ING.: RAUL FLORES N.
11/15/2016
Todo gas natural de producción está totalmente saturado con agua en su fase de vapor, porq po rque ue pr prov ovie iene ne de un ya yaci cimi mien ento to sa satu tura rado do (e (en n eq equi uillib ibri rio) o) co con n ag agua ua.. Ad Adem emás ás generalmente el gas contiene CO2 y H2S que se remueven con soluciones acuosas tales como aminas, carbonato de potasio, etc., que saturan el gas con agua. A fin de remover la mayor cantidad de agua, es necesario deshidratar el gas por las siguientes razones: •
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Para diseñar un sistema de deshidratación se requiere información preliminar tal como
Normalmente el gas está saturado cuando llega a la planta o cuando sale de una unidad de endulzamiento. Sin embargo, por lo regular la composición de entrada se suministra en base seca; por lo tanto, el contenido de agua del gas húmedo de entrada debe ser determinado. Además, con base en la composición húmeda, debe determinarse la temperatura de hidrato a una presión dada, a fin de que el gas pueda ser deshidratado lo suficiente para evitar la formación de hidratos y cumplir con la especificación de contenido de agua. La cantidad de agua a ser removida del gas húmedo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cuál de las razones 1 o 2 sea la que controla. En cualquier caso, se establece el contenido de agua en el gas seco que sale, o el correspondiente punto de rocío por agua. 11/15/2016
El hidrato . Se forma en sistemas de gas o de líquidos recuperados del gas natural (NGL), cuando el gas o el líquido está en o por debajo del punto de rocío del agua, normalmente cuando hay presencia de agua líquida sin embargo; no necesariamente tiene que darse esta condición, pues una vez que el gas este saturado, el agua libre puede pasar directamente de vapor a sólido sin formar líquido. La temperatura de formación de hidrato a una presión dada depende de la composición del gas. 11/15/2016
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La formación de hidratos puede , para eliminar la formación de agua condensada en fase líquida o sólida. Sin embargo, en algunos casos este proceso puede no ser práctico o económico. En estos casos, la inhibición puede ser un método efectivo para prevenir la formación de hidratos. En la , donde se combina con la fase condensada acuosa para bajar la temperatura de formación de hidrato a una presión dada. Tanto el glicol como el metanol pueden ser recuperados en la fase acuosa para ser regenerados y reinyectados. 11/15/2016
Para procesos de inyección continua hasta - 40 F, normalmente los glicoles ofrecen unas ventajas económicas comparadas con la recuperación de metanol por destilación. °
Sin embargo, a temperaturas criogénicas por debajo de - 40 F, el metanol se favorece por su baja viscosidad lo que facilita su separación del hidrocarburo por gravedad y porque la viscosidad del glicol se vuelve excesiva dificultando la separación efectiva. Es de anotar que normalmente el metanol se inyecta puro. °
Los glicoles usados para inhibir hidratos son el etilen (EG), dietilen (DEG) y trietilen (TEG) glicol, siendo el más popular por su bajo costo, baja viscosidad y baja solubilidad en hidrocarburos líquidos. 11/15/2016
Para que la inhibición sea efectiva, el inhibidor debe estar presente en el punto exacto en el cual el gas húmedo es enfriado a su temperatura de hidrato. Por ejemplo, en plantas de refrigeración, glicol se inyecta en forma de rocío a la entrada del lado de los tubos del intercambiador gas - gas, y cuando el agua condensa, el inhibidor está presente para mezclarse con ella y prevenir la formación de hidratos. La inyección debe ser de forma tal que permita una buena distribución a través de cada tubo o placas, en intercambiadores de calor operando por debajo de la temperatura de hidrato del gas.
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Soluciones glicol - agua e hidrocarburos líquidos, pueden formar una emulsión cuando se agitan o cuando se expanden de alta a baja presión como en una válvula de expansión JT. Para conseguir una completa recuperación del glicol diluido para posterior regene ración y reinyección, debe hacerse un diseño cuidadoso del separador. El regenerador en un sistema de inyección de glicol debe operarse para producir una solución de glicol regenerado, cuyo punto de congelación esté por debajo de la mínima temperatura encontrada en el sistema. Una concentración típica está entre 75 y 80% en peso.
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Cuando la inhibición de hidratos no es factible o práctica, se usa el proceso de deshidratación que puede ser con un desecante líquido o sólido; aunque usualmente es más económico el proceso con líquido, cuando se cumple con las especificaciones de deshidratación requeridas. El glicol más comúnmente usado para deshidratación del gas natural es el ) con el cual se pueden alcanzar contenidos de agua de 4 lb/MMscf que no son posibles con otros glicoles. Los otros glicoles que pueden usarse son el dietilen glicol (DEG) con el cual se puede llegar a un contenido de agua de 7 lb/MMscf y el tetraetilen glicol (TREG). 11/15/2016
En la fig. puede observarse que el gas húmedo que llega a la unidad pasa por un separador que comúnmente está integrado al fondo de la torre contactora o absorbedora, y entra por el plato de fondo. El glicol regenerado se bombea al plato de cima de la torre absorbedora y a medida que fluye hacia abajo, va absorbiendo agua del gas que fluye en contracorriente desde el plato de fondo. Por el fondo de la absorbedora sale una mezcla agua glicol rico que pasa por el serpentín condensador de reflujo y va al tanque "flash", en el cual se separa la mayor parte del gas disuelto.
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La mezcla acuosa de glicol pasa por el intercambiador de calor glicol rico - glicol pobre y va a la torre regeneradora en la cual, el agua absorbida se destila del glicol por aplicación de calor, a presión muy cercana a la atmosférica. El glicol pobre regenerado fluye a través del intercambiador de calor glicol rico glicol pobre y se recicla con bomba a la torre absorbedora, mediante enfriamiento previo. –
En este capítulo se manejaran las diferentes tecnologías usadas para el fin de deshidratar el gas, al igual que sus respectivos equipos.
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Una buena práctica es instalar un separador para el gas de entrada, aun si la unidad de deshidratación está cerca al separador de producción. Se busca poder separar cantidades grandes de agua fresca o salada, hidrocarburos, químicos de tratamientos o inhibidores de corrosión, a fin de evitar su paso a la absorbedora o contactara, pues aun pequeñas cantidades de estos materiales, causan pérdidas excesivas de glicol debido a la formación de espuma, reducen la eficiencia e incrementan el mantenimiento. 11/15/2016
Es una vasija que puede ser de platos de burbujeo, de válvulas o con empaque que promueve el proceso de absorción de agua del gas natural en una solución de glicol.
En este tambor la mayor parte del gas natural disuelto se separa de la solución de glicol rico y se envía a gas combustible. La presión de operación debe ser lo suficientemente baja para promover la separación del gas, pero a la vez lo suficientemente alta para que pueda entrar al sistema de gas combustible. 11/15/2016
La despojadora contiene una sección de serpentín en la cima de la columna, a través de la cual fluye glicol rico para enfriar los vapores que suben de la parte inferior. Esto genera un reflujo que minimiza las pérdidas de glicol en el vapor de agua despojada. Por debajo de la boquilla y distribuidor de entrada del glicol rico, se encuentra una sección empacada usualmente con sillas de cerámica. 11/15/2016
El Rehervidor tiene que ser diseñado para suministrar el calor adecuado para elevar la temperatura del glicol rico al nivel requerido para su regeneración. La temperatura del TEG no debe ser superior a 400 F para °
evitar su descomposición.
Esta bomba circula el glicol a través de los equipos. Puede ser manejada por motor eléctrico o con gas a alta presión. Si se bombea glicol en exceso, no se alcanza la temperatura requerida de regeneración en el rehervidor.
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Un nivel aceptable de pérdidas está en el orden de 0.1 gal/MMscf de gas tratado, lo cual es equivalente a menos de 1 lb de glicol por MMscf. Las pérdidas ocurren en la cima de la contactora influenciadas por la temperatura y presión de operación, en la torre regeneradora y por fugas en la bomba, filtros, tuberías y durante limpieza de filtros.
En el proceso de regeneración del glicol rico a glicol pobre, el agua que ha sido absorbida en la contactora se libera en la regeneradora y se ventea a la atmósfera. Desafortunadamente, el glicol no solamente absorbe agua en la contactora sino hidrocarburos y gas ácido. 11/15/2016
Los hidrocarburos parafínicos normalmente no se absorben pero los aromáticos sí. En la página 20-32 del GPSA puede observarse que cantidades substanciales de ciertos aromáticos pueden ser absorbidos para ser luego liberados a la atmósfera, a menos que dichos vapores sean capturados de alguna manera, mediante procesos que son generalmente costosos. La evaluación del sistema de TEG involucra establecer su concentración mínima para alcanzar la especificación de punto de rocío por agua. La Fig. 20-54 del GPSA muestra el punto de rocío por agua de una corriente de gas natural en equilibrio con una solución de TEG a varias concentraciones y temperaturas. 11/15/2016
1.
Como criterio de diseño el flujo real de inhibidor debe ser aproximadamente el doble del flujo
calculado en forma teórica. 2.
Cuando se utiliza el glicol para prevenir formación de hidratos, la regeneración se hace hasta 60-80 %
peso. 3.
Cuando se utiliza glicol en el proceso de deshidratación, la regeneración se hace a la mayor pureza
posible 99 .5 % peso o más. 4.
Si en una instalación existen los procesos de inhibición de hidratos y deshidratación con glicol, se
requieren dos sistemas independientes para su regeneración.
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5.
Como en la operación real no se da la condición de equilibrio sino una condición dinámica, para
diseño se usan aproximaciones como por ejemplo, si el objetivo es una depresión hasta O F, se trabaja con °
10 / -20 F o sea una aproximación de 10/20 F. Si los cálculos dan que se requiere una pureza de glicol de °
°
99 %, se trabaja con 99.5 %.
6.
El enfriamiento del glicol pobre que se recicla a la cima de la absorbedora se debe hacer alrededor de 5
10 F por encima de la temperatura de entrada del gas húmedo en el fondo, a fin de evitar condensación de
–
°
hidrocarburos del gas que causen formación de espuma. 11/15/2016
7.
Diseños económicos utilizan ratas de circulación de 2 5 gal TEG/lb H2O absorbida.
8.
El número de platos teóricos típicos entre 1 3, los platos reales entre 4 y 12. La conversión de etapas
–
–
de equilibrio a platos reales puede hacerse asumiendo una eficiencia global de plato entre 25 % para platos de burbujeo y 33 % para platos de válvulas. Para empaque, la relación de altura equivalente de empaque a plato teórico (HETP) varía con la rata de circulación de TEG, el flujo y la densidad del gas; pero un valor de 36 60 pulgadas es normalmente adecuado. –
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9.
La temperatura de entrada del gas húmedo debe estar entre 60 120 F. Cuando la temperatura de la –
°
absorbedora está por debajo de 60 F, el incremento en la viscosidad del TEG puede reducir la eficiencia en °
la transferencia de masa. 10. El espaciamiento típico entre platos en la absorbedora es 24 pulgadas. Sin embargo, la altura total de la torre estará de acuerdo con el número de platos o la altura de empaque requerida, más de 6 10 adicionales –
para permitir el retiro de vapor al líquido por encima del plato de cima, distribución del gas de entrada por debajo del plato de fondo y espacio para colectar glicol rico en el fondo. 11/15/2016
11. Tradicionalmente se han usado platos de burbujeo en absorbedores de glicol, porque permiten bajas ratas de líquido vs. Flujo de gas; sin embargo, el empaque estructurado está siendo muy aceptado, porque permite reducción significativas en diámetro, y alguna reducción en altura.
12. Para desgasificación se requiere un tiempo de retención mínima de 3 5 minutos. Si se va a remover –
hidrocarburo líquido, se requiere un tiempo de retención de 20 30 minutos. –
13.Presión de operación = 60 psig. 11/15/2016
14. Temperatura de operación = 140 160 F si a continuación se en encuentra el intercambiador glicol rico –
°
glicol pobre.
–
15.Temperatura de alimento a la despojadora de agua
≈
300 F. °
16. Temperatura del glicol pobre frío 150 F. ≈
17. Aproximación approach lado caliente “
”
°
≈
40 F. °
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18. Presión
≈
atmosférica.
19. Temperatura de fondos: TEG < 400 F (preferible 380 F) °
°
TEG > 340 F (preferible 320 F) °
°
20. Temperatura de cima para minimizar pérdidas de glicol = 210 F. °
21. Reflujo para minimizar pérdidas condensador para minimizar pérdidas
≈
≈
30 % del efluente de la absorbedora. Cantidad de calor Duty en “
25% del calor de vaporización del agua absorbida. 11/15/2016
”
22. Número de platos teóricos 3 4 (Rehervidor, 1 2 platos teóricos y condensador). –
23.
–
La cantidad de calor Duty del rehervidor está en el orden de 1 500 Btu/gal de glicol recirculado. “
”
24. Temperatura del glicol pobre a la absorbedora = Temperatura de entrada del gas húmedo + 5 a 10 F. °
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