Extraccion líquidos.doc

PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL MSc Marco Antonio Calle Martínez

CAPÍTULO 1 EXTRACCIÓN DE LÍQUIDOS DEL GAS NATURAL NATURAL Y EL CONTROL DEL PUNTO DE ROCÍO POR HIDROCARBUROS 1.1 Introdu!"n Los líquidos del gas natural comprenden los componentes que se pueden extraer del gas natural para mantenerlos en estado líquido. Por lo tanto es la parte más más pesa pesada da de la mezc mezcla la de hidr hidroc ocar arbu buro ross y se rei reier eree al prop propan ano o y los los componentes más pesados. !e ordinario" se habla del #PM" indicando con esta expresi$n la cantidad de galones de líquido C%& que se pueden separar por mil pies c'bicos de gas" medidos en condiciones condicion es normales. La bibliograía habla del #PM ( % como un gas rico" es decir con un ele)ado contenido de C%&" por otra parte" en la actualidad )alores menores de #PM se consideran rentables debido al alza del precio del petr$leo y los demás hidrocarburos a ni)el mundial. *ambi+n se pued puedeen calc calcul ular ar )alo )alorres de #PM #PM C,& C,& $ #PM #PM C-& C-& de acuer cuerdo do a los los requerimientos de la norma.

l punto de rocío de los hidrocarburos /P012" para una presi$n determinada" es la temperatura a la cual se empiezan a condensar los hidrocarburos de la mezcla de gas. l punto de rocío al agua /P0A2 es la temperatura a la cual el )apor de agua se empieza a condensar de la mezcla gaseosa" a una presi$n determinada. Por otra parte" el gas de )enta debe cumplir especiicaciones no solam solamen ente te por por cont conten enid ido o de agua agua sino sino cump cumpli lirr cier cierto toss requ requer erim imien iento toss con con respecto al punto de rocío por hidrocarburo.


!ado que el punto de rocío por hidrocarburo )aría con la composici$n" la presi$n y la temperatura" la deinici$n de punto de rocío por hidrocarburo incluye los parámetros de presi$n y temperatura.

4ormalmente el punto de rocío por hidrocarburo se especiica como una temp temper erat atur uraa máxim máximaa a una una pres presi$n i$n sele selecc ccio ionad nada. a. n esta estados dos 5nidos 5nidos estas estas especiicaciones son -6 78 máximo a 9:: Psia" mientras tanto en ;enezuela la espe especi cii ica caci ci$n $n es de %< 78. 78. la die diere renc ncia ia radi radica ca en el hech hecho o de que que las las temperaturas ambientales son dierentes. stos )alores de presi$n se seleccionan porque generalmente esta cerca de la temperatura cricondent+rmica para para el gas de )enta.

La raz$n para el )alor de la temperatura de P01 es asegurar que no se ormen hidrocarburos líquidos en la tubería" cuando la línea se enría a la temperatura de la tierra" o cuando hay enriamiento debido a la expansi$n. !icha especiicaci$n de punto de rocío es adecuada a in de e)itar hidrocarburos líquidos en los sistemas de distribuci$n de gas natural.

Para Para alca alcanz nzar ar la espe especi cii ica caci ci$n $n de punto punto de rocí rocío o por por hidr hidroc ocar arbur buro" o" es necesa necesario rio tratar tratar el gas para para remo)e remo)err práctic prácticam amente ente todos todos los hidroca hidrocarbu rburos ros pesados de la mezcla.

l procesamiento del gas natural generalmente de dos tipos de procesos=

•

Procesos de extracci$n de líquidos de gas natural

stos procesos eect'an la extracci$n de los licuables del gas natural por eecto de la rerigeraci$n $ absorci$n y condensaci$n de los mismos.

•

Procesos de raccionamiento de gas natural


!ado que el punto de rocío por hidrocarburo )aría con la composici$n" la presi$n y la temperatura" la deinici$n de punto de rocío por hidrocarburo incluye los parámetros de presi$n y temperatura.

4ormalmente el punto de rocío por hidrocarburo se especiica como una temp temper erat atur uraa máxim máximaa a una una pres presi$n i$n sele selecc ccio ionad nada. a. n esta estados dos 5nidos 5nidos estas estas especiicaciones son -6 78 máximo a 9:: Psia" mientras tanto en ;enezuela la espe especi cii ica caci ci$n $n es de %< 78. 78. la die diere renc ncia ia radi radica ca en el hech hecho o de que que las las temperaturas ambientales son dierentes. stos )alores de presi$n se seleccionan porque generalmente esta cerca de la temperatura cricondent+rmica para para el gas de )enta.

La raz$n para el )alor de la temperatura de P01 es asegurar que no se ormen hidrocarburos líquidos en la tubería" cuando la línea se enría a la temperatura de la tierra" o cuando hay enriamiento debido a la expansi$n. !icha especiicaci$n de punto de rocío es adecuada a in de e)itar hidrocarburos líquidos en los sistemas de distribuci$n de gas natural.

Para Para alca alcanz nzar ar la espe especi cii ica caci ci$n $n de punto punto de rocí rocío o por por hidr hidroc ocar arbur buro" o" es necesa necesario rio tratar tratar el gas para para remo)e remo)err práctic prácticam amente ente todos todos los hidroca hidrocarbu rburos ros pesados de la mezcla.

l procesamiento del gas natural generalmente de dos tipos de procesos=

•

Procesos de extracci$n de líquidos de gas natural

stos procesos eect'an la extracci$n de los licuables del gas natural por eecto de la rerigeraci$n $ absorci$n y condensaci$n de los mismos.

•

Procesos de raccionamiento de gas natural


sto stoss proc proces esos os real realiz izan an la di)i di)isi si$n $n o part partic ici$ i$n n de una una mezc mezcla la de hidrocarburos por destilaci$n" de tal modo que las partes separadas tengan las propiedades especíicas que exige el mercado.

Alguna Algunass tecnolo tecnología gíass

eect eect'an 'an este traba>o traba>o y combin combinan an los dos anterior anteriores es

proceso y son=

•

Ciclos cortos de adsorci$n

•

0erigeraci$n mecánica

•

Absorci$n con aceite pobre

•

*urboexpansi$n

Seg'n el #PSA la selecci$n de uno de estos procesos para una aplicaci$n especíica depende de=

•

Composici$n del gas

•

Caudal de lu>o de gas

•

conomía de la extracci$n de #LP

•

conomía de la recuperaci$n de etano

A continuaci$n se describen los anteriores procesos explicando con detalle las )ariables de uncionamiento.

1.# 1.# C!$ C!$oo Cor Corto to D% Ad&or d&or! !"n "n.. ste proceso es similar al proceso de adsorci$n cubierto en deshidrataci$n" pero con ciclos mucho más cortos. Se usa normalmente para corrientes de gas con muy ba>os contenidos de propano y butano" pero con suiciente cantidad de C6 y más pesados" que hacen imposible cumplir con la especiicaci$n de punto de


ste proceso es apropiado para gases que contengan menos de - #PM /#alones de propano y más pesados por -::: pies c'bicos normales2. l adsorbente utilizado generalmente es sílica gel. 1ay dos dierencias básicas entre estos procesos para control de punto de rocío por agua y por hidrocarburo como son" para control por hidrocarburo se requieren tres torres y el tiempo de duraci$n del ciclo en cada torre es más corto" usualmente entre ,: a %: minutos contra 9 a -: horas para deshidrataci$n.

La característica atracti)a en un ciclo corto de adsorci$n" es que recupera entre el <: a ?: @ de los pentanos y mas pesados contenidos en el gas" y que se cumple con el punto de rocío por hidrocarburo" como por agua. n la 8ig. -3- se muestra un arreglo típico de una unidad de ciclo corto de adsorci$n con tres torres. s muy importante que un separador antes de esta unidad remue)a todo el líquido libre y los s$lidos que traiga el gas en producci$n.

5n bache de líquido dentro del lecho puede daar el adsorbente y hacer necesario su cambio. La temperatura de adsorci$n debe ser tan ba>a posible sin originar la ormaci$n de hidratos" a in de que se adsorban la mayor cantidad de hidrocarburos pesados.

5na regeneraci$n apropiada del lecho es muy

importante" usándose para este prop$sito una porci$n del gas de proceso. La temperatura del gas de regeneraci$n esta en el orden del 66: 3 6?6 78. la temperatura de salida de Ba torre en calentamiento se lle)a a :: 78.

Así como la adsorci$n y la desorci$n son importantes" una adecuada condensaci$n de los hidrocarburos desorbidos es tambi+n muy importante. Si la condensaci$n es ineiciente" los hidrocarburos no se remue)en del gas de regeneraci$n. n climas cálidos este es el problema principal" requiri+ndose un diseo generoso del condensador. l diseo del separador )ertical a continuaci$n del condensador" tiene que ser holgado para una buena separaci$n de la mezcla hidrocarburos condensados y el gas.


'IG. 1(1 C!$o orto d% )d&or!"n M

#as rico nriamiento

Calentamiento

Adsorci$n

363


1.* R%+r!,%r)!"n M%-n!) l proceso de rerigeraci$n se usa para cumplir con las especiicaciones de punto de rocío por hidrocarburo y por agua para el gas de )enta. La temperatura a la cual debe ser enriado el gas depende del ni)el requerido para alcanzar las especiicaciones de punto de rocío. ste será el requerimiento mínimo de enriamiento. nriar el gas a ni)eles de temperatura por deba>o de este mínimo debe ser >ustiicado por la economía de la recuperaci$n del #LP. sto requiere de una e)aluaci$n econ$mica que considere el beneicio de la recuperaci$n adicional de #LP y los costos de in)ersi$n y operaci$n de las acilidades para ello. La recuperaci$n adicional de #LP se consigue enriando el gas a temperaturas tan ba>as como 3,: a 3: 78 o por contacto del gas con aceite pobre


1.* R%+r!,%r)!"n M%-n!) l proceso de rerigeraci$n se usa para cumplir con las especiicaciones de punto de rocío por hidrocarburo y por agua para el gas de )enta. La temperatura a la cual debe ser enriado el gas depende del ni)el requerido para alcanzar las especiicaciones de punto de rocío. ste será el requerimiento mínimo de enriamiento. nriar el gas a ni)eles de temperatura por deba>o de este mínimo debe ser >ustiicado por la economía de la recuperaci$n del #LP. sto requiere de una e)aluaci$n econ$mica que considere el beneicio de la recuperaci$n adicional de #LP y los costos de in)ersi$n y operaci$n de las acilidades para ello. La recuperaci$n adicional de #LP se consigue enriando el gas a temperaturas tan ba>as como 3,: a 3: 78 o por contacto del gas con aceite pobre en una torre absorbedora. Puesto que el gas que entra a la unidad de rerigeraci$n esta saturado con )apor de agua y la temperatura a la cual se enría esta sustancialmente por deba>o del punto de congelaci$n del agua" se requiere pre)enir la ormaci$n de hielo o hidratos. Como se explic$ detalladamente en el capitulo anterior" la temperatura de ormaci$n de hidratos a una presi$n dad puede ser deprimida por la dicci$n de químicos tales como metanol o glicoles. Como puede obser)arse en la 8ig. -3," en dicho proceso se encuentran tres circuitos totalmente deinidos como son=

•

Circuito de gas natural" al cual se le remue)e agua y líquidos para acondicionarlo a gas de )enta.

•

Circuito de glicol" el cual se utiliza para inhibir la ormaci$n de hidratos en el intercambiador de calor y el chiller " y esta ormado por la unidad de regeneraci$n donde se retira el agua al glicol por e)aporaci$n.

•

Circuito del rerigerante propano" el cual al e)aporarse en el caso del chiller

enría

el

gas

natural

que

pasa

por

los

tubos.


'IG. 1(# Pro%&o d% r%+r!,%r)!"n on ro)no /Sistema típico de inyecci$n de glicol2

3?3


'IG. 1(* D!),r)/) d% +$u0o d%$ ro%&o  d!),r)/) Ent)$2) ( r%&!"n


'IG. 1(* D!),r)/) d% +$u0o d%$ ro%&o  d!),r)/) Ent)$2) ( r%&!"n

D!),r)/) d% +$u0o d%$ ro%&o

D!),r)/) r%&!"n ( %nt)$2)


ETAPA DE EXPANSIÓN Siguiendo el circuito de propano" )emos que es un ciclo simple de rerigeraci$n conormado por=

•

xpansi$n

•

)aporaci$n

•

Compresi$n

•

Condensaci$n

ste ciclo de rerigeraci$n por compresi$n de )apor se representa por la 8ig. -3% y se muestran las cuatro etapas que lo conorman se explican a continuaci$n.

l punto de inicio del ciclo de rerigeraci$n es la disponibilidad del rerigerante líquido. l punto A en la 8ig. -3% representa un líquido en su punto de burbu>a a la presi$n de saturaci$n P A" y entalpía hLA .

n la etapa de expansi$n la presi$n y la temperatura se reducen al pasar a tra)+s de la )ál)ula de control en la cual cae la presi$n al )alor de P D" el cual lo determina la temperatura deseada del rerigerante *D.

n el punto D la entalpía del líquido saturado es h LD y la entalpía correspondiente para )apor saturado es h;D. Como la expansi$n entre A y D ocurre a tra)+s de una )ál)ula de expansi$n y no hay intercambio de energía" el proceso se considera isentálpico" por lo que la entalpía a la entrada y salida de loa )ál)ula es la misma h LA.

Como el punto D esta dentro de la en)ol)ente" )apor y líquido saturado coexisten. Para determinar la cantidad d )apor ormado en el proceso de expansi$n" hacemos E la racci$n de líquido a la presi$n P D con una entalpía h LD. La racci$n de )apor ormada con una entalpía h ;D es /- FE2. Las ecuaciones


/E2hLD & /-3E2h;D ( hLA

c. -

E( /h;D3 hLA2 H /h;D3 hLD2

c. ,

/-3E2 ( /hLA3 hLD2 H /h;D3 hLD2

c. %

'IG 1.3 4-$5u$) d% %6)n&!"n %$%tr"n!)

CAREL E#4


ETAPA DE E4APORACIÓN l )apor ormado en el proceso de expansi$n /A3D2 no suministra ninguna rerigeraci$n al proceso. Calor es absorbido del proceso por la e)aporaci$n de la parte líquida de rerigerante.

Como se muestra en la 8ig.- 3 % esto es a temperatura y presi$n constante. La entalpía del )apor en el punto C es h ;D.

8ísicamente la e)aporaci$n ocurre en un intercambiador de calor denominado e)aporador o chiller. l líquido río E suministra la rerigeraci$n y su eecto rerigerante está deinido como E/h ;D3hLD2 y sustituyendo en la c. , dicho eecto se representa como=

ecto0 ( h;D3hLA

c. 

La capacidad de rerigeraci$n o IdutyJ reerido a la cantidad total de calor absorbido en el chiller por el proceso" generalmente se expresa como toneladas de rerigeraci$n o D*5H unidad de tiempo.

La rata de lu>o de rerigerante está dada por la siguiente expresi$n.

m( Kre H /h;D FhLA2

c.6


'IG. 1(7 Cond%n&)dor %5)or)t!5o

ETAPA DE COMPRESIÓN Los )apores de rerigerante salen del chiller a la presi$n de saturaci$n Pc y la correspondiente temperatura *c con una entalpía h ;D. La entropía en este punto C es SC.

Los )apores se comprimen isentr$picamente a la presi$n PA a tra)+s de la línea C! / 8ig -3%2.

l traba>o isentr$pico /ideal2 i" por comprimir el rerigerante desde P D a PA está dado por=

i ( m /h;! F h;D2

c. <


l )alor h;! está determinado por las propiedades del rerigerante a P A y una entropía SC. Como el rerigerante no es un luido ideal y los compresores no operan idealmente" se deine el t+rmino eiciencia isentr$pica N i para compensar las ineiciencias en el proceso de compresi$n /sta eiciencia se denomina tambi+n adiabática.

l traba>o real de compresi$n puede ser calculado asi=

 ( i HNi ( m/h;! F h;D2H Ni

c. ?

La entalpía a la descarga está dada por

h;! ( /h;! F h;D2H Ni & h;D

c. 9

l traba>o de compresi$n puede expresarse como=

#1P ( H,6.

c. G

!onde ,6. DtuHh ( - hp

'IG. 1.8 Co/r%&or d%$ !$o d% r%+r!,%r)!"n


ETAPA DE CONDENSACIÓN l rerigerante sobrecalentado que sale del compresor P A y *! /Punto ! en 8ig -3%2" se enría a la temperatura de punto de rocío * A a condici$n muy cercana de presi$n constante y se condensa a temperatura constante.

!urante el proceso de desobrecalentamiento y condensaci$n" todo el calor y traba>o acondicionados al rerigerante durante los procesos de e)aporaci$n y compresi$n" deben ser remo)idos de orma tal que se complete el ciclo llegando al punto de inicio A" en el diagrama P31 que se muestra en la 8ig. -3%.

Acondicionado el duty de rerigeraci$n al calor de compresi$n" se calcula el duty de condensaci$n KC! con la siguiente expresi$n=

KC! ( mO/h;D F hLA2 & /h;! F h;D2

K ( m/h F h 2



-:


La presi$n de condensaci$n del rerigerante es una unci$n del medio de enriamiento disponible= aire" agua de enriamiento u otro rerigerante.

'IG 1(9 Cond%n&)dor%& d%$ !$o


E:EMPO 1 ;GPSA< Se )an a

enriar 6-. MMscd del gas /gra)edad especíica :.<6< y

capacidad caloríica :.o del proceso en 8ig. -3%. Calcular=

a. l duty del chiller b. La racci$n de líquido y )apor despu+s de la expansi$n c. l lu>o de rerigerante líquido propano en gpm y )apor en MMscd. d. l traba>o real del compresor y los caballos de uerza de gas /#1P2 e. l calor de compresi$n y el duty del condensador

SOLUCIÓN= ). C)$u$)r %$ dut> d%$ ?!$$%r= /gas2 ( PM/gas2 H PM/aire2 ( :.<6<

PM/aire2 ( ,9.G<,6lbHlbmol


PM/gas2 ( :.<6</,9.G<,62 ( -G.:- lbHlbmol m/gas2( /6-.T-:<2scHdTlbmolH%9:scT-G.:-lbHlbmol T dH,h

m/gas2( -:?"-:lbHh

Masa de líquido condensado"

mlc ( -:?"-: T :.:%6 ( %"?6:lbHh

K/chiller2 ( m/gas2Cp/gas2U* & mlcR c ( Kre

K/chiller2 ( -:?"-:lbHh T :.
@. C)$u$)r $) +r)!"n d% $2u!do > 5)or d%&u& d% $) %6)n&!"n n 8ig -3% se ubica el punto A del inicio del ciclo de rerigeraci$n"

V /*A(9:78 y línea de de líquido saturado2" se lee PA(-6psia y hLA(%::DtuHlb.

5bicar punto D a la salida de la expansi$n"

V /*D(3-:78 y entalpía constante2" se lee P D(%,psia

!eterminar hLD"

V/*D(3-:78 y línea de líquido saturado" se lee h LD(,DtuHlb


'IG. 1( D!),r)/) P(H d%$ ro)no P)r) %$ %0%/$o 1

3 -9 3


5bicar punto a la salida del e)aporador /chiller2"

V/*D(3-:78 y línea de )apor saturado2" se lee h ;D-GDtuHlb

PC(PD(%,psia" *C(*D(3-:78

!e la c ,"

E ( /h;D F hLA2H/h;D F hLD2 ( /-G F %::2H/-G F ,2 ( :.<9 racci$n en peso de líquido

/- F E2 ( - F :.<9 ( :.%, racci$n en peso de )apor


5bicar punto a la salida del e)aporador /chiller2"

V/*D(3-:78 y línea de )apor saturado2" se lee h ;D-GDtuHlb

PC(PD(%,psia" *C(*D(3-:78

!e la c ,"

E ( /h;D F hLA2H/h;D F hLD2 ( /-G F %::2H/-G F ,2 ( :.<9 racci$n en peso de líquido

/- F E2 ( - F :.<9 ( :.%, racci$n en peso de )apor

. C)$u$)r %$ +$u0o d% r%+r!,%r)nt% $2u!do ro)no %n ,/ > 5)or %n MM&+d !e la c. 6" m ( Kre H/h;D F hLA2 ( /6T-:
!e la 8ig. ,%3, del #PSA"

PM/C%2 ( .:G?lbHlbmol

W /C%2 ( .,,<9lbHgal

0erigerante líquido ( ,.6,-lbHh T galH.,,<9lb T hH<:min ( -<9gpm

0erigerante )apor ( ,.6,-lbHh T lbmolH.:G?lb T %9:scHlbmol T ,hHd ( 9.9:MMscd


d. C)$u$)r %$ tr)@)0o r%)$ d%$ o/r%&or > $o& )@)$$o& d% +u%r) d% ,)& ;GHP<. 5bicar punto ! a la salida del condensador"

V/compresi$n isentr$pica de C a ! hasta PA(-6psia2" se lee h;!(6:DtuHlb

!e c. <

i ( m/h;! F h;D2 ( ,"6,-/6: F -G2 ( -.%,T-:
!e c. ?

 ( i H Ni ( -.%,T-:
!e c. G

#1P ( H,6. ( /-.?
%. C)$u$)r %$ )$or d% o/r%&!"n > %$ dut> d%$ ond%n&)dor !e c. 9

h;! ( /h;! F h;D2H Ni & h;D ( /6: F -G2H:.?6 & -G ( <:.%DtuHlb

Calor de compresi$n ( m/h;! F h;D2 ( ,"6,-/<:.% F -G2 ( -.?
!e c. -: KC! ( m/h ;! F hLA2 ( ,"6,-/<:.% F %::2 ( <.9,T-:

1.3 Pro%&o I+%6o$ Como se obser)$ en el proceso de rerigeraci$n anterior" es necesario usar glicol para pre)enir la ormaci$n de hielo e hidratos" y por tanto se requiere la incorporaci$n de un proceso de regeneraci$n del glicol" el cual adiciona costos de in)ersi$n y operaci$n.

stos costos pueden ser disminuidos usando un proceso relati)amente nue)o llamado X8PEYL" el cual se ilustra en la 8ig. -3G.

n este proceso se pre)iene la ormaci$n de hidratos adicionando metanol a la corriente de gas natural que se )a a enriar. 0egularmente el metanol se recupera por destilaci$nZ sin embargo" la separaci$n del metanol del agua es diícil.

n el proceso X8PEYL se usa una inno)aci$n para recuperar la mayor parte del metanol sin regeneraci$n.

n este proceso la corriente de gas que entra" se separa en dos" una parte se pone en contacto en contracorriente con una soluci$n de metanol rico F agua. Como la corriente de gas está saturada con agua" no tomará agua adicionalZ sin embargo" ella no contiene metanol en la entrada de la contactora.

Como el gas está en íntimo contacto con la soluci$n metanol F agua" la mayoría del metanol sale del agua y entra a la ase de hidrocarburo gaseoso. sto hace que se conser)e gran parte del metanol que entra a la contactora. La corriente de gas que sale de la contactora se une a la otra parte del gas de carga antes del proceso río. Metanol adicional se inyecta a esta corriente para saturar completamente el gas con metanol.

Como el metanol está contenido en la ase de )apor" no se requiere distribuir


l gas se enría en los tubos del intercambiador gas F gas y el enriador IchillerJ del proceso río" con lo cual el metanol se condensa con el agua pre)iniendo la ormaci$n de hidratos.

Las p+rdidas de metanol se producen en el gas de )enta y por disoluci$n en el hidrocarburo líquido condensado. Las )enta>as del proceso X8PEYL es que es más simple en equipos y operaci$n" comparado con el proceso de inyecci$n y regeneraci$n de glicol. Adicionalmente" como se di>o en el capítulo anterior" el glicol absorbe hidrocarburos incluyendo aromáticos" adicionando costos por no liberarlos a la atm$sera" lo cual no ocurre en el proceso X8PEYL. La debilidad del proceso X8PEYL es la p+rdida de metanol" el cual tiene que ser repuesto en orma continua.

'IG. 1( Pro%&o I'PEXOL


1.7 A@&or!"n Con A%!t% Po@r% ste proceso consiste en poner en contacto el gas natural con un aceite en una absorbedora" con lo cual compuestos del gas se disuel)en en el aceite.

'IG. 1.1F A@&or!"n d% $2u!do&

La absorci$n de licuables se realiza en trenes absorbedores" utilizando un aceite absorbente de ele)ado peso molecular" el cual despu+s de la secci$n de absorci$n donde se obtiene el gas natural" pasa a un reabsorbedor donde se produce gas combustible por la parte superior y el aceite con los líquidos absorbidos por la parte inerior" posteriormente pasan a una secci$n de )aporizaci$n y inalmente a la secci$n de destilaci$n donde se separan los hidrocarburos ligeros obteni+ndose al inal una corriente líquida de etano más pesados" similar a las de las plantas criog+nicas" la cual pasa a la secci$n de raccionamiento.

Por el ondo de la torre de destilaci$n se obtiene el aceite absorbente pobre" que pasa a un proceso de deshidrataci$n para retornar nue)amente a las


torre absorbedora y reabsorbedora para continuar con el proceso de absorci$n. 5no de los productos principales de esta planta es #as natural seco /#as natural" básicamente metano" listo para su comercializaci$n2 el cual es inyectado al Sistema 4acional de !uctos para su distribuci$n. 4o menos importante es el producto denominado Líquidos del gas natural" el cual es una corriente en estado líquido constituida por hidrocarburos licuables /tano más pesados2 esta corriente constituye la carga a las plantas raccionadoras.

La cantidad de cada componente que se disuel)e en el aceite" se incrementa a medida que disminuye la )olatilidad a las condiciones de temperatura y presi$n de la absorbedora.

Así por e>emplo" mientras s$lo el 9@ del metano en el gas se disuel)e" alrededor del 6:@ de propano" 9:@ del butano y así sucesi)amente" irán a ormar una soluci$n con el aceite.

Los equipos del proceso se muestran en la 8igura -:. l gas rico entra a la torre de absorci$n y luye hacia arriba a tra)+s de la absorbedora" la cual contiene platos o empaque.

A medida que el gas luye hacia arriba" entra en contacto íntimo con el aceite" el cual entra a la torre por la parte superior.

Cuando el gas sale por la cima de la torre" se ha despo>ado de la mayor parte de los componentes pesados.


'IG. 1(11 SISTEMA DE EXTRACCIÓN CON ACEITE POBRE

3 ,6 3


l aceite rico sale por el ondo de la torre ba>o control de ni)el" intercambia calor con la corriente de aceite pobre y entra al tanque IlashJ" el cual opera alrededor de la mitad de la presi$n de la torre de absorci$n. 5na gran cantidad de compuestos li)ianos absorbidos" tales como el Metano son liberados y se en)ían a la recompresi$n.

n acilidades de recuperaci$n de propano y más pesados" el aceite entra a la columna deetanizadora" en la cual se separan del aceite el resto de metano y el etano.

stos gases )an a una )asi>a de presaturaci$n y luego a recompresi$n para >untarse con la corriente principal de gas tratado. !e la torre deetanizadora" el


l aceite rico sale por el ondo de la torre ba>o control de ni)el" intercambia calor con la corriente de aceite pobre y entra al tanque IlashJ" el cual opera alrededor de la mitad de la presi$n de la torre de absorci$n. 5na gran cantidad de compuestos li)ianos absorbidos" tales como el Metano son liberados y se en)ían a la recompresi$n.

n acilidades de recuperaci$n de propano y más pesados" el aceite entra a la columna deetanizadora" en la cual se separan del aceite el resto de metano y el etano.

stos gases )an a una )asi>a de presaturaci$n y luego a recompresi$n para >untarse con la corriente principal de gas tratado. !e la torre deetanizadora" el Aceite Pobre )a a una torre de destilaci$n" donde se separan el aceite y los componentes absorbidos.

Posteriormente el Aceite pobre )a a tra)+s de los tubos de los intercambiadores de calor y los enriadores" a la )asi>a de presaturaci$n en la cual se satura parcialmente con metano y etano y se bombea de regreso a la absorbedora de alta presi$n" pasando por otro enriador para asegurar que la temperatura del aceite pobre no es mayor que la del gas de carga" para maximizar la absorci$n.

Actualmente los cálculos para los balances de materia y energía requeridos en el diseo" se hacen por computador puesto que es necesario un tratamiento matemático riguroso.

Antes de la llegada de los computadores y de los m+todos de cálculo rigurosos" se empleaba un m+todo corto el cual se ilustra a continuaci$n.


Los pasos básicos del m+todo corto son=

-. La absorbedora se disea para extraer del gas un componente en particular tal como el etano o propano. ste se denomina componente cla)e.

,. !eterminar el )alor de I[J para el componente cla)e y todos los otros componentes" a las condiciones de temperatura y presi$n de la absorbedora. 5sar las cartas de la Secci$n ,6 del #PSA para una presi$n de con)ergencia de ,"::: psia $ las gráicas de [ de Campbell del *omo X.

%. Seleccionar el n'mero de platos te$ricos" usualmente entre < y 9. ntre mayor sea el n'mero" se necesita circular menos cantidad de Aceite" pero por encima de ocho platos en muy poco el beneicio que se logra.

. !ecidir la racci$n del componente cla)e a ser recuperado /iciencia de xtracci$n a2" determinar el actor de absorci$n IAJ de la 8ig -.-, /8ig -G39 #PSA2 con el n'mero de platos te$rico especiicado y la eiciencia de extracci$n para el componente cla)e.

6. !eterminar la rata de circulaci$n de aceite Lo en moles por hora para -:: moles por hora de gas de carga con la siguiente ecuaci$n=

Lo ( A/[ a)g2/;n3-2

c. -

<. !eterminar el )alor de IAJ para los demás componentes usando la c. - y los )alores [ respecti)os.

l uso de un actor de absorci$n promedio como el deinido en la c. ignora un cambio en )olumen del gas entre la entrada y la salida de la absorbedora. Además la aproximaci$n de los )alores [ a la temperatura promedio de la absorbedora" puede introducir errores signiicati)os.


?. !eterminar con la racci$n recuperada a" para cada uno de los componentes en el gas" con base en cada )alor de IAJ y el n'mero de platos te$ricos.

9. Calcular las moles de cada componente en el gas residual con la siguiente ecuaci$n=

/\n3- F \-2H/\n3- F \:2 ( /An3- F A2H/An3- F -2 (  a

c. ,

G. Calcular las moles de cada componente absorbido por dierencia de las moles en el gas de carga y el remanente en el gas tratado.

X ( \n3- F \- & \:

c. %

-:. Con)ertir el aceite pobre a galHmin circulados por -:: moles de gas de carga.

l actor más importante en el diseo de una unidad de absorci$n con aceite es la relaci$n aceite a gas" la cual se determina por la racci$n recuperada de componente cla)e. 5sualmente la absorbedora es una torre de platos si el diámetro es mayor a %: pulgadas.

E:EMPO # ;GPSA< Se )a a implementar un proceso de absorci$n con aceite para recuperar <:@ de propano de una corriente de -:: moles de gas rico con la composici$n que se indica en la Columna - de la *abla a continuaci$n. La torre tiene < platos te$ricos y opera a G:: Psia y una temperatura promedio de :]8.


Se asume que el aceite pobre está completamente despo>ado y por tanto no tiene componentes del gas rico" su peso molecular es -:: y la gra)edad especiica :.<9.

Calcular=

a. La rata de circulaci$n de aceite pobre requerida en gpmH-:: moles de gas rico.

b. La composici$n del gas pobre que sale de la absorbedora

c. Las moles de cada componente del gas que se absorben y salen en el aceite rico

Componente cla)e ( C% 4'mero de platos te$ricos" n ( < Dase ( -:: moles de gas rico . 5nidad de tiempo ( - hora ;n&- ( -:: lbmolHh a /C%2 ( :.<:

\o (: /Se asume que el aceite pobre está completamente despo>ado y por tanto no tiene componentes del gas rico2

Leer )alores de [ a)g /V G::psia " :]82 con una Presi$n de con)ergencia ( ,"::: psia en #PSA /págs. ,63<, a ,63?%2 o en su caso los )alores de [ de las gráicas de Campbell publicadas en el tomo X" y llenar la Columna , de la *abla siguiente=


TABLA 1(1. CLCULO DE UN ABSORBEDOR DE ACEITE POBRE

1 Yn1

# Pon5 #FFF

*

3

7

817

J/o$

K )5,

A

E)

Y1

I

4,

-.-9

.:::

:.:,??

:.:,??

-.-?

:.:%%

C-

99.,

,.:::

:.:6:9

:.:6:9

9%.?6?

.9%

C,

?.,G

:.<::

:.,<6,

:.,<6,

6.%6?

-.G%%

C%

,.:9

:.,:::

:.<-::

:.<:::

:.9%,

-.,9

iC nC

:.G :.<

:.:?6: :.:6:

-.<,
:.G9:: :.GG6:

:.:-: :.::,

:.9: :.69

C6 nC6

:.:G :.--

:.:,6: :.:,-6

.99:: 6.
-.:::: -.::::

:.::: :.:::

:.:G: :.--:

C< C? 3

:.:6 :.:-

:.::?6 :.::-6

-<.,<
-.:::: -.::::

:.::: :.:::

:.:6: :.:-:

1.1F8

.3

lbmolHh

1FF.FF

n la 8ig. 6 /V  a/C%2(:.<:" n(<.:2" se lee A(:.<-

!e la c. - para [ a)g/C%2

L: ( A/[ a)g2/;n3-2 (:.<-/:.,:2/-::2(-,., lbmolHh

Calcular circulaci$n de aceite pobre en gpm=

W/aceite pobre2(/aceite pobre2T W/aguaV<:782(:.<9/9.%%?,2 lbHgal ( 6.<
gpm/aceite pobre2(/-,.,lbmolHh2T/PM/aceite pobre2HW/aceite pobre22T/hH<:min2

gpm/aceite pobre2(/-,.,lbmolHh2T/-::lbHlbmol2T/galH6.<
3 %: 3


gpm/aceite pobre2(%.6G gpm por -::lbmolHh de gas rico

Con el )alor calculado de L : y [ a)g para cada componente" calcular el actor de absorci$n A=

Para 4, se tiene"

A(L:HO/[ a)g2/;n&-2(-,.,HO/.2/-::2( :.:,??

!e igual manera se calcula para los demás componentes y se llena la Columna %. n 8ig. -3-, con A para cada componente y n(<.:" se lee  a y se llena Columna . /Ybser)ar en 8ig. -3-, que para aproximadamente n ^ <" A ( a hasta un )alor de :.6" porque se tiene un línea a 6]2.

!e la c. , calcular \ - para cada componente y llenar Columna 6 con la composici$n del gas pobre que sale de la absorbedoraZ para 4 , se tiene"

a(/\n3- F \-2H/\n3- F \:2(/-.-9 F \-2H/-.-9 F :2(:.:,??

\-/4,2 ( -.-? lbmolHh por -:: lbmolHh de gas rico.

!e la c. % se calculan las moles de cada componente del gas de carga que ueron absorbidas y se llena la Columna
X/4,2(\n3- F \- & \: ( -.-9 F -.-? & :

X/4,2 ( :.:%% lbmolHh por -:: lbmoHlh de gas rico.


'IG. 1(1# Gr-+!) d%$ +)tor d% )@&or!"n


1(8 PROCESO DE TURBO(EXPANDER l proceso Iturbo3expanderJ ue desarrollado en los aos sesentas. Su aplicaci$n principal es recuperar etano del gas natural" puesto que el etano es una materia prima muy importante para la industria petroquímica.

Con el proceso se alcanzan temperaturas bastante ba>as y por tanto se licua una parte sustancial de etano y componentes más pesados del gas natural. stos productos son posteriormente recuperados por raccionamiento.

Las ba>as temperaturas se alcanzan por expansi$n de gas a alta presi$n" el cual ha sido considerablemente enriado a tra)+s de intercambiadores de calor y por rerigeraci$n como puede )erse en la 8ig. -3-%" y pasa a tra)+s de la turbina en la cual se extrae traba>o o energía al gas.

!e esta orma se logran ni)eles de temperatura del gas considerablemente más ba>os que los que pueden obtenerse en una expansi$n _oule3*hompson. 5na )ez que el gas ha sido enriado y una buena porci$n de etano y la mayoría del propano y más pesados han sido licuados" los líquidos se separan del gas río.

La corriente de gas del separador intercambia calor con el gas de carga y regresa al compresor mo)ido por la turbina en el cual se restablece parcialmente la presi$n y )a al compresor de gas de )enta donde se ele)a la presi$n al ni)el requerido para transporte.

Los líquidos condensados se raccionan en los dierentes productos líquidos mercadeables.

3 %% 3


1ay muchos arreglos dierentes para este proceso dependiendo de la composici$n del gas de carga y el ni)el deseado de líquidos a recuperar. 5na característica importante del proceso turbo3expander" es que el )apor de agua en el gas de carga debe haber sido )irtualmente remo)ido en su totalidad" debido a las muy ba>as temperaturas de operaci$n en este proceso.

l alto ni)el de deshidrataci$n del gas de carga al turbo3expander" normalmente se consigue con unidades de adsorci$n con tamiz molecular.

Aunque este proceso se usa principalmente para recuperar etano" puede ser econ$micamente )iable en algunos casos comparados con otros procesos" silo que se desea es recuperar líquidos como propano y más pesados.

3 % 3


'IG. 1(1* In&t)$)!on%& t2!)& d%$ ro%&o tur@o( %6)nd%r

3 %6 3


'IG. 1(13 4)r!)!on%& d%$ &!&t%/) tur@o%6)nd%r


'IG. 1(13 4)r!)!on%& d%$ &!&t%/) tur@o%6)nd%r

3 %< 3


NOMENCLATURA A" D" C" ! ( puntos de operaci$n en diagramas de 8ig. -3% y -3 A ( actor de absorci$n usado en c. 8a ( eiciencia de absorci$n en c. , #1P ( caballos de potencia de gas" hp hLA ( entalpía de liquido saturado en punto A y de mezcla líquido3)apor en punto D" DtuHlb hLD ( entalpía de líquido saturado en punto D. DtuHlb h;D ( entalpía de )apor saturado en punto C" DtuHlb h;! ( entalpía de )apor sobrecalentado en punto !" DtuHlb


NOMENCLATURA A" D" C" ! ( puntos de operaci$n en diagramas de 8ig. -3% y -3 A ( actor de absorci$n usado en c. 8a ( eiciencia de absorci$n en c. , #1P ( caballos de potencia de gas" hp hLA ( entalpía de liquido saturado en punto A y de mezcla líquido3)apor en punto D" DtuHlb hLD ( entalpía de líquido saturado en punto D. DtuHlb h;D ( entalpía de )apor saturado en punto C" DtuHlb h;! ( entalpía de )apor sobrecalentado en punto !" DtuHlb h;! ( entalpía isentr$pica o de )apor sobrecalentado en punto !" DtuHlb [ a)g ( constante de equilibrio [ ( yHx a temperatura promedio de la absorbedora L:( aceite pobre que entra a la absorbedora" molesHunidad de tiempo X ( moles de cada componente del gas en el aceite rico que sale de la absorbedora" molesHunidad de tiempo m ( lu>o másico de rerigerante" lbHh n ( n'mero de platos te$ricos KC! ( cantidad de calor IdutyJ de condensaci$n" DtuHh Kre ( cantidad de calor IdutyJ de rerigeraci$n" DtuHh ;n&- ( gas rico que entra a la absorbedora" molesHunidad de tiempo  ( traba>o de compresi$n real" DtuHh . ( traba>o de compresi$n ideal" DtuHh E ( racci$n en peso \: ( moles de cada componente del gas en equilibrio con el aceite pobre que entra a la absorbedora" por mol de gas rico \- ( moles de cada componente del gas pobre que sale de la absorbedora" por mol de gas rico

3 %? 3

Extraccion líquidos.doc

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