6ersile9 luego las a8inas son retenidas en el 7orno ; se 'uede reutili%ar9 con 'er8ite no encarecer de8asiado los costos o'eracionales del 'roceso. Para 're6enir el 'roceso de corrosión es necesario 8antener el 'H de la solución de glicol entre los 6alores de 2 ; 391. Un 'H su'erior a 391 'ro8ue6e la ,or8ación de es'u8a ; e8ulsiones. >os as 8ediciones de 'H a'lican a soluciones de glicol 'ore9 ;a :ue el de glicol rico no es re'resentati6o.
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).$ Contaminación con sales de hidrocar)uros * parafinas . En algunos casos el gas natural9 :ue ser< so8etido al 'roceso de des7idratación 'uede arrastrar sales de los 'o%os9 luego al entrar el gas al des7idratador las sales se de'ositan en las 'aredes de los tuos del 7orno ; 'uede 'ro6ocar el ro8'i8iento del tuo 'roduciendo gra6es 'role8as o'eracionales. A7ora si el gas es del ti'o 'ara,ínico9 'uede de#a de'ósitos de cera en los 'untos ,ríos del siste8a9 desde donde son arrastrados 'or el glicol 7asta el 7orno 'or e,ecto del calenta8iento en el regenerador9 las 'artes 8os 7idrocaruros lí:uidos 'resentes en el glicol9 co8o consecuencia de un arrastre del glicol en el se'arador de entrada o condensación en el contactor au8entan la tendencia de ,or8ación de es'u8a9 degradación ; '+rdida de glicol. El contenido de 7idrocaruros en el glicol dee de ser 8enor de -9(@PP. >a 8a;oría de los 'role8as con los 7idrocaruros se 'ueden e6itar de la ,or8a siguiente! 0.) Mantener ,uncionado en ,or8a a'ro'iada el se'arador de entrada del gas al siste8a .) O'erar en ,or8a correcta al se'arador tri,
c.$ Formación de 1spumas. Este ,actor es de alta incidencia en la e,iciencia del 'roceso de des7idratación. >a ,or8ación de es'u8a9 'uede ser de ti'o 8eca ,or8ación de es'u8a del ti'o 8ecos 7idrocaruros 'ueden entrar al siste8a de glicol si el se'arador de entrada esta da?ado9 co8o ta8i+n si se 'er8ite :ue la te8'eratura del glicol 'ore este 'or dea#o de la te8'eratura de entrada del gas al se'arador9 con lo cual se condensan los 7idrocaruros 'esados en la unidad. En general la es'u8a9 tanto 8ec
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de es'u8as9 :ue 'uede ser un 'role8a gra6es del 'unto de 6ista o'eración9 'or todos los 'role8as :ue causa la ,or8ación de es'u8a. Para in7iir la ,or8ación de es'u8a se 'ueden utili%ar anties'u8antes9 'ero esto ser< solo un control te8'oral 7asta :ue se deter8in+ ; eli8inen los 'ro8otores de la ,or8ación de es'u8a.
d.$ =)sorción de 2idrocar)uros . Si el 'unto de rocío de los 7idrocaruros es alto9 el glicol tiende a asorerlos.9 esto toda6ía es 8a;or cuando 7a; 'resencia de 7idrocaruros aro8a arena9 el 'ol6o9 los 'roductos de corrosión de tuerías9 tales co8o el Sul,uro de Hierro KFeSL ; los sedi8entos :ue trae el gas de ali8entación 'ueden ser arrastrados 'or el glicol en el contactor si no son re8o6idos en el se'arador de entrada. Estos sólidos #unto con los 7idrocaruros 'resentes en el glicol9 e6entual8ente se asientan ,or8ando una go8a negra9 'ega#osa ; arasi6a9 la cual 'uede erosional las o8as ; otros e:ui'os9 ta'onar los 'latos o e8'a:ues del contactor ; el e8'a:ue de la torre des'o#adora9 ; de'ositarse en los tuos del re7er6idor. Una a'ro'iada ,iltración del glicol rico ; 'ore eli8ina este 'role8a. Se reco8ienda 8antener las concentraciones de sólidos en el glicol 'or dea#o de -9-0@PP. g.$ Aidación! >os glicoles se oidan r<'ida8ente 'or la 'resencia de oígeno K-L9 lo :ue origina la ,or8ación de
h.$ Descomposición t>rmica! Este desco8'osición del glicol ocurre co8o resultado de un calor ecesi6o su8inistrado durante la regeneración9 con la consiguiente ,or8ación de co8'uestos corrosi6os. >as causas de la desco8'osición t+r8ica 'ueden ser! 0.) Altas te8'eraturas del re7er6idor sore el ni6el de desco8'osición del glicol. .) Flu#o de calor 8u; alto9 el cual 'uede desco8'oner t+r8ica8ente al glicol 'or sore calenta8iento. Esto ocurre cuando el re7er6idor es 8u; 'e:ue?o. En el 59
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caso de un interca8iador de tuos de ,uego 'odría ser deido a :ue el controlador de te8'eratura :ue regula el ,lu#o de gas co8ustile9 se encuentra descalirado. (.) Sore calenta8iento locali%ado9 causado 'or de'ósitos de sal o 'roductos asentados en lo tuos del re7er6idor9 o 'or 8ala dirección de la lla8a dentro de los tuos calentados9 en el caso de calentadores de ,uego directo. >a degradación del glicol se 8ani,iesta 'or un olor a a%=car :ue8ada9 color negro ; una dis8inución del 6alor del 'H de la solución. >os ,iltros de carón acti6ado no sie8're son e,ecti6os 'ara la re8oción co8'leta de los 'roductos de degradación9 'ero eli8inan el color negro de la solución ; se otiene un ,uerte color claro. En general9 los 'roductos de la degradación son solules en agua ; no a,ectan la e,iciencia del siste8a de des7idratación9 sin e8argo9 dee 8antenerse un control contin=o del 'H en cual:uier siste8a donde se oser6e degradación de glicoles.
Factores /ue influ*en en la selección del glicol >os ,actores de 8a;or i8'ortancia :ue in,lu;en en la selección de glicol9 co8o 8aterial des7idratante del gas natural son! a.$ &a'o costo! El costo de glicol no es 8u; alto9 luego este ,actor 'ro6oca :ue sea de gran utilidad en el 'roceso de des7idratación en cual:uier industria. Su a#o costo es de gran i8'ortancia9 sore todo cuando se 7ace una e6aluación de la 'arte econó8ica del 'ro;ecto9 ,actor :ue 7a; :ue tener ien en cuenta9 cuando se analice la ,actiilidad del 'ro;ecto. ).$ iscosidad. >a 6iscosidad es un 'ar<8etro relacionado con la ca'acidad de des'la%a8iento de un ,luido. Para el caso de la des7idratación del gas natural. Un 6alor de 6iscosidad 'or dea#o de 0-- ) 01- "PS. Hace :ue los ,luidos ,lu;an con di,icultad. >uego se re:uiere conocer la concentración del glicol ; la te8'eratura del traa#o del e:ui'o des7idratador9 con estos 'ar<8etros se otiene los 6alores de la 6iscosidad9 seg=n sea la concentración en 'orcenta#e PP del glicol. En la ,igura 00 se 'resenta los 6alores de la 6iscosidad en K"PSL9 'ara di,erentes 8e%clas de K&EGL con agua9 a di,erentes te8'eraturas. El K&EGL es uno de los glicoles :ue 8o :ue indica :ue el 6alor de la 6iscosidad de'ende ,unda8ental8ente de la concentración del &EG9 ; se 'uede se?alar. :ue el 6alor de la 6iscosidad se incre8enta a 8edida :ue el glicol se 7ace 8
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c.$ a dis8inución del 'unto de rocío se si8oli%a co8o KDP$L. >a reducción del KDP$L es in,luenciada 'or. >a tasa de ,lu#o del glicol te8'eratura de contacto en el asoredor9 e,iciencia de contacto del glicolgas9 ; concentración del glicol 'ore Kglicol con 'oco contenido de aguaL. "uando el 'roceso de des7idratación del gas natural se reali%a con K&EGL a 0-- F ; una concentración de /1 @PP9 se 'uede reducir el 'unto de rocío 7asta *4 F. Mientras :ue el KDEGL a la 8is8a concentración9 reduce el 'unto de rocío en 1*F. Pero9 esta situación ca8ia al au8enta la concentración9 si la concentración del glicol en el agua es 'or e#e8'lo //@ PP E> KDP$L es en /- F9 8ientras :ue si se utili%a KDEGL es 3*F. >uego estas oser6aciones es con6eniente tenerlas en cuenta9 cuando se :uiera seleccionar el ti'o de glicol 8
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>a reducción del 'unto de rocío K&P$L se 'uede deter8inar 'or la ecuación K(*L9 :ue corres'onde a la ecuación de Ha88ersc78idt7. >a ecuación K(*L se sustenta en el caso en cuando se agrega un soluto desciende el 'unto de congela8iento del sol6ente9 :ue es 'arte de las 'ro'iedades coligati6as9 ; :ue se conoce co8o descenso del 'unto de congelación. Prueas de laoratorio reali%adas 'or Scau%illo9 indica la 6eracidad de la ecuación K(*L 7asta 6alores de concentración de *-@PP. Para de8ostrar la e,iciencia de la ecuación K(*L se 6eri,ico con una concentración de KEGL de 1@PP ; la reducción del 'unto de rocío ,ue de 091*F9 8ientras :ue el 6alor real es de 091-. Otener datos de laoratorios 'ara el descenso del 'unto de rocío a concentraciones del glicol 8a;ores a 1-@PP9 deido ,unda8ental8ente a la inestailidad de los 7idratos.
Factores /ue afectan la reducción del punto de roc#o ! Esta reducción se 6e a,ectada 'or! 0.). >a tasa de ,lu#o del glicol9 :ue en este caso se re,iere a la cantidad de glicol9 :ue se dee de 7acer circular 'ara re8o6er una cantidad de agua del gas9 :ue 'or lo general se e'resa en galones 'or 8inuto Kg'8L. .)>a te8'eratura de contacto en el to'o del asoredor9 esto es un 'ar<8etro de i8'ortancia9 ;a :ue tiene :ue 7aer una relación 'ara esta te8'eratura. (.) E,iciencia del contacto glicolgas. Este es un 'ar<8etro del cual de'ende el 'roceso de des7idratación del gas natural9 con glicoles. *.) "oncentración del glicol 'ore. >a concentración del glicol :ue se 6a a utili%ar en el 'roceso de des7idratación del gas natural9 es de gran i8'ortancia9 ;a antes se estaleció9 :ue 8ientras 8a;or sea la concentración del glicol 'ore9 8a;or es el 6alor de la 6iscosidad de la 8e%clas agua) glicol. &a8i+n9 8ientras 8a;or sea la concentración del glicol 'ore9 8enor ser< el contenido de i8'ure%as9 :ue el glicol tenga9 ; 'or lo tanto 8enor ser< la ca'acidad de inter,erencias de las i8'ure%as en el 'roceso de des7idratación. >a concentración del glicol 'ore in,lu;e ta8i+n en el descenso del 'unto de rocío. >a concentración del glicol a utili%ar tendr< ta8i+n in,luencia en el galona#e a utili%ar9 ;a :ue 8ientras 8enor sea la concentración9 8a;or ser< el 6olu8en de solución a utili%ar. &odos estos ,actores se deen de tener en cuenta9 cuando se re:uiera reali%ar la selección de un glicol9 'ara des7idratar gas natural. Por9 e#e8'lo se 'uede estalecer una di,erencia entre o'eracional9 cuando se des7idrata gas natural a una te8'eratura de 0-- F con K&EGL9 en una concentración de /1 @PP. Este glicol con esta concentración 'uede reducir la te8'eratura del 'unto de rocío K&P$L 7asta *4 F. Otro glicol co8o el KDEGL9 en la 8is8a concentración 'uede otener una K&P$L de 1* F. Pero9 si se au8enta la concentración del K&EGL 7asta //@ PP la K&P$L se reduce en /- F9 8ientras :ue en las 8is8as condiciones o'eracionales con el KDEGL la reducción es en 3* F. En la ,igura 0 se oser6a la relación :ue eiste en la dis8inución de la K&P$L del KDEGL ; K&EGL. 62
63
Figura %( Concentración del glicol po)re en KP+P
En la ,igura 0 se oser6a9 :ue si la des7idratación se reali%a a una concentración de //@PP ; la te8'eratura es /- F con el K&EGL se otiene una 8a;or dis8inución del 'unto de rocío9 :ue con el KDEGL. >a ,igura indica ta8i+n :ue si la te8'eratura es 00-F9 ; la concentración es la 8is8a //@PP la dis8inución del 'unto de rocío es toda6ía 8a;or9 cuando se utili%a K&EGL. >o :ue indica :ue 'ara otener un 8a;or grado de e,iciencia9 7a; :ue reali%ar una adecuada selección del glicol 'ore a utili%ar9 conocer su concentración9 co8o ta8i+n conocer la te8'eratura de o'eración del 'roceso se reali%ar.
d.$ olu)ilidad del Glicol . Se entiende 'or soluilidad la ca'acidad de un soluto 'ara disol6erse en un deter8inado sol6ente9 'roceso :ue de'ende de las condiciones o'eracionales9 ,unda8ental8ente de la te8'eratura ; 'resión El glicol es solule en condensado. E> K&EGL es 8a soluilidad del &EG es de :uinientas 'artes 'or 8illón K1-- ''8L9 a /- F9 si se asu8e :ue estas 'artes 'or 8illón son 8g de solutolitro de solución9 luego utili%ando los ,actores de con6ersión se 'uede otener la 8olaridad de la solución. 500(mg )T(Gx1( g )T(Gx (mol ) mole$ = 0,003( mola& ) = 0 , 0033 ( ') $olui)nx1 x10 3 (mg )T(Gx150,2( g )T(G ' 63
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>o :ue indica :ue la soluilidad del K&EGL a /- F es -9--((M
e Presión de apor . >a 'resión de 6a'or es :ue re'resenta las coaliciones entre las 8ol+culas :ue salen de ,ase de 6a'or 7acia la ,ase lí:uida ; las regresan 7acia de la ,ase lí:uida 7acía 7a ,ase de 6a'or9 ; se 'uede deter8inar de 6arias ,or8as9 co8o 'or e#e8'lo! %.$ Gráficos de CoA ! >a 'resión de 6a'or KPJL au8enta con la te8'eratura9 'ero no en una ,or8a lineal. Pero9 si se estalecen unos e#es a'ro'iados se 'uede otener una relación lineal entre la KP JL ; la te8'eratura. Esto ,ue lo :ue reali%o "o9 'ara9 ello gr<,ico la KP JL. En Kl'caL en escala logarít8ica ; la te8'eratura en KFL9 con ello se 'ueden otener gr<,icas :ue 'er8iten deter8inar la 'resión de 6a'or 'ara una 8e%cla (.$ 1cuación de Clausius$ Clape*ron. Esta ecuación estalece la relación entre la 6ariación de la 'resión ; la te8'eratura9 todo sore la ase de un 8ol9 es decir! !P !T
&al co8o
V
=V V −V '
=
∆ H V
K(4L
TxV
>a ecuación K(4L9 :ueda!
!P !T
=
∆ H V T (V V − V ' )
K(2L
Si la te8'eratura del siste8a esta ale#ada del 'unto crítico9 :ueda :ue V ' << V V 9 luego se eli8ina (V ' ) de la ecuación K(2L ;9 asu8iendo :ue el 6a'or tiene co8'orta8iento ideal9 :ueda la siguientes relaciones :ue 'ueden ser utili%adas 'ara la deter8inación de la 'resión de 6a'or! !P !T
Ade8
=
!P !T
∆ H V P
K(3L
2
RT
=
P! ln P
K(/L
!T
Si se igualan las ecuaciones K/ ; (-L :ueda!
P! ln P !T
=
∆ H V P
Integrando la ecuación K(0L 'ara PR0 at89 :ueda! ln P = − Q &a8i+n se tiene! ln P = −
∆ H V R
x
1 T
+ on$ tan %e
64
2
RT
K*-L
∆ H V 1 1 − K*0L R T T b K*L
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>os in6estigadores dedu#eron ta8i+n 'ara la 'resión de 6a'or una ecuación9 :ue es de gran utilidad!
P V 0 ∆ H m 1 1 − = ln 1 P V R T 1 T
K*(L
Donde! ( P V 0 ) L es la 'resión de Ja'or a K& ; PL asoluta KSiste8a Internacional KP R 0 at8 ; &R/3 L ; KP J0L es la 'resión de 6a'or a la te8'eratura K& 0L asoluta9 K∆HML es el calor de 6a'ori%ación 8olar9 K$L es la constante uni6ersal de los gases El calor de 6a'ori%ación se 'uede deter8inar utili%ando la 8is8a ecuación K*(L9 ;a :ue la ecuación des'u+s de reali%ar los arreglos corres'ondientes :ueda! − ∆ H (*ap) / RT + C = ln P
K**L
DondeK" L es una constante ; K$L es la constante uni6ersal de los gases.
,.$ 1cuación de =ntoine. Esta ecuación correlaciona la 'resión de 6a'or de los lí:uidos 'uros con la te8'eratura9 seg=n lo siguiente! log P V o
= A −
B (T + C )
K*1L
>a 'resión de 6a'or se 'uede deter8inar ta8i+n a tra6+s de la siguiente Ecuación! B ln P Sa% = A + K*4L (T + C ) >a ecuación K*4L deno8inada Ecuación de Antoine 'ara la 'resión de 6a'or en K88 de HgL es a8'lia8ente utili%adasKA9 ; "L son constante :ue de'enden de la te8'eratura ; se 'ueden encontrar en los di6ersos siste8as de unidades. En el cuadro 3 se 'resentan los 6alores de las constantes9 'ara la ecuación de Antoine. >a te8'eratura esta e'resa en grados centígrados K"L ; la 'resión en ares9 co8o se sae la con6ersión de ar a l'ca es :ue un ar R0*91- l'ca9 'or lo tanto se 'uede 7acer la con6ersión en ,or8a ,a 'resión de 6a'or es un 'ar<8etro de i8'ortancia9 'ara el 'roceso de des7idratación del gas natural con glicoles! En 6ista :ue9 'er8ite deter8inar la cantidad de glicol :ue se sale de la 'lanta 'or e6a'oración9 luego las '+rdidas del glicol utili%ado en el 'roceso de des7idratación del gas natural9 reali%adas 'or la e6a'oración del glicol tienen :ue ser consideradas cuidadosa8ente Cuadro Constante para la 1cuación de =ntoine! "o8'onente Fór8ula A " Metano CH 4 (92432(/192** 449430 65
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Etano Pro'ano n)utano i)utano n)Pentano n)Heano n)He'tano n)Octano Isoctano n)Nonano enceno &olueno Acetona "iclo'entan o "iclo7eano Etanol
C 3 H 6 0
(9/1*-1 (9/33 (9/(44 *9--2 (9/2234 *9--0(/ *9--( *9-1-21 *9-(322 *9-2(14 (9/31( *9-1--* *903*-
44(923-(9//2 /(1922( /*291*0-4*93*002-9321 04(9/-/ 0(149(40((190*(39-(003*9*0(29400/29-0-
149430 *29-*(3923/ *3932(9-0* *9(02 049*( -/94(1 0(9*01 -94/* 02912 02941 39-4-
"1H0-
*9-423(
001912*
(*910-
C 6 H 12
(9/(-- 19((421
003922* 04*39-
-9403 (-9/03
C 2 H 6
C 3 H 8
C 4 H 10 C 4 H 10 C 5 H 12
C 6 H 14 C 7 H 16 C 8 H 18 C 8 H 18 C 9 H 20
C 6 H 6 C 7 H 8
C 2 H 6 0
En el regenerador se 'roducen altas '+rdidas de KEGL 'or e,ectos de la e6a'oración9 al tratar de alcan%ar concentraciones de /1@PP9 8ientras no suceda lo 8is8o se re:uiere una 'ure%a de /391 @PP de K&EGL. Por e#e8'lo a 4- F ; /1 @PP se registra una '+rdida de -9-- l de glicol 'or 8illón de 'ies c=icos de gas K-9-- MMP"N de K&EGL9 esta cantidad au8enta 7asta -90 l MMP"N cuando se trata de KEGL &eórica8ente se sae9 :ue las '+rdidas de glicol au8entan9 cuando la 'resión de 6a'or se 7ace 8
P V x M 492 14,7 x1 x106 760 379 492 + T P
P+rdidas R
K*2L
Donde! KPJL R 'resión de 6a'or del glicol en 88 de Hg KMLR 'eso 8olecular del glicol K&LR te8'eratura de o'eración en F ; KPLR 'resión de o'eración en l'c8.
f.$ Punto de Congelamiento del Glicol ! El 'unto de congelación del glicol :ue se utili%a 'ara el 'roceso de des7idratación es de gran i8'ortancia9 ;a :ue es un indicati6o de las 8<i8as ; 8íni8as te8'eraturas9 :ue se 'ueden utili%ar en el 'roceso de des7idratación9 'ara :ue no 7a;a congela8iento de la 8e%cla. %.$ Caracter#sticas * comportamiento de la me0cla glicol$ agua ! En es de gran i8'ortancia 'oder tener conoci8iento de las condiciones a las :ue se ,or8an los 'ri8eros cristales de 7ielo en la solución glicol) agua. >as características ; 'ro'iedades de las 8e%clas se 'ueden anali%ar a tra6+s de ,iguras9 ;a :ue se
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otienen cur6as :ue 'er8iten estalecer la relación :ue eiste entre la concentración del glicol ; la te8'eratura de o'eración del 'roceso. Por e#e8'lo en la ,igura 0( se 'resenta el co8'orta8iento de la 8e%cla E&G) agua9 en una te8'eratura de traa#o :ue oscila entre )04- ; (- F.
Figura %, Porcenta'e en KP+P del 31G * agua
>a ,igura 0( 'resenta el co8'orta8iento de la 8e%cla K&EG)aguaL en una te8'eratura de traa#o entre K)04- ; *- FL. En la ,igura se oser6a :ue si el K&EGL tu6iese una concentración igual o 8enor :ue 1-@ PP al alcan%ar una te8'eratura de K)/3 FL9 la 8e%cla estaría en estado sólido. >uego 'ara :ue el 'roceso de o'eración sea total8ente seguro 7a; :ue traa#ar con una concentración 8a;or al 4-@ PP ; a una te8'eratura 8a;or a los -. >os 'ri8eros cristales de 7ielo co8ien%a a 7acer uso de 'resencia a una concentración 8a;or al 3-@PP ; a una te8'eratura 8enor :ue los K)*- FL Es9 'or ello :ue el ingeniero de dise?o dee de 8antener sie8're 'resente la %ona segura de traa#o9 ade8a in,or8ación re:uiere i8'ortancia9 cuando se re:uiere agregar glicol 'ara reducir el 'unto de rocío9 ;a :ue si se agrega glicol 'uro se estaría contriu;endo a
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des'la%ar la concentración 7acia 'ure%as 8uego se reco8ienda :ue se agregue glicol al siste8a deida8ente 8e%clado con agua en las 'ro'orciones correctas9 de tal ,or8a :ue se e6iten los 'role8as o'eracionales9 ade8
(.$ Diagramas de Fases de 6e0clas Glicol$=gua! Estos son diagra8as i,uego en la ,igura / se 'resenta el diagra8a de ,ase inario 'ara la te8'eratura en relación al @PP de &EG) Agua. En la ,igura 0* se 'resenta un diagra8a de ,ases te8'eratura co8'osición 'ara el K&EGL en ,unción de la te8'eratura. En la ,igura 0* se oser6an las tres regiones 8u; ien de,inidas. >a %ona lí:uida9 :ue se encuentra en la 'arte in,erior del diagra8a9 a#o la línea en6ol6ente del 'unto de uru#eo. >a %ona de 6a'or9 :ue estaría en la 'arte su'erior del diagra8a 8
K*3L
Donde. KFL es el n=8ero grados de liertad9 necesarios 'ara de,inir un siste8a co8'leta8ente KPL es el n=8ero de ,ases9 K"L es el n=8ero de co8'onentes. >uego9 co8o el n=8ero de co8'onentes es KL9 luego a'licado la ecuación K*3L9 :ueda!!FR ( 'ara la %ona 8ono,
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En el 'roceso de des7idratación del gas natural9 'or lo general la concentración del K&EGL tiene un 6alor de /391@ PP. >o :ue indica :ue una 8e%cla acuosa9 con estas características alcan%aría el 'unto de uru#eo a una te8'eratura a'roi8ada de (31)(/- F9 luego a un 6alor 8enor :ue estos se estaría traa#ando sola8ente en la ,ase lí:uida. Si la te8'eratura se co8ien%a a incre8entar 8anteniendo constante la 'resión at8os,+rica se co8en%ar a 6a'ori%ar 'arte del K&EGL9 ; se estaría en la región i,a te8'eratura alcance un 6alor de a'roi8ada8ente 1*1 F9 todo el siste8a 'asaría a ser 6a'or. &odo9 esto 'er8ite deter8inar las '+rdidas 'or 6a'ori%ación del glicol utili%ado en el 'roceso de des7idratación del gas natural.
1/uipo necesario para una planta de deshidratación de gas natural! Un 'roceso de des7idratación de gas natural con glicol a tra6+s de la asorción9 esta ,or8ado ,unda8ental8ente 'or e:ui'os9 ; cada uno de ellos cu8'le una ,unción ien deter8inada. a.$ =)sor)edor de Glicol- Este e:ui'o se deno8ina ta8i+n "ontactor. El asoredor es una! torre en la cual ocurre la asorción. "olu8na :ue ,acilita el contacto entre el gas natural ; otro ,luido Kaceite de asorción9 glicol o solución de a8inaL 'roduciendo una trans,erencia de 8asas en el 'roceso. &raa#a a 'resión alta ; a a#a te8'eratura. Su eistencia i8'lica la 'resencia de una segunda torre
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:ue 7aga el e,ecto contrario9 en la cual el 'roducto :ue circula de 8anera continua se regenera ; :ueda en condiciones de 6ol6er a asorer. Se usa en 'rocesos de a8ina9 de des7idratación :ue e8'lean glicol o en 'lantas de gasolina9 'ara retener las 'artes 8
Figura %? 3orre de a)sorción en el proceso de deshidratación
El asoredor es una torre de 'latos o e8'acada donde el gas cargado con agua9 se 'one en contacto en contracorriente con el glicol li8'io o des7idratado. El n=8ero de 'latos9 con lo cual dee de estar con,or8ada una torre de asorción se deter8ina a tra6+s de los e:uilirios din<8icos9 los cuales 'ueden ser utili%ados 'ara deter8inar el n=8ero de 'latos de uru#eo utili%o en el 'roceso de asorción. "uando se calcula 'or 'ri8era 6e% el n=8ero teóricos de 'latos de uru#eo :ue se deen instalar en la torre9 nor8al8ente se conclu;e :ue con cuatro 'latos el siste8a 'uede traa#ar de ,or8a adecuada9 'ero se reco8ienda instalar 7asta 2 o /9 'ara au8entar la e,iciencia del 'roceso. Por lo general el co8'orta8iento del 'roceso9 es :ue el glicol9 :ue llega 'or la 'arte su'erior de la torre de asorción 6a a#ando a 8edida :ue llena los 'latos o ande#as de uru#eo9 8ientras tanto el gas :ue sue9 entra 'or la 'arte in,erior de los cas:uetes ; se 'one en contacto con el glicol :ue a?a los 'latos9 ro8'e el sello lí:uido ; sale a la su'er,icie 'ara entrar nue6a8ente en contacto con el glicol de la ande#a su'erior. En la ,igura 04 se 'resenta la estructura interna de un
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asoredor9 donde se 'resentan todos los co8'onentes :ue 7acen :ue el 'roceso de des7idratación de gas natural9 con los glicoles se realice en ,or8a e,iciente.
Figura % 1structura Interna de un a)sor)edor
En la ,igura 04 se dee saer :ue el glicol llega a la torre con un 'orcenta#e a'roi8ado del /392 @ PP ; sale 'or el ,ondo 7aiendo asorido el agua :ue dee retirar de la corriente de gas9 'or lo cual su 'ure%a a#a a /19( @ PP a'roi8ada8ente Es de 7acer notar9 :ue cuanto 8a teoría indica9 :ue la concentración de glicol reco8endada 'ara asorer una cierta cantidad de agua a deter8inadas condiciones de 'resión ; te8'eratura9 se 'uede calcular de 8anera eacta9 utili%ando ;a sea ecuaciones 8ate8
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4)2 0) -90)-9
/391)// /39()//94 //9/1)//9/3
0) ()* 4)0-
"uando se utili%a K&EGL en el 'roceso de des7idratación del gas9 'or lo general el glicol llega a la torre con una concentración a'roi8ada de /392@ PP ; sale 'or el ,ondo 7aiendo asorido el agua :ue dee retirar de la corriente del gas9 'ara lo cual su concentración dee de a#ar 7asta un 6alor de /19(@ PP. Desde9 luego 8ientras 8
).$ Platos de &ur)u'eo! >os 'latos de uru#eo son unas! ande#as9 :ue ocu'an un lugar de la torre de ,racciona8iento9 des7idratadora o de endul%a8iento donde se encuentran la corriente de gas :ue est< siendo tratada ; el co8'onente lí:uido :ue 6iene del to'e. >ugar donde se 'roduce el interca8io de 8ateriales entre el gas :ue sue dentro de la torre con el lí:uido :ue desciende desde el to'e o el 'unto de entrada. En cada uno de estos 'latos9 dee 7aer un e:uilirio ter8odin<8ico entre los gases ; el lí:uido con el cual est
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Si se ,i#a el n=8ero de 'latos ; la tasa de circulación9 entonces la e,iciencia del 'roceso de des7idratación solo de'ender< de la concentración del glicol. El n=8ero de ande#as re:ueridas en el asoredor se 'uede deter8inar en ,or8a gr<,ica9 'ara lo cual se utili%a la ,igura 029 :ue se deno8ina Diagra8a de Mc "ae &7iele9 :ue 'er8ite esti8ar el n=8ero de 'latos a utili%ar en el 'roceso.
Figura %E Diagrama de 6c$ Ca)e 3hiele para el =)sor)edor
>a ,igura 029 :ue re'resenta en el e#e de las TQ las liras de agua 'or 8illones de 'ies c=icos nor8ales de gas Kl de agua MMP"NL en el gas9 8ientras :ue en el e#e de las T re'resenta la concentración del &EG en @PP. >a inter'retación de la ,igura 02 se sustenta en colocar en el 'unto KAL la 'ure%a del glicol9 a la entrada del asoredor9 la cual 'or lo general es de /392 @PP9 a:uí ta8i+n se coloca la calidad del gas tratado9 es decir :ue la cantidad de agua :ue se ace'ta en el gas K2 l de aguaMMP"NL9 8ientras :ue en el 'unto KL se coloca la calidad del &EG en la solución :ue sale del asoredor 9 la cual tiene un 6alor a'roi8ado de /39*@ PP ; la cantidad de agua :ue llega con el gas :ue ingresa a la 'lanta. >a cur6a de e:uilirio 8ostrada en la 'arte in,erior del diagra8a9 se otiene de otros gr<,icos relacionados con el te8a. >a intersección indica :ue con un solo 'lato teórico se 7ace el traa#o Kun 'lato teórico es e:ui6alente a cuatro 'latos realesL. Aun:ue la ,igura 02 'er8ite estalecer9 :ue con un solo 'lato teórico se 7ace el traa#o9 tal co8o se indico e:ui6ale a * 'latos9 el siste8a 'uede traa#ar de 8anera adecuada. Aun:ue9 la e'eriencia indica :ue es ene,icioso instalar 7asta 73
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0- ande#as9 con lo :ue se incre8enta el 'roceso de des7idratación9 ;a :ue ser< 8enor la cantidad de glicol re:uerido 'or cada lira de agua :ue dea de ser retirada del gas9 'ara lo cual es re:uerido :ue se realicen los c
Figura % N5mero de platos de )ur)u'eo reales para el 31G al H-EKP+P
En la ,igura 03 se re'resenta las cur6as :ue relacionan el n=8ero de 'latos reales de la torre de la torre con la tasa de circulación del K&EGL9 a una te8'eratura de contacto de 0-- F9 el 'roceso se reali%a 'ara un deter8inado descenso del 'unto de rocío9 ; anali%ando la ,igura 03 se 'uede deter8inar el n=8ero de 'latos reales de uru#eo9 :ue se dee de utili%ar en el 'roceso de des7idratación del gas natural con glicol. En la ,igura se oser6a una cur6a :ue relaciona el n=8ero de 'latos reales de la torre con la tasa de circulación de &EG corres'ondiente al /3.2 @PP9 a una te8'eratura de contacto de 0--F 'ara un deter8inado descenso del 'unto de rocío9 'or e#e8'lo *1 F9 luego el n=8ero de 'latos de uru#eo :ue se dee de utili%ar es de * 'latos. >o :ue indica :ue anali%ando la ,igura se 'uede 6eri,icar el n=8ero de 'latos :ue deería tener la torre 'ara lograr deter8inado descenso del 'unto de rocío en el gas9 desde luego se dee de utili%ar un galona#e 're6ia8ente es'eci,icado. "on esta cur6a se 'uede traa#ar de 8anera segura9 logrando descensos del 'unto de rocío su,iciente8ente uenos 'ara conducir el gas 'or las tuerías. a#o las circunstancias se?aladas no 7a; riesgo a :ue se de'osite agua en el siste8a9 ; se 'rodu%ca alg=n 'role8a o'eracional en el 'roceso. "uando se traa#a con el grado de 'ure%a del &EG indicado en la ,igura9 se 8ini8i%an los 74
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'role8as o'eracionales9 sin e8argo9 es ueno aclarar :ue la calidad del traa#o ta8i+n se 6e a,ectada 'or el ti'o de 'latos de uru#eo instalados en el asoredor. A 8anera de e#e8'lo9 se 'uede decir :ue la e,iciencia de las co'as de uru#eo es del 1@9 8ientras :ue 'ara las de ti'o 6a inno6ación tecnológica :ue se 7a 'roducido en la 'roducción de 'latos de uru#eo durante los =lti8os a?os 8e#ora de 8anera notale la e,iciencia de las torres. Aun:ue es necesario9 tener en cuenta :ue deido a la tendencia del glicol a ,or8ar es'u8a9 se reco8ienda un 8íni8o de * 'ulgadas de se'aración entre los 'latos. Esto garanti%a una 8e#or o'eración de la torre ; ,acilita 'osterior8ente las laores de ins'ección ; 8anteni8iento de los e:ui'os de trata8iento ; trans'orte :ue se utili%an en el trata8iento de gas natural9 de tal ,or8a :ue el gas este dentro de la nor8a 'ara su co8erciali%ación ; distriución
c.$ ál"ulas de 1Apansión. En 6ista :ue9 'or lo general el glicol en el 7orno se encuentra a 'resión at8os,+rica ; en asoredor eiste alta 'resión9 se dee de utili%ar una 6a 'resión de traa#o del se'arador esta entre 1- ; 21 l'ca. . Este e:ui'o no se instala en 'lantas :ue 8ane#an ( MM P"ND9 no sie8're se #usti,ica la instalación de estos se'aradores en el 'roceso de des7idratación de gas natural. e.$ Filtros. Estos e:ui'os sir6en 'ara se'arar las i8'ure%as9 tales co8o 'roductos de degradación del glicol9 7idrocaruros de alto 'eso 8olecular9 'roductos de la corrosión ; otras i8'ure%as arrastradas 'or el gas. >os ,iltros 8
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f.$ Intercam)iadores de Calor! El interca8iador de calor! es un e:ui'o 'ara recu'erar el calor :ue se retira del siste8a9 con el ,in de trans,erirlo a otra corriente. Es una ,or8a sencilla de a7orrar energía. >os interca8iadores de calor son e:ui'os 'ara la trans,erencia de calor9 donde nor8al8ente no eisten ca8ios de ,ase. >os 8is8os se clasi,ican seg=n su ti'o de construcción ; la con,iguración de ,lu#o. Eisten 8uc7os ti'os de interca8iadores así co8o nu8erosas clasi,icaciones9 las cuales 'ueden asarse en sus características ,ísicas9 sus ,unciones9 seg=n el 'roceso in6olucrado. El 'a'el de los interca8iadores de calor 7a ad:uirido una creciente i8'ortancia9 en los 'rocesos industriales9 en 6ista :ue los usuarios 7an considerado la necesidad de a7orrar energía en el 'roceso de des7idratación. >uego se desea otener un e:ui'o9 :ue o'ti8ice el 'roceso9 ; 'or lo tanto 'ueda a7orrar energía9 en la reali%ación del 'roceso con una alta e,iciencia. >a utili%ación del interca8iador de calor en el 'roceso de des7idratación del gas natural9 es ,unda8ental8ente 'ara en,riar el glicol 'ore :ue 6iene del 7orno. Para :ue este 'roceso ocurra se utili%an interca8iadores de tuo ; carcasa o de dole tuo. El glicol rico se 'uede calentar 7asta una te8'eratura de (--F9 'ara ello se utili%a una solución caliente :ue sale del 7orno9 con el ,in de a7orrar co8ustile. A la salida del interca8iador el glicol 'ore 'uede ser en,riado 7asta -- F. >a te8'eratura de la solución :ue regresa al asoredor 'uede a#arse aun 8a o'ti8i%ación del 'roceso de des7idratación de gas natural9 no solo se dee reali%ar en ,unción de un an
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sólido9 uen conductor9 :ue se'ara dos ,luidos :ue se interca8ian energía 'or trans8isión de calor. En la industria los interca8iadores de calor utili%ados son los interca8iadores de tuo ; carca%a9 ; su ,unción consiste en e6aluar el coe,iciente gloal de calor entre las dos corrientes ,luidas. En la ,igura - se 'resenta un interca8iador de calor del ti'o tuo carca%a9 :ue son interca8iadores de calor :ue cu8'len una ,unción de,inida dentro del 'roceso de des7idratación con glicoles.
Figura ( Intercam)iador de Calor del 3ipo 3u)o Carca0a
>os interca8iadores de calor ti'o carca%a son a8'lia8ente utili%ados en el 'roceso de des7idratación del gas natural9 sea 'ara en,riar el glicol 'ore o calentar el glicol rico En todo caso9 :ueda claro9 :ue el 'a'el de los interca8iadores de calor 7a ad:uirido una creciente i8'ortancia9 en los 'rocesos industriales9 en 6ista :ue los usuarios 7an considerado la necesidad de a7orrar energía9 en los 'rocesos industriales. "uando se desea reali%ar una e6aluación energ+tica de un 'roceso9 de tal ,or8a :ue a la 7ora de 7acer una e6aluación del gasto energ+tico9 sea un 'ar<8etro 'ositi6o9 'ara la e6aluación de la e,iciencia ; rentailidad del 'roceso. Para reali%ar una e6aluación energ+tica del 'roceso de des7idratación de gas natural con glicol9 se desea tener un e:ui'o9 :ue o'ti8ice el 'roceso9 ; 'or lo tanto 'ueda a7orrar energía9 ; :ue el 'roceso sea reali%ado con una alta e,iciencia. >a o'ti8i%ación del 'roceso9 no solo se dee reali%ar en ,unción de un ana 8<i8a te8'eratura en la 'ared del tuo 'odría li8itarse a 77
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unos *21 F ; el ,lu#o de calor a un 6alor de 43-- U&'ie 7ora. El dise?o del 7orno dee de asegurar la e6a'oración del agua 7asta alcan%ar la concentración deseada9 la cual 7a; :ue indicar en ,or8a 're6ia9 ; es i8'ortante 'ara 7acer la e6aluación de la e,iciencia del 'roceso9 de des7idratación del gas natural9 sea cual sea su uso ,inal El dise?o del 7orno dee asegurar la e6a'oración del agua 7asta alcan%ar la concentración deseada.
h.$ a 'arte 'rinci'al de este a'arato se encuentra en el 7orno. El regenerador 'uede calentarse con 6a'ores de agua9 con aceite de calenta8iento o ,uego directo. >a 8<i8a te8'eratura en la 'ared del tuo 'odría estar li8itada 7asta unos *21 F ; el ,lu#o de calor a 4.3-- K&U7ora 'ie L.>os 6a'ores de agua son 6enteados a tra6+s de un des'o#ador :ue consiste de una colu8na rellena con un ser'entín en la 'arte su'erior o de o ( 'latos dentro de la colu8na. Este ser'entín condensa 'arte del 6a'or de agua 'ara ,or8ar un re,lu#o en la colu8na :ue 'er8ite re8o6er la 8a;or cantidad de agua. En el caso de utili%ar K&EGL se 'uede lograr un grado de 'ure%a de /392@ PP. Para e6itar :ue se desco8'onga el glicol9 se reco8ienda no 'asar las te8'eraturas de regeneración de los ni6eles 8ostrados en el cuadro 0Cuadro % 3emperaturas * 3ipo de Glicol &e8'eratura li8ite F &i'o de Glicol ((EG (4DEG *-&EG %.$ Gas de despo'amiento Este gas es utili%ado 'ara 8e#orar el 'roceso de destilación sin tener :ue au8entar la te8'eratura. Se in;ecta en el re7er6idor 'ara o'ti8i%ar el trata8iento del glicol. El uso de gas de des'o#a8iento re'resenta una e,iciencia e:ui6alente a la :ue se otendría con 'lantas 8uc7o 8a utili%ación de un 'lato 6ertical o sección e8'acada en el a#ante uicado entre el re7er6idor ; el acu8ulador. El gas seco re8o6er< el agua adicional. El glicol ,lu;e 7acia el acu8ulador 8ientras el gas seco 'asa a la colu8na de des'o#a8iento sar =sperges de Gas. Otro 8+todo de introducir gas de des'o#a8iento es usar as'erges de gas dea#o de los tuos de ,uego del re7er6idor. A 8edida :ue el gas ,lu;e a tra6+s del re7er6idor9 el gas es in;ectado en el reci'iente donde se calienta con el glicol9 de esta 8anera se 8e#ora la 'ure%a del glicol :ue ,lu;e 7acia el acu8ulador.
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El gas de des'o#a8iento se 'uede in;ectar 7asta :ue el glicol salga 'or el to'e de la torre. "uando ca8ien las condiciones del 'roceso se dee 6eri,icar si toda6ía se re:uiere el gas de des'o#a8iento. "uando se utili%a innecesaria8ente se 8algasta dinero9 deido al costo del gas :ue se in;ecta al siste8a. El caudal del gas de des'o#a8iento 6ariar< con la concentración deseada ; el 8+todo de asorción utili%ado en el 'roceso de des7idratación. Nor8al8ente se usa entre ; 0- P"N 'or galón de glicol. Por lo general los ,aricantes su8inistran cartas 'ara el uso de gas de des'o#a8iento ; un 8anual de instrucciones. Aun:ue9 ta8i+n se 'uede deter8inar en ,or8a gr<,ica. El gas de des'o#a8iento se a'lica 'ara 8e#orar la 'ure%a del K&EGL se agrega una corriente de gas de des'o#a8iento :ue es uru#eado a tra6+s del glicol9 en el 7orno9 ; :ue sale 'or el to'e con el 6a'or de agua9 con este 'roceso se 'ueden lograr concentraciones del K&EGL de 7asta //91@ PP. En la ,igura 0 se 'resenta una ,igura :ue 'er8ite estalecer la cantidad de gas de des'o#a8iento :ue se re:uiere a'licar al 'roceso de des7idratación del gas natural con glicol.
Figura (% 1fecto del gas de despo'amiento en la concentración del 31G
>a ,igura 0 'resenta en el Te#e de las TQ la concentración de &EG en 'orcenta#e 'eso sore 'eso K@PPL9 8ientras :ue en el Te#e de las T 'resenta el gas de des'o#a8iento de P"Ngalones de &EG. El 'roceso se reali%a a una te8'eratura de cuatrocientos grados K*-- FL. Esto corres'onde al 'unto de uru#eo de la 8e%cla agua) &EG a *-- F. Es de 7ace notar :ue se 'ueden alcan%ar concentraciones del K&EGL a //91@ PP9 'ara ello es necesario 7acer 'asar el glicol :ue sale del 7orno a tra6+s de una colu8na 79
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des'o#adora con relleno9 en el cual se usa gas de des'o#a8iento :ue es uru#eado a tra6+s del glicol9 en el 7orno9 ; :ue sale 'or el to'e con 6a'or de agua9 de esta ,or8a se 'ueden lograr concentraciones de 7asta //91@PP "audal de gas de des'o#a8iento re:uerido 'ara lograr una deter8inada 'ure%a del &EG en @PP de la solución rica :ue sale del asoredor9 la te8'eratura de traa#o del re7er6idor9 :ue general8ente se utili%an K*--FL >a 'ure%a del Glicol se :ue se logra a la 'resión nor8al K0*92 l'caL ; te8'eratura de o'eración de *--FL Pure%a del glicol :ue se desea lograr con el gas de des'o#a8iento KAL. Para la utili%ación de la ,igura se re:uiere uscar un 'unto 8edio9 ; desde allí tra%ar una línea 6ertical 7asta la te8'eratura del re7er6idor. Desde allí se diu#a una línea 7ori%ontal :ue se interce'ta con la 6ertical :ue 'arte del 'unto seleccionado :ue re'resenta la 'ure%a del glicol rico. En la intersección de estas dos líneas se lee la cantidad de gas de des'o#a8iento re:uerido9 'unto :ue es de 6ital i8'ortancia 'ara la e,iciencia del 'roceso de des7idratación del gas natural. A7ora 'ara. 8e#orar a=n 8
Cuadro %%
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o8eo 'odría li8itarse a 02- F9 'or lo general 'ara asegurar el o8eo se instala un acu8ulador de glicol
B.$ 3an/ue de compensación! este e:ui'o 'uede estar integrado al re7er6idor o ser un reci'iente se'arado9 donde se de'osita el glicol regenerado a tra6+s de este se 7ace 'asar una corriente de gas 'ara 8e#orar a=n 8
Cuadro %(
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>a ,igura re'resenta en ,or8a total el ,lu#o :ue 7a de eistir en el 'roceso de des7idratación del gas natural con KE&GL. En la ,igura se oser6a9 :ue el gas con agua Kgas 7idratadoL9 :ue 7a sido 're6ia8ente 'asado 'or un de'urador9 'ara :ue :ueden las i8'ure%as sólidas ; lí:uidas9 entra 'or en ,ondo de la torre de asorción o contactor. >uego el gas 6ia#a 7acia el to'e de la torre en contracorriente al &EG 'ore :ue 6ia#a del to'e al ,ondo de la torre. El gas entra en contacto con el glicol en cada ande#a con co'as9 con lo cual 7ace 'osile :ue el glicol asora el 6a'or de agua contenido en la corriente de gas. El gas seco Kgas an7idroL9 sale 'or el to'e de la torre ; 'asa a tra6+s de un se'arador9 en donde se se'aran las gotas de glicol :ue 'ueda contener el gas. El &EG rico o &EG con agua aandona la torre 'or el ,ondo9 donde 6a a los tan:ues de recu'eración. En la ,igura el tan:ue corres'ondiente al tan:ue de 6a'ori%ación9 ; en el 'unto KAL se encuentra el re7er6idor Es de 7acer notar :ue el glicol 7=8edo no solo asore el 6a'or de agua de la corriente de gas9 sino :ue ta8i+n asore las ,racciones de 7idrocaruros :ue toda6ía se encuentra en el 'roceso. Posterior8ente9 el glicol 'asa a tra6+s de un tan:ue de 6a'ori%ación a a#a 'resión. A:uí la 8a;oría de los 7idrocaruros se e6a'oran ; se en6ían al :ue8ador del re7er6idor9 donde 'ueden ser recu'erados9 'ero 'ri8era8ente deen de 'asar 'or el se'arador9 :ue ,or8a 'arte del 'roceso de des7idratación del gas natural. En la %ona de Orocual $e'=lica oli6ariana de Jene%uela9 eiste una 'lanta des7idratadora de gas. El gas llega a la estación a una 'resión de 0(-- Kl'c8L. >a ,unción de la 'lanta des7idratadora es etraer el agua de la corriente de gas9 :ue entra a la 'lanta 'ara de#arlo dentro de la Nor8a K ( 7lbH 2 0 / MMPCND ) . El gas 82
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des7idratado o gas an7idro se utili%a 'ara recu'eración secundaria9 en 6ista :ue se in;ecta en los 'o%os 'etroleros. &a8i+n 'arte del gas otenido es trans,erido 7acia la %ona industrial de Maturín9 donde es utili%ado co8o ,uente energ+tica. Parte del gas es en6iado ta8i+n al "entro de Acondiciona8iento de gas9 en el "o8'le#o Cuse'ín9 Estado Monagas9 donde 'uede ser so8etido a un 'roceso de etracción de lí:uidos K>GNL. En la ,igura ( se 8uestra un es:ue8a de la 'lanta des7idratadora de Gas de Orocual
Figura (, 1s/uema de la Planta Deshidratadora rocual
>a ,igura ( re'resenta un es:ue8a del 'roceso de des7idratación de gas natural. >a des7idratación se reali%a a tra6+s del Proceso de Asorción con &rietilenglicol K&EGL9 Este co8'uesto tiene una concentración 8a;or al //@ PP. >o :ue indica :ue su contenido de agua es 8enor al 0@ de agua. >a concentración del co8'onente des7idratador es de 8uc7a i8'ortancia9 'ara la e,iciencia del 'roceso. >a des7idratación del gas natural se inicia con la entrada del gas 7=8edo o gas 7idratado9 :ue contiene 'or lo 8enos 2 liras de agua 'or cada 8illón de 'ies c=icos nor8ales de gas El ,luido ingresa al 'roceso de des7idratación 'or la 'arte in,erior de la torre contactora9 donde ocurre la se'aración del agua del gas. >a corriente de gas 7=8edo9 des'u+s de ingresar a la torre contactora ,lu;e 7acia los ni6eles su'eriores de la torre9 donde entra en contacto con el glicol9 el cual asore el agua. El gas una 6e% seco Kan7idroL sale de la torre ; 'asa 'or un interca8iador de calor gasglicol ; sale 7acia el cae%al de segregación ; distriución. En la ,igura ( se oser6an todos los 'ar<8etros :ue 'artici'an en el 'roceso de des7idratación del gas9 se oser6a9 'or e#e8'lo la torre contactora9 el 83
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interca8iador de calor gas) glicol9 el se'arador tri,
DiseLo de un istema de Deshidratación de Gas Natura ! Para el dise?o de 'lantas de des7idratación con glicoles se reco8ienda tener en cuenta los siguientes 'ar<8etros :ue se 'resentan en los cuadros 0( ; 0* Cuadro %, parámetros a tener en cuenta el diseLo de planta Descri'ción &e8'eratura KFL Presión Kl'c8L Gas de entrada 4-)0-(-- ; 8a;ores Glicol al asoredor 2-)00(-- ; 8a;ores Succión o8a de &EG 02-)-At8os,+rica Se'arador tri,a e'eriencia 7a de8ostrado :ue la utili%ación del K&EGL9 7ace :ue la des7idratación sea de 8a;or e,iciencia. En el 'roceso el K&EGL se 'one en contacto en contracorriente9 en una colu8na 6ertical de trans,erencia de 8asa9 con una corriente de gas 7idratado 'ara asorer el 6a'or de agua contenido en el gas. El gas natural des7idratado sale 'or la 'arte su'erior de la torre de asorción o contactor. El K&EGL rico en agua se en6ía a un se'arador de a#a 'resión de tras ,ases Kgas) aceite) glicolL. Esto es9 'or lo general conocido co8o tan:ue de e'ansión. >os 7idrocaruros lí:uidos sorenadantes se recogen en el este tan:ue9 el cual se coloca aguas dea#o de la torre de asorción ; se 6acían a una instalación de trata8ientos de aguas de desec7o9 :ue ta8i+n tiene ser tratada9 si se :uiere 6ol6er a utili%ar9 sea 'ara otros trata8iento o 'ara el consu8o 7u8ano9 en a8os casos el agua tiene :ue estar dentro de la nor8a estalecida.
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El K&EGL rico 'ro6ee de re,lu#o a la colu8na destiladora. Al salir del contactor 'asa 'or un ser'entín K&EG)Ja'or de aguaL9 el cual esta situado en el to'o de la colu8na ; llega al tan:ue de 6enteo9 luego se ,iltra9 se 'recalienta en un interca8iador de calor glicolglicol ; entra a la colu8na donde es contactado en contracorriente 'or los 6a'ores :ue salen del re7er6idor. El glicol regenerado ,lu;e a tra6+s del re7er6idor ; reosa a un tan:ue de co8'ensación. Des'u+s del interca8io de calor con glicol rico9 el glicol reconcentrado se recoge con la o8a de circulación ; se recicla a la torre contactora9 a la cual entra a tra6+s de un interca8iador de calor integral gasglicol 'ara su en,ria8iento ,inal En la ,igura * se 'resenta una 'lanta tí'ica de des7idratación de gas natural con &EG9 en la cual se oser6a lo siguiente!
Figura (4 Planta de Deshidratadora con 31G
a.$ Columna de a)sorción ! >a colu8na de asorción o contactor9 es una colu8na rellena de 'latos donde un 'roducto lí:uido adsore a otro9 es decir :ue en este 'roceso el gas a des7idratar se 'one en contacto con el glicol :ue entra 'or el to'e de la colu8na de des7idratación 'ara retener el agua. . >a colu8na de asorción 'uede tener un de'urador incor'orado9 'ara la re8oción de lí:uidos ; sólidos aguas arria del contactor de glicol. >a 'ure%a del glicol es de gran i8'ortancia 'ara un e,iciente 'roceso de des7idratación! ).$ ;a tasa de flu'o del glicol! 'ara una solución de 'ri8era 'ruea9 se 'uede su'oner una tasa de circulación de glicol de tres K(L galones de glicol 'or lira de 6a'or de agua en el gas de entrada K( galones de glicollira de 6a'or de aguaL. Al anali%ar las di6ersas 6ariales :ue inter6ienen en el dise?o9 tales co8o el n=8ero de 'latos del contactor9 los ca8ios cli8as 'lantas de glicol nor8al8ente
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