149790534 Modulo III Proceso de Gas Natural y Plantas

MODULO III

PROCESOS DEL GAS NATURAL Docente: Ing. Ronny Estremadoiro Arteaga Gerente de Procesos IPE Bolivia S.R.L [email protected]

1

25 de Marzo de 2013

MODULO III

PROCESOS DEL GAS NATURAL TEMA: Proceso del Gas Natural, Componentes, Plantas de Procesos de Gas, Sistemas de Procesos, Tipos de Procesos de Separación

2

R. ESTREMADOIRO

22 de Octubre de 2012

DEFINICIONES GENERALES

• Absorción: Proceso químico que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución. En la siguiente figura se muestra la diferencia entre absorción y adsorción.

3

R. ESTREMADOIRO

• Aguas, Corriente Arriba/Corriente Abajo: Término usado para indicar que una variable del proceso (por ejemplo, la presión y temperatura), un equipo o instrumento, está ubicado antes o después de otro equipo o instrumento en el sentido del flujo.

• Balance de Materia (Masa) y Energía: Documento donde se indican las características y propiedades principales de las corrientes del proceso, con sus condiciones de operación normales. • Contactora (Absorvedora): Recipiente presurizado, generalmente de orientación vertical, en donde el gas y el glicol entran en contacto para que este último absorba el vapor de agua contenida en el gas. • Deshidratación: Proceso para la remoción del agua en el gas, crudo y sus derivados. • Diagrama de Flujo de Procesos: Representación esquemática de la secuencia, las etapas, los equipos y las corrientes principales del proceso. También tiene información básica sobre la filosofía de operación y control (principales lazos de control) y las principales características del diseño, especificaciones de los equipos requeridos en el proceso y sus condiciones de 4 operación. R. ESTREMADOIRO

• Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID): Diagrama que describe la secuencia del proceso, su automatización y control, indicando todos los equipos, las líneas, la instrumentación, las lógicas de control y accesorios que la conforman. • Gas Ácido: Gas que contiene cantidades por encima de la especificación de uso y/o regulaciones ambientales para el dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S) y/o mercaptanos (RSH). • Gas Dulce: Gas que contiene cantidades por debajo del límite establecido en las especificaciones de uso y/o regulaciones ambientales para el dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S) y/o mercaptanos (RSH). También es el gas que se obtiene como producto de la Unidad de Endulzamiento. • Gas Húmedo: Un gas que contiene agua o no ha sido deshidratado. Término que equivale a un gas rico, es decir con cierta cantidad de hidrocarburos pesados y recuperables. • Gas Seco: Gas que no contiene compuestos pesados ni agua que puedan condensar bajo las condiciones de operación del proceso. • GPM (gals/M pcn): Riqueza del gas medida por el número de galones de líquido que se pueden extraer por cada mil pies cúbicos del fluido en condiciones estándar (14,7 lpca y 60° F). Término que expresa la cantidad de componentes condensables del gas natural que se obtienen en las plantas. 5

R. ESTREMADOIRO

• •

•

• •

•

6

Planta criogénica: Procesadora de gas capaz de elaborar productos líquidos del gas natural (incluyendo etano), a muy bajas temperaturas de operación, normalmente debajo de 50° F. Planta de gasolina: conjunto de equipos formados por separadores, compresores, intercambiadores de calor, expansores y torres de fraccionamiento, que se diseñan de modo específico para separar el gas en sus diversos componentes, tales como el metano, etano, propano, isobutano y butano normal, dejando la gasolina natural como producto más pesado. Planta de procesamiento de gas natural: término que identifica a las instalaciones de gas o plantas de gasolina natural, en las cuales se separan los diversos componentes de la corriente de hidrocarburos para satisfacer las exigencias comerciales. Aquella cuyo objetivo es recuperar líquidos del gas natural (LGN). Generalmente, funciona con procesos de baja temperatura. Punto (Temperatura) de Rocío (Dew Point): Temperatura a la cual un gas, consistente de dos o más componentes, genera la primera gota de líquido; es decir, el comienzo del cambio de fase. Punto de Rocío de Hidrocarburo: Temperatura a una presión definida, o la presión a una temperatura definida, a la cual el gas está saturado con hidrocarburos pesados. La disminución de la temperatura o el aumento de la presión originan la condensación de hidrocarburos. Punto de Rocío del Agua: Temperatura a una presión definida, o la presión a una temperatura definida, a la cual el gas está saturado con agua. La disminución de la temperatura o el aumento de la presión originan la formación de agua libre. En el proceso de deshidratación del gas es común el uso del punto de rocío del agua para establecer el contenido de vapor de agua en el gas y acompañado con la presión a la cual es

determinado.

R. ESTREMADOIRO

COMPONENTES DEL GAS El componente predominante del gas natural es el metano con cantidades más pequeñas de otros hidrocarburos. La siguiente tabla brinda ejemplos de algunos pocos componentes comunes del gas natural, su fase y su uso luego del Tratamiento. • Hidrocarburos • No Hidrocarburos

El Gas Natural proveniente de una producción asociada con Petróleo como el producido por pozos gasíferos, no debe ser utilizado como combustible sin previamente extraerle los hidrocarburos pesados (líquidos), debido a que el gas se encuentra saturado en agua y contiene además otros hidrocarburos líquidos que lo convierten en un flujo bifásico con la posterior interferencia tanto en el 7 R. ESTREMADOIRO transporte como en su utilización.

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE GAS Planta

Abrev.

Separación Primaria

Estabilización

Desh. TEG

Planta Amina

Desh. Crib. Mol.

Criogénica

Dew Point

Compresión

Carrasco

CRC

SI

SI

SI

SI

SI

SI

NO

SI

Kanata

KNT

SI

SI

SI

NO

SI

SI

NO

SI

Vuelta Grande

VGR

SI

SI

SI

NO

SI

SI

NO

SI

Santa Rosa

SRS

SI

NO

NO

SI

NO

NO

SI

SI

Percheles

PCH

SI

SI

NO

NO

NO

NO

SI

SI

San Roque

SNQ

SI

NO

NO

NO

NO

NO

SI

SI

La Vertiente

LVT

SI

SI

NO

NO

NO

SI

SI

SI

San Alberto

SAL

SI

SI

NO

SI

NO

NO

SI

SI

San Antonio

SAN

SI

SI

NO

SI

NO

NO

SI

SI

Margarita

MGR

SI

SI

NO

NO

NO

NO

SI

SI

Tacobo

TCB

SI

SI

NO

SI

NO

NO

SI

SI

Paloma

PLM

SI

NO

SI

NO

SI

SI

SI

SI

Río Grande

RGD

NO

NO

LEAN OIL

NO

NO

NO

SI

SI

8 Yapacaní

R. ESTREMADOIRO YPC

SI

SI

NO

SI

NO

NO

SI

SI

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE GAS (Cont.)

9

PROCESO

DESCRIPCIÓN

Separación Primaria

Separa las partículas mayores de condensado de la corriente de gas.

Estabilización de Condensado

Ajusta el TVR del Condensado a 12 Psia @ 100°F.

Endulzamiento de Gas Ácido

Elimina el Contenido de CO2 y H2S para su Transporte.

Deshidratación por TEG

Ajusta la Humedad del Gas.

Desh. Por Tamiz Molecular

Elimina la Humedad del Gas.

Criogénica

Ajusta el punto de Rocío del HCB.

Dew Point

Ajuste del Punto de Rocío del HCB y del Agua.

Compresión

Incrementa la presión para su Transporte. R. ESTREMADOIRO

ESPECIFICACIONES DEL GAS DE SALIDA

10

PARAMETROS

UNIDAD

ARGENTINA EnarsaYPFB

YPFBT MERCADO INTERNO

PODER CALORIFICO

BTU/PC

Min. 1000

Min. 970

NITROGENO

% MOLAR

Max. 2.0

Max. 2.0

DIOXIDO DE CARBONO

% MOLAR

Max. 2.0

Max. 2.0

GASES INERTES

% MOLAR

Max. 3.5

Max. 3.5

CONTENIDO DE HUMEDAD

mgr/m3

Max. 65

Max. 95

CONTENIDO DE H2S

mgr/m3

Max. 5

Max. 5

CONTENIDO DE O2

% MOLAR

Max. 0.2

Max. 0.2

CONTENIDO DE Hg

mgr/m3

Max. 0.9

Max. 0.6

PUNTO DE ROCIO HC

°F/°C

Max. 7.2 °C @ 45 Kgf/cm2

Max. 32°F @ 640 Psia. Max. 0°C R. @ESTREMADOIRO 45 Kgf/cm2

COMPARACIÓN PLANTA CRIOGÉNICA Vs. DEW POINT AGUA

PLANTA MARGARITA

GAS RICO

CF

GAS DULCE GAS HUMEDO

PLANTA VUELTA GRANDE

DP

SP AGUA

GAS RICO

SP

GAS DULCE GAS HUMEDO

CRUDO

AGUA

CRUDO

G

GASOLINA NATURAL

TEG

TM

AGUA

AGUA

CRI

GLP

CF

GASOLINA NATURAL

G

LEYENDA

11

SP

SEPARACION PRIMARIA

TEG

DESHIDRATACION POR TEG

TM

DESHIDRATACION POR TAMIZ MOLECULAR

DP

DEW POINT

CRI

CRIOGENICA

CF

COMPRESION FINAL

G

GASODUCTO

R. ESTREMADOIRO

PLANTAS DE DEW POINT EN BOLIVIA

YPFB CHACO S.A: • Santa Rosa • Percheles • San Roque

PETROBRAS S.A: • San Alberto • San Antonio

PLUSPETROL BOLIVIA S.A: • Tacobo • Tajibo • Río Seco

YPFB ANDINA S.A: • Río Grande • Sirari • Víbora • Yapacaní

BG Bolivia: • La Vertiente

REPSOL YPF: • Margarita

12

R. ESTREMADOIRO

PLANTAS CRIOGÉNICAS EN BOLIVIA

YPFB CHACO S.A: • Carrasco • Vuelta Grande Repsol YPF: • Paloma A

13

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA TÍPICO DE PROCESO DEL GAS

14

R. ESTREMADOIRO

REFRIGERACIÓN CON J-T Ciclo de refrigeración

Gas rico

Pre enfriador

1000 psig 90 oF

Chiller

Válvula J-T 435-580 psig -40 - 0 oF

Gas pobre Separador Frío 1000 psig

15

R. ESTREMADOIRO

Columna deetanizadora

300 psig

C3+

REFRIGERACIÓN CON TURBOEXPANSIÓN Ciclo de refrigeración Hot gas HX Gas rico 1000 psig 90

Chiller

oF

Cold gas HX Turbo expansor

225 psig -160 oF -90 oF

Columna Demetanizadora

Compresor de turbo expansión

Separador Frío Gas pobre 1000 psig 16

R. ESTREMADOIRO

Compresor de turbina

C2+

17

R. ESTREMADOIRO

DESHIDRATACIÓN CON TEG

18

R. ESTREMADOIRO

CONDICIONES TÍPICAS:

19

Descripción

Temperatura °F (°C) Presión psia (bar)

Gas de entrada Glicol al absorbedor Succión Bomba TEG Separador trifasico Rehervidor Tope Regenerador

60-100 (15,5-37,8)

300+ (21+)

70-110 (21 – 43,3)

300+ (21+)

170-200 (76,7 – 93,3)

Atmosférica

120-180 (48,9 – 82,2)

35-45 (2,4 – 3,1)

R. ESTREMADOIRO

375-400 (190,5 – 204,5) 17 máx. (1,2 máx.) 213 máx. (100 máx.)

Atmosférico

DESHIDRATACION CON GLICOL VENTAJAS:

SIMPLE PROBADA BAJO CAPEX BAJO OPEX CUMPLE ESPEC. TRANSPORTE

DESVENTAJAS: LIMITADO A Dew Point > -40 oF (-40 oC)

CONTAMINACION DE SOLVENTE / PERDIDAS ABSORCION DE AROMATICOS Y H2S VENTEO A INCINERACION

20

R. ESTREMADOIRO

LOS GLICOLES

Peso Molecular T ebullición atm (°F/°C) P vapor 77 °F/ 25°C, mmHg SG @ 77 °F (25 °C) SG @ 140 °F (60 °C) Freezing Point (°F / °C) Visc @ 77 °F (25 °C), cP Visc @ 140 °F (60 °C), cP Cp @ 77 °F (25 °C),btu/lb°F T descomposición (°F/°C)

21

R. ESTREMADOIRO

EG C2H6O2 62,1 387 / 193 0,12 1,110 1,085 8 / -13 16,5 4,7 0,58 329 / 165

DEG C4H10O3 106,1 476 / 245 < 0,01 1,113 1,088 17 / -8 28,2 7,0 0,55 328 / 164

TEG C8H18O5 150,2 545 / 286 < 0,01 1,119 1,092 19 / -7 37,3 8,8 0,53 404 / 206

Metanol CH3OH 32,04 148 / 64,5 120 0,790 -144 / -98 0,52 0,60

DESHIDRATACIÓN CON TAMICES

22

R. ESTREMADOIRO

TAMICES MOLECULARES: CONDICIONES TÍPICAS

Descripción Gas de entrada Gas de regeneración

23

Temperatura °F (°C)

Presión psia (bar)

125 máx. (51,7)

Sin limite

450-600 (232-315,5)

Igual a gas deshi.

Duración ciclo absorción

8-24 horas

Duración ciclo calentamiento Caída de presión lecho

½ ciclo de absorción 8 psi máx. (0,55 bar)

R. ESTREMADOIRO

TAMICES MOLECULARES: CONDICIONES TÍPICAS (Cont.) VENTAJAS:

DEW POINT < -148 oF (-100 oC) NO ABSORBEN AROMATICOS REMUEVE H2O / H2S NO HAY PERDIDAS DE SOLVENTE

CUMPLE ESPEC. TRANSPORTE DESVENTAJAS: ALTO CAPEX / OPEX DESECANTE SENSITIVO A HC REMPLAZO PERIODICO ≈ 5 AÑOS ALTA T regeneración ALTA CARGA regeneración

24

R. ESTREMADOIRO

TAMICES MOLECULARES: CONDICIONES TÍPICAS (Cont.) PROPIEDADES DE AGENTES DESECANTES

Desecante

Alumina Gel

Esférica

Densidad (lb/pie3) 52

Alumina activada

Granular

52

¼”-8 Mesh

0,1

Alumina activada

Esférica

47-48

¼”-8 Mesh

0,1

Silica Gel

Esférica

50

4-8 Mesh

5-10

Silica Gel

Granular

45

5-10

Esférica

42-45

Cilindro

40-44

3-8 Mesh 4-8 Mesh 8-12 Mesh 1/8”-1/16”

Tamiz molecular Tamiz molecular

Forma

Tamaño de particula ¼”

Contenido agua salida (ppm,p) 5-10

0,1

0,1

FUENTE: M. Martinez. Tratamiento del gas natural

PLANTA DE AMINA

26

R. ESTREMADOIRO

ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE

27

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO A PLANTAPLANTA PERCHELES-YPFB CHACO S.A

28

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA PERCHELES-YPFB CHACO S.A

29

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA ABSORCIÓN-RÍO GRANDE YPFB ANDINA S.A

30

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA DE ABSORCIÓN-RÍO GRANDE-YPFB ANDINA S.A

31

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA E lem ento % TACOBO-PLUSPETROL S.A. N itrógeno 0,0018

32

CO2 M etano E tano P ropano i-butano n-butano i-pentano n-pentano n-hexano n-heptano n-octano n-nonano n-decano N B P [0]68* N B P [0]83* N B P [0]97* N B P [0]111* N B P [0]126* N B P [0]141* N B P [0]155* N B P [0]170* N B P [0]185* N B P [0]199* N B P [0]214* N B P [0]228* N B P [0]243* N B P [0]258* N B P [0]273* N B P [0]286* N B P [0]300* N B P [0]316* A gua

0,0477 0,9164 0,0199 0,0064 0,0008 0,0014 0,0006 0,0005 0,0006 0,0012 0,0001 0,0000 0,0000 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0018

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA TACOBOPLUSPETROL BOLIVIA S.A

33

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA SAN ALBERTO- PETROBRAS S.A

34

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA SÁN ALBERTO-PETROBRAS S.A

35

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS (Cont.)- PLANTA SAN ALBERTO-PETROBRAS S.A

36

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA LA VERTIENTE-BG BOLIVIA

37

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA LA VERTIENTE-BG BOLIVIA

38

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- VUELTA GRANDE/CARRASCO/SANTA ROSA-YPFB CHACO S.A

39

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA CARRASCO-YPFB CHACO S.A

40

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA VUELTA GRANDE-YPFB CHACO S.A

41

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA SANTA ROSA-YPFB CHACO S.A

42

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA KANATAYPFB CHACO S.A

43

R. ESTREMADOIRO

COMPOSICIÓN DEL GAS DE SALIDA- PLANTA VÍBORAYPFB ANDINA S.A

44

R. ESTREMADOIRO

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA VÍBORAYPFB ANDINA S.A

45

R. ESTREMADOIRO

46

R. ESTREMADOIRO