903 HM120 P09 GUD 048 (Contaminantes Del Gas Natural)
February 15, 2017 | Author: Alejandra Arias | Category: N/A
Short Description
Download 903 HM120 P09 GUD 048 (Contaminantes Del Gas Natural)...
Description
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
0
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL FECHA
AGO. 08
OBJETO
Emisión Original
ELABORÓ Iniciales
REVISÓ Iniciales
APROBÓ Iniciales/Cargo
AA
ABA
ABA/GP
Este Documento Sustituye a la “Guía de Sobre los Contaminantes en el Gas Natural”, N° 903-P3100-P09-GUD-048, REV. 1 OCT. 06.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
1 de 37
INEDON
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
0
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL Índice Página 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 8.1. 8.1.1. 8.1.2. 8.1.3. 8.1.4. 8.1.5. 8.2. 8.3. 8.3.1. 8.3.2. 8.3.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 9. 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 10.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 3 OBJETIVOS ........................................................................................................... 3 USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ...................................................... 3 PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA .................................................................... 3 INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA................................................ 4 ACRÓNIMOS Y SIGLAS ........................................................................................ 4 DEFINICIONES GENERALES ............................................................................... 5 CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL ........................................................... 9 Agua ..................................................................................................................... 10 Corrosión Debido a la Presencia de Dióxido de Carbono..................................... 10 Corrosión Debido a la Presencia de Sulfuro de Hidrógeno .................................. 13 Formación de Hidratos ......................................................................................... 14 Procesos para la Deshidratación del Gas ............................................................. 14 Procesos para el Endulzamiento del Gas ............................................................. 18 Hidrocarburos Líquidos......................................................................................... 22 Compuestos de Azufre ......................................................................................... 30 Sulfuro de Hidrógeno (H2S) .................................................................................. 30 Sulfuro de Carbonilo (COS) .................................................................................. 31 Mercaptanos (RSH) .............................................................................................. 31 Dióxido de Carbono (CO2) .................................................................................... 32 Oxígeno (O2)......................................................................................................... 32 Hidrógeno (H2) y Monóxido de Carbono (CO) ...................................................... 32 Partículas Sólidas ................................................................................................. 32 Mercurio ................................................................................................................ 33 EJEMPLO DE LA COMPOSICIÓN DEL GAS DE VENTA PARA TRANSPORTE EN GASODUCTOS .............................................................................................. 33 Composición ......................................................................................................... 33 Temperatura de Punto de Rocío de Hidrocarburos .............................................. 34 Densidad Relativa................................................................................................. 34 Metanol ................................................................................................................. 34 REFERENCIAS .................................................................................................... 35 ANEXO 1 – RESUMEN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA ELIMINACIÓN DE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL ................... 36
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
2 de 37
INEDON
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL 1.
INTRODUCCIÓN El gas natural (asociado o no asociado) contiene contaminantes, los cuales son removidos para obtener una composición que cumpla con los parámetros de calidad requeridos para el uso del gas.
2.
OBJETIVOS El objetivo principal de este INEDON es suministrar información sobre:
3.
4.
•
Las definiciones generales que aplican al uso y tratamiento del gas natural.
•
Los contaminantes presentes en gas natural y sus efectos sobre los equipos, las líneas y las instalaciones en general.
•
Los procesos para la remoción de los contaminantes.
•
Un ejemplo de las especificaciones requeridas para la aceptación del gas de venta y para transporte en gasoductos.
USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA I.
Los criterios especificados por el Cliente tienen prioridad sobre los indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados aquí.
II.
El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, leyes, etc.) nacional e internacional usada en el Proyecto. Así como, solicitar al Cliente o ente gubernamental correspondiente, la normativa local usada en el país donde se construye la instalación.
PROCEDIMIENTOS DE INELECTRA Procedimientos para la gestión de la calidad relacionados con este INEDON: Ingeniería (HM010) 903-HM010-A90-TEC-003
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
Equivalencia de Términos entre Centros de Ejecución 3 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL Gestión de la Calidad (HM060) 903-HM060-G09-ADM-914
Elaboración y Actualización de Instrucciones de Trabajo
Procesos (HM120) 903-P3100-P09-ADM-901 5.
Bases de Diseño
INSTRUCCIONES DE TRABAJO DE INELECTRA Instrucciones de trabajo relacionadas con este INEDON: Procesos (HM120)
6.
903-HM120-P09-GUD-013
Bases y Criterios de Diseño
903-HM120-P09-GUD-050
Guía sobre Compresibles
903-HM120-P09-GUD-054
Guía para la Selección de los Materiales de Construcción
903-P3100-P09-GUD-063
Lineamientos para la Evaluación de los Hidratos de Gas
903-P3100-P09-GUD-067
Dimensionamiento de Líneas de Transporte con Flujo Multifásico
903-P3100-P09-GUD-069
Guía para los Cálculos de Pérdida de Presión
903-P3100-P09-REF-059
Acondicionamiento de gas combustible en trenes de compresión
903-P3100-P09-REF-062
Estudio conceptual de alternativas para el acondicionamiento de gas de campos de producción localizados en el oriente de Venezuela
Flujo
Crítico
para
Fluidos
ACRÓNIMOS Y SIGLAS API
American Petroleum Institute
COVENIN
Comisión Venezolana de Normas Industriales
DEA
Dietanolamina
DEG
Dietileno glicol
DGA
Diglicolamina
GPSA
Gas Processors Suppliers Association
INEDON
inelectra documento normalizado
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
4 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
7.
JT
Efecto Joule-Thomson
MDEA
Metildietanolamina
MEA
Monoetanolamina
MEG
Monoetileno glicol
NACE
National Association of Corrosion Engineers
PDVSA
Petróleos de Venezuela, S. A.
RSH
Mercaptanos
SSC
Sulfide Stress Cracking: Agrietamiento debido a la Corrosión por Tensión en Presencia de Sulfuro de Hidrógeno
TEA
Trietanolamina
TEG
Trietileno glicol
TREG
Tetraetilieno glicol
DEFINICIONES GENERALES Calor Total de Combustión o Poder Calorífico Total (Higher [Gross] Heating Value, HHV) Es el calor total obtenido de la combustión de un carburante a 15,56 °C (60 °F). El valor incluye el calor latente de vaporización del agua formada por la combustión del hidrógeno en el carburante. El HHV puede ser expresado en kJ/kg (BTU/lb) o en kJ/Sm3 (BTU/Sft3), las unidades de volumen de gas son a condiciones estándar o normales. Calor Neto de Combustión o Poder Calorífico Neto (Lower [Net] Heating Value, LHV) Es el calor neto obtenido del calor total de combustión menos el calor latente de vaporización del agua formada por la combustión del hidrógeno en el carburante. El LHV puede ser expresado en kJ/kg (BTU/lb) o en kJ/m3 (BTU/ft3), las unidades de volumen de gas son a condiciones estándar o normales. Condiciones Estándar y Normales (Standard, Normal Conditions) Presión y temperatura base para la especificación del volumen de gas y líquido, los valores típicos son:
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
5 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Presión absoluta
Condición Estándar Normal
1 atmósfera estándar
Temperatura
[bar]
[psi]
1,01325
14,6959
[°C]
[°F]
15,56
60,00
0,00
32,00
Las designaciones “S” para estándar y “N” para normal son de uso común en la industria. Ejemplos: SCF (Sft3), pie cúbico estándar; Nm3, metro cúbico normal. Las condiciones estándar o normales están definidas en las Bases de Diseño del Proyecto. Densidad Relativa (Relative Density) Véase la Gravedad Específica del Gas. Efecto o Expansión Joule-Thomson (Joule-Thomson Effect or Expansion) Cambio de la temperatura de un fluido, el cual ocurre cuando éste es expandido a entalpía constante desde una alta presión hasta otra más baja, se define como: ⎛ ∂T ⎞ ⎟ ⎝ ∂P ⎠ h
μJ = ⎜ μJ
es el coeficiente temperatura/presión.
Joule-Thomson
en
∂T
derivada de temperatura en unidad de temperatura.
∂P
derivada de presión en unidad de presión.
h
entalpía, constante en este caso.
unidades
de
Si el coeficiente es positivo, el fluido se enfría al expandirse y si es negativo, se calienta. El efecto es de enfriamiento para la mayoría de los gases, excepto el hidrógeno y el helio.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
6 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Gas Ácido (Sour Gas) Gas que contiene cantidades no deseadas de CO2, H2S o RSH.
Gas Dulce (Sweet Gas) Gas que contiene cantidades por debajo del límite de CO2, H2S o RSH. También es el gas que se obtiene de la unidad de endulzamiento.
Gas Húmedo (Wet Gas) (1)
Gas que contiene agua o no ha sido deshidratado.
(2)
Término que equivale a un gas rico, es decir con cierta cantidad de hidrocarburos pesados y recuperables.
Gas Natural Asociado (Associated Natural Gas) Gas natural presente en reservorios de petróleo. El gas es extraído junto con el petróleo, luego separado y procesado.
Gas Natural No Asociado (Non-Associated Natural Gas) Gas natural extraído de reservorios donde no hay petróleo.
Gravedad Específica del Gas (Gas Specific Gravity) Relación entre la densidad del gas y la densidad del aire, ambas a las mismas condiciones de presión y temperatura:
SGG =
ρG , STD ρ AIRE , STD
Donde:
SGG
es la gravedad específica del gas (sin dimensión).
ρG,STD
es la densidad del gas a las condiciones estándar (o normales) de presión y temperatura en unidad de masa/volumen.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
7 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL ρAIRE,STD
es la densidad del aire a las condiciones estándar (o normales) de presión y temperatura en unidad de masa/volumen.
Según la ecuación anterior, SGAIRE = 1.
Línea (Line, Pipe) Con el objeto de generalizar este término, el INEDON usa el concepto de “línea” para los tubos, las tuberías, cañerías, los caños y ductos: conducto de forma cilíndrica por donde se transportan los fluidos de procesos (hidrocarburos, productos petroquímicos, etc.) o de servicios (agua, aire, gas combustible, gas inerte, etc.).
Número o Índice Wobbe (Wobbe Number or Index) Valor de medición de cuánto calor puede liberar un gas cuando es quemado. El Número Wobbe es calculado dividiendo el poder calorífico total (HHV) entre la raíz cuadrada de la gravedad específica del gas (SGG):
Wobbe =
HHV SGG
Donde:
Wobbe
es el índice de Woobe en unidades de energía/volumen estándar (por ejemplo, MJ/Sm3). En la bibliografía, se usa también el símbolo IW.
HHV
es el calor total de combustión en unidades de energía/masa (kJ/kg) o en unidades de energía entre volumen estándar (kJ/Sm3).
ρG,STD
es la densidad del gas a las condiciones estándar (o normales) de presión y temperatura en unidad de masa/volumen.
Punto de Rocío de Hidrocarburo (Hydrocarbon Dew Point) 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 compuestos pesados.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
8 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL Punto de Rocío del Agua (Water Dew Point) 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.
Unidades de Medición de Presión El SI establece que las unidades de presión no llevan la letra “a” para valores absolutos ni “g” para valores manométricos. Actualmente, los estándares estadounidenses también están comenzando a usar el SI, especialmente cuando son estándares idénticos para la ISO. El SI indica que la palabra “presión” es calificada apropiadamente. Ejemplo: presión absoluta de 10 kPa. Sin embargo, este INEDON aún emplea las unidades barg, bara, psia, psig, etc. hasta que el uso del SI esté más generalizado. 8.
CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Hidrocarburos líquidos Agua
Dióxido de carbono
Compuestos de azufre
Hidrógeno y Monóxido de carbono Oxígeno
Presencia de CO2
Sulfuro de hidrógeno
Presencia de H 2S
Sulfuro de carbonilo
Deshidratación del gas*
Mercaptanos
Endulzamiento del gas*
Mercurio
Partículas sólidas
* Procesos de tratamiento
Figura 1. Esquema con los contaminantes del gas natural y los procesos de tratamiento descritos en este INEDON. 903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
9 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
8.1.
Agua El agua contenida en el gas natural en estado de vapor puede tener dos orígenes: A)
Debido a la presencia de agua libre en los reservorios de hidrocarburos. A las condiciones del reservorio (presión y temperatura), el gas natural siempre está saturado con agua.
B)
Debido a la contaminación accidental. Por ejemplo, la evaporación de agua que no ha sido removida correctamente de un equipo o una línea después de una prueba hidrostática.
El agua presente en el gas en estado de vapor no representa ningún problema mientras que la concentración permanezca por debajo de los niveles de saturación (punto de rocío del agua). De lo contrario, se genera agua libre, la cual causa problemas de corrosión y posibles problemas debidos a la formación de hidratos. Los puntos propicios para la condensación de agua son donde ocurre una disminución de la temperatura, por ejemplo las válvulas reductoras de presión, válvulas de estrangulación de flujo (en inglés: choke valves), tramos largos de las líneas y cruces de ríos. 8.1.1.
Corrosión Debido a la Presencia de Dióxido de Carbono El agua libre combinada con CO2 presente en el fluido del proceso, forma ácido carbónico (H2CO3): CO2 + H2O → H2CO3 El ácido carbónico causa la reducción del pH (corrosión dulce) del agua, la cual es muy corrosiva para el acero de las líneas y de los equipos. Adicionalmente, el ácido carbónico ataca el hierro formando bicarbonato de hierro, el cual es soluble en agua. Bajo ciertas circunstancias, el ácido carbónico puede conllevar a la formación de agujeros en las líneas en poco tiempo, meses o incluso semanas. La presión parcial de CO2 (PCO2) se determina de la siguiente manera:
PCO2 = Presión total [unidad de presión absoluta] × Fracción molar de CO2
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
10 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Ejemplo: Un reservorio con una presión de 241 bara (3500 psia) y un gas con contenido molar CO2 de 2 %, tiene una presión parcial de CO2 = 241 bara (3500 psia) × 0,02 = 4,82 bara (70 psia). La presión parcial de CO2 es usada como referencia para predecir la corrosión. Los límites usados normalmente son:
PCO2 > 2,07 bara (30 psia)
A) B)
2,07 bara (30 psia)
C)
≥ PCO2 ≥ 0,21 bara (3 psia)
PCO2 < 0,21 bara (3 psia)
indica usualmente una condición de corrosión indica que puede existir corrosión se considera no corrosivo
El agua salada usualmente producida en los pozos contiene minerales disueltos y los límites indicados anteriormente no aplican siempre. Sin embargo, la corrosión está casi siempre presente cuando hay altos contenidos de CO2. Por tal motivo, la aproximación a través de la presión parcial es una buena referencia. La NACE ha realizado publicaciones en donde se indica cómo determinar la velocidad de corrosión debido a la presencia de CO2; para gases saturados con agua por medio de la ecuación De Waard-Millams [3]. Es de resaltar que en algunos foros de ingeniera se ha informado que la ecuación tiende a sobre estimar la velocidad de corrosión de 30 % a 50 %; por tal motivo, la ecuación es usada con buen criterio de diseño: log(Vcorr ) = 5,8 −
1710 + 0,67 ⋅ log( PCO 2 ) 273 + T
Donde: log(Vcorr) es el logaritmo en base 10 de la velocidad de corrosión [mm/año];
T
es la temperatura del gas [°C];
PCO2
es la presión parcial absoluta de CO2 [bara].
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
11 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
El valor calculado de Vcorr puede permitir estimar la vida útil de una línea cuando se compara con el valor de corrosión permitida, este último valor equivale usualmente a un año de operación. Otro modelo para calcular la corrosión por CO2 está descrito en el NORSOK STD M-506 [8], el cual es ampliamente usado en la industria. La Unidad de Procesos tiene disponible la información bibliográfica sobre los modelos de Waard 93 [3] y NORSOK M-506 [8]. La Figura 2 muestra tres modelos de predicción para la corrosión por CO2 evaluado en conjunto con OLGA® [9] (programa de simulación de flujo multifásico de Scandpower Petroleum Technology AS). El uso de los modelos de corrosión en conjunto con simulaciones de modelos con flujo multifásico considera variaciones de presión, temperatura, patrones de flujo, velocidad del líquido, contenido de agua, etc. Los modelos permiten predecir los lugares de mayor riesgo. Consulte el INEDON “Dimensionamiento de Líneas de Transporte con Flujo Multifásico”, N° 903-P3100-P09-GUD-067, para más información sobre el programa de simulación OLGA®.
Velocidad de corrosión [mm/año]
12 de Waard 93 8
de Waard 95
4
0
NORSOK M-506 Distancia
Figura 2. Modelos de corrosión por CO2 aplicados en OLGA® [9].
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
12 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
8.1.2.
Corrosión Debido a la Presencia de Sulfuro de Hidrógeno Un caso especial del agrietamiento debido a la corrosión por tención (SCC, por las siglas en inglés) es producido por el H2S; el cual contenido en el fluido del proceso no afecta las instalaciones desde el punto de vista de corrosión; pero se convierte en un elemento muy corrosivo en presencia de agua libre. La severidad de la corrosión puede aumentar si el gas contiene oxígeno o dióxido de carbono. En general, gases con una relación de contenido de H2S/CO2 alta, son menos corrosivos que gases con una relación del contenido de H2S/CO2 baja. El mecanismo general de la corrosión por H2S se puede simplificar de la siguiente manera: H2S + Fe + H2O → FeSx + 2H2 De la misma forma que el hierro es usado en este ejemplo, reaccionan otros metales y producen sulfuros metálicos. El sulfuro de hierro producido durante la reacción, generalmente, se adhiere a las paredes internas de las líneas y de los equipos como un polvo negro o escama. Las escamas tienden a causar los siguientes fenómenos: •
Una aceleración local de la corrosión debido a que el sulfuro de hierro es catódico con el acero.
•
Las escamas se adhieren a la pared de la línea, brindando cierta protección a más corrosión; pero, eventualmente, es desplazado por efectos erosivos, exponiendo el metal “fresco” a más corrosión.
Adicionalmente, el hidrógeno formado en la reacción anterior, penetra en el acero donde es absorbido produciendo una fragilización del acero lo cual puede producir fracturas del mismo. Si el fluido del proceso es un gas o contiene gas, el NACE MR0175 [7] muestra los límites para determinar si un gas contiene suficiente H2S para ocasionar una SSC, en base a la presión parcial de H2S (PH2S):
PH2S = Presión total [unidad de presión absoluta] × Fracción molar de H2S Ejemplo: Un reservorio con una presión de 689 bara (10 000 psia) y un gas con un contenido molar de H2S de 10 %, tiene una presión parcial de H2S = 689 bara (10 000 psia) × 0,1 = 68,95 bara (1000 psia). El valor de PH2S, en combinación con el pH in situ, puede ser usado en la Figura 1 del NACE MR0175 [7] para la 903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
13 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL determinación de la severidad del SSC de acero al carbono y aceros de baja aleación, la Figura 3 de este INEDON es solo informativa. Es importante resaltar que el NACE MR0175 [7] tiene dos maneras para calcular la presión parcial del H2S; una cuando existe una fase gaseosa y otra cuando solo existe la fase de líquido, esta última considera la presión de punto de burbuja para obtener el contenido de H2S que coexistiría en una fase gaseosa en equilibrio con el líquido. Consulte el NACE MR0175 [7] para más detalles. 0,3 kPa (0,05 psi)
6,5
1 5,5 pH in situ
0 2
4,5
3 3,5
2,5
0,1
1
10
100
1000
Presión parcial de H2S [kPa]
Figura 3. Regiones de severidad de la SSC por H2S (adaptado de [7]). La región 0, normalmente, no requiere precauciones en la selección del material. 8.1.3.
Formación de Hidratos El INEDON “Lineamientos para la Evaluación de los Hidratos de Gas”, N° 903P3100-P09-GUD-063, contiene la información sobre la formación de los hidratos de gas natural.
8.1.4.
Procesos para la Deshidratación del Gas Los problemas de corrosión descritos anteriormente se pueden evitar removiendo el vapor de agua contenido en el gas o eliminando el contaminante.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
14 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL A continuación, se listan varios procesos de remoción de agua o deshidratación del gas. A)
Sistemas de Deshidratación con Glicol: Los sistemas de deshidratación de gas con glicol son muy usados por la simplicidad de la operación y el mantenimiento. Los tipos de glicol usados pueden ser dietileno glicol (DEG), trietileno glicol (TEG) y tetraetileno glicol (TREG), pero el TEG es el más común. El proceso está basado en la absorción del vapor de agua por medio del glicol, generalmente en una columna de contacto. El glicol rico (con alto contenido de agua) es enviado a una unidad de regeneración para su reutilización como glicol pobre (con bajo contenido de agua). La Figura 4 muestra el esquema típico de una unidad de glicol. Actualmente existen procesos mejorados de regeneración de glicol, como el DRIZZO® [4], [5], COLDFINGER® [5], CLEANOL+® [5], DRIGAS® [4], ECOTEG® [4], etc. Para más información consultar las Referencias [4] y [5].
B)
Deshidratación con desecantes sólidos: La deshidratación con desecantes sólidos es generalmente más costosa de operar que los sistemas con glicol; pero es muy usado cuando se requiere un secado del gas para su uso en plantas que operan a temperaturas criogénicas. La Figura 5 muestra un esquema típico con regeneración del desecante. Los desecantes comerciales puedes ser: •
Geles de alúmina o silicatos.
•
Alúmina proveniente de óxido de aluminio.
•
Tamices moleculares constituidos por silicatos de aluminio.
Al igual que el glicol, los desecantes sólidos indicados anteriormente son regenerables. En plantas con operación a temperaturas criogénicas, es frecuente encontrar una deshidratación primaria con glicol, para luego emplear desecantes sólidos. Esta combinación permite disminuir el tamaño y/o cantidad de los equipos, y también los costos, en la sección con desecantes sólidos. 903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
15 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Gas Seco Enfriador de glicol pobre (aire o agua)
Vapor de Agua
Gas Húmedo Regenerador (Rehervidor) de Glicol
Columna Contactora
Líquidos en el gas Tambor de almacenamiento
Intercambiadores de Glicol Rico/Pobre
Gas para despojamiento
Sección de Despojamiento
Gas expandido Tambor de Expansión Filtros
Descripción del proceso: El gas húmedo entra a la Columna Contactora, en donde hace contacto con el glicol pobre, el cual absorbe el vapor de agua del gas. El gas seco deja la Columna Contactora por el tope. El glicol rico (en agua e hidrocarburos disueltos) pasa de la columna hacia un condensador de reflujo ubicado en la chimenea del Regenerador de Glicol y de allí hacia el Intercambiador de Glicol Rico/Pobre, usualmente los dos intercambiadores mostrados en el esquema se encuentran integrados. El glicol rico precalentado entra al Tambor de Expansión para liberar hidrocarburos que hayan sido absorbidos por el glicol. A la salida del Tambor de Expansión, el glicol rico pasa primero por filtros para remover hidrocarburos y luego hacia la segunda etapa del Intercambiador de Glicol Rico/Pobre, para finalmente entrar al Regenerador de Glicol. En el regenerador se realiza el despojamiento del agua por medio de altas temperaturas y ayudado con un flujo de gas inyectado en la Sección de Despojamiento. El glicol pobre deja el Regenerador de Glicol para ser enfriado en el Intercambiador de Glicol Rico/Pobre y luego en otro enfriador para entrar con una diferencia de 6 °C (10 °F) por encima de la temperatura de gas de alimentación, esto con el fin de mantenerse por encima del punto de rocío de hidrocarburo.
Figura 4. Esquema típico para unidades de deshidratación con glicol. 903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
16 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Torre con desecante (en regeneración)
Calentador
Torre con desecante (en adsorción)
Gas Húmedo
Separador
Agua e Hidrocarburos
Sobrecalentador/Enfriador
Gas Seco
Descripción del proceso: El gas húmedo es enviado a la Torre con Desecante que está en Adsorción, de la cual sale el gas seco, este es sobrecalentado antes de salir de la unidad. Una fracción del gas húmedo es calentado, para luego ser enviado a la Torre con Descante en Regeneración. El gas caliente evapora el agua adsorbida previamente. El gas con alto contenido de agua es enfriado, el agua condensada y los hidrocarburos líquidos son separados. El gas húmedo desde el Separador es enviado a la Torre con Descante en Adsorción para su tratamiento, esto permite que no se pierda gas en el ciclo de regeneración.
Figura 5. Esquema típico para unidades de deshidratación con desecantes sólidos y su regeneración. C)
Deshidratación por permeación en membranas: La permeación del gas es el transporte de las moléculas del gas a través de una delgada lámina de algún tipo de polímero, desde una región de alta presión hasta una de baja presión. La permeación está basada en el hecho que diferentes moléculas pasan a través de un determinado medio poroso (por ejemplo, un polímero) a diferentes velocidades debido a los diferentes valores de difusividad y de solubilidad.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
17 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
8.1.5.
Procesos para el Endulzamiento del Gas Como se indicó anteriormente, otra opción para eliminar problemas de corrosión es la eliminación de contaminantes que junto al agua producen corrosión. Sin embargo, la deshidratación es el método más adecuado, dado que el agua libre o en punto de saturación sin la presencia de otros contaminantes, produce corrosión. Los siguientes procesos son principalmente usados para obtener valores de contaminantes (CO2, H2S, etc.) dentro de las normas requeridas para transporte y venta de gas natural. Los procesos para endulzamiento del gas natural se clasifican en: A)
Absorción química. a)
Soluciones de aminas: •
Remoción de H2S y/o CO2 de una corriente de gas por medio de una reacción con un material en una solución.
•
La reacción puede ser reversible, en donde el H2S y/o CO2 son removidos en una contactora a una presión alta y/o baja temperatura; y la reacción se revierte a baja presión y/o alta temperatura en la columna de despojamiento.
•
En reacciones irreversibles, la solución es repuesta cada cierto tiempo.
•
Tipos de aminas más usadas: MEA (monoetanolamina), DEA (dietanolamina), DGA (diglicolamina), MDEA (metildietanolamina), TEA (trietanolamina).
•
Las soluciones de aminas están disueltas en agua, esto genera que el gas endulzado esté saturado con agua, generalmente, se requiere una unidad de deshidratación aguas abajo.
•
Licenciantes de unidades paquete: NatcoGroup, Lurgi Oel Gas Chemie GmbH, UOP LLC, GasTech, Propak Systems, Shell Global Solutions International B. V.
•
Suplidores de soluciones de aminas: BASF AG, Shell Global Solutions International B. V., DOW Chemical.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
18 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Gas Dulce
Enfriador de amina pobre (aire o agua)
Columna de despojamiento
Condensador (aire o agua)
Gas Ácido
Tambor de reflujo
Absorbedor Filtros
Intercambiador de Amina Rica/Pobre
Gas Ácido
Rehervidor (vapor de agua o aceite caliente)
Gas expandido
Tambor de expansión
Descripción del proceso: El gas ácido de alimentación entra al Absorbedor en donde realiza un contacto con la solución de amina, el gas fluye de abajo hacia arriba en la columna. Los componentes ácidos del gas de alimentación reaccionan para formar una sal regenerable. En la medida que el gas fluye en el Absorbedor, más componentes ácidos reaccionan con la amina. El gas dulce deja el Absorbedor por el tope, y se encuentra saturado en agua. La amina rica fluye del Absorbedor hacia un Tambor de Expansión, en donde se remueven hidrocarburos absorbidos por la amina. Del Tambor de Expansión, la solución rica pasa a través del Intercambiador de Amina Rica/Pobre en donde absorbe calor de la solución pobre. La amina rica calentada entra a la Columna de Despojamiento. Mientras que la solución fluye hacia el fondo de la columna, se liberan CO2 y H2S. La solución de amina deja la Columna de Despojamiento hacia el Intercambiador de Amina Rica/Pobre, para reducir la temperatura de la amina pobre hasta aproximadamente 6 °C (10 °F) por encima de la temperatura de gas de alimentación, esto con el fin de mantenerse por encima del punto de rocío de hidrocarburo. El gas ácido despojado de la amina sale por el tope de la Columna de Despojamiento. Este gas pasa a través de un Condensador y un Tambor de Reflujo para enfriar la solución y recobrar agua. El agua recobrada es usualmente retornada a la Columna de Despojamiento como reflujo.
Figura 6. Esquema típico para unidades de endulzamiento con soluciones de aminas.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
19 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL b)
B)
Soluciones cáusticas: •
Lavado del gas con NaOH, K2CO3, etc. para remoción de H2S, CO2, CS2 y RSH.
•
La solución puede ser regenerable.
•
Licenciantes de unidades paquete: UOP LLC (Benfield Process), Advantica Technologies Ltd, Merichem Company.
Absorción física. a)
b)
Selexol: •
Uso de una solución derivada de polietileno glicol para remoción selectiva de H2S, COS y el grueso de CO2.
•
Agua e hidrocarburos pesados son solubles en Selexol, con lo cual se logra obtener un gas en especificación del punto de roció de agua e hidrocarburos.
•
Licenciante/Suplidor: DOW Chemical Company.
Rectisol: •
En este proceso se usan metanol o solventes orgánicos a baja temperatura para remoción de H2S, COS y CO2.
•
Licenciante/Suplidor: Lurgi Oel·Gas·Chemie GmbH y Linde AG.
•
Remoción de H2S y CO2 con N-metil-2-pirrolidona (NMP).
•
Licenciante/Suplidor: Lurgi Oel·Gas·Chemie GmbH.
Véase la Ref. [5] para otros solventes. C)
Absorción físico-química. Sulfinol: •
Uso de una mezcla de Sulfolane (solvente físico), agua y una alcanolamina (solvente químico, DIPA o MDEA) para remoción de H2S, CO2, COS y RSH.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
20 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL • D)
Licenciante/Suplidor: Shell Global Solutions International B. V.
Adsorción. Los procesos operan por ciclos (tipo batch) e incluyen la adsorción de contaminantes y la regeneración o el cambio del adsorbente. a)
b)
c)
d)
Iron sponge: •
El óxido de hierro es usado para remoción de H2S y RSH. La reacción convierte el H2S y el hierro en sulfuro de hierro.
•
El gas tiene que estar saturado con agua.
•
Licenciante/Suplidor: Connelly-GPM, Inc.
Chemsweet: •
Uso de una mezcla de óxido de zinc, acetato de zinc, agua y otros compuestos para remoción de H2S. El H2S reacciona con el zinc formando sulfuro de zinc y agua.
•
Mercaptanos forman con el zinc, mercaptidos de zinc [Zn(OH)RH] los cuales forman un lodo y posiblemente cause problemas de espuma.
•
Licenciante/Suplidor: NatcoGroup.
SulfaTreat: •
Absorbente para remoción de H2S el cual forma pirita, siendo un material de fácil disposición.
•
El gas tiene que estar saturado con agua.
•
Licenciante/Suplidor: SulfaTreat - A Business Unit of M-I Swaco.
Puraspec: •
Absorbente para remoción de H2S y COS.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
21 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
• e)
f)
Licenciante/Suplidor: Synetix.
Sulfur-Rite: •
Absorbente para remoción de H2S.
•
Licenciante/Suplidor: Gas Technology Products LLC.
Membranas: •
La permeación de gases se basa en el transporte de moléculas de gas a través de un medio a base de polímero desde una región de alta presión a otra de baja presión.
•
Las membranas son capaces de la remoción selectiva de H2S, CO2, H2O y otros contaminantes (por ejemplo, el agua).
•
Los polímeros más usados son celulosas de acetato, polimidas, poliamidas, polisulfonas, policarbonatos y polieteramidas.
•
Licenciantes de unidades paquetes: NatcoGroup, Kvaerner, UOP LLC.
La referencia [5] muestra información adicional sobre los procesos descritos anteriormente, y también sobre otros procesos para endulzamiento de gas, por ejemplo, con el uso de celátos de hierro (LO-CAT, SulFerox, etc.). 8.2.
Hidrocarburos Líquidos Los hidrocarburos pueden estar presentes en una línea en estado líquido cuando las condiciones de transporte dan como resultado la expansión y enfriamiento del gas natural con contenido de hidrocarburos pesados, usualmente igual o mayor que el pentano (C5+). Los hidrocarburos líquidos, que se forman del gas natural, son llamados condensados de hidrocarburo, o simplemente, condensados; algunas veces también gasolina natural. La tendencia de un gas natural para formar condensados es caracterizado por el valor de su punto de rocío de hidrocarburo; la cantidad de condensados producida depende de la concentración de los hidrocarburos pesados.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
22 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Lecho de Guarda
Gas Dulce (Residuo)
Filtro de Pulido
Filtro Coalescedor
Banco de Membranas
Gas de Alimentación
Gas Permeado (Ácido)
TC
Drenaje de Líquidos
Calentador de Fuego Indirecto
Descripción del proceso: El gas de alimentación entra al Filtro Coalescedor en donde se capturan aerosoles y partículas mayores de 1 μm a 3 μm. Luego, el gas es sobrecalentado en un Calentador de Fuego Indirecto a través de una solución de agua/glicol. El sobrecalentamiento evita la condensación de agua o hidrocarburos pesados en los Bancos de Membranas. Al salir del Calentador, el gas pasa al Lecho de Guarda donde se adsorbe glicol o aceites de lubricación (por ejemplo, proveniente de un compresor) en un lecho de carbón activado. El Filtro de Pulido sirve para remover las partículas de carbón activado que pueda arrastrar el gas. Finalmente, el gas entra en los Bancos de Membranas para endulzamiento y dependiendo del diseño también puede se deshidratado. Los productos de las membranas son el gas dulce (residuo) y el gas permeado (ácido). Las pérdidas de hidrocarburos pueden ser reducidas si el permeado pasado por una segunda etapa de permeación, donde es comprimido y pasado a través de un banco de membranas diseñado para el alto contenido de componentes ácidos. El residuo de la segunda etapa es mezclado con el gas que entra al primer Banco de Membranas.
Figura 7. Esquema de una unidad de membranas (Kvaerner Process Systems US).
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
23 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Los hidrocarburos pesados están generalmente presentes en el gas natural; pero la presencia de hidrocarburos con C17 a C40 es usualmente debido a la contaminación del gas natural asociado al petróleo. Los efectos de la presencia de condensados puede resumirse en: •
Incremento de las pérdidas por fricción en un gasoducto, por ende se reduce la capacidad de transporte.
•
En algunos casos se pueden producir acumulaciones de líquido que generan un flujo tapón (slugs). Los tapones de líquido pueden producir un efecto de martillo en las líneas, lo cual afecta los anclajes de la línea en los puntos de cambio de flujo (por ejemplo, los codos y las conexiones tipo “T”).
•
Si el flujo tapón alcanza un volumen muy grande, se puede producir la obstrucción del separador de entrada, principalmente cuando su volumen de retención de líquido no está diseñado para el flujo tapón.
•
Si la velocidad del gas es muy elevada, los condensados se pueden encontrar en forma de pequeñas gotas en el gas, tales gotas se mueven tan rápido como el gas. Este fenómeno puede erosionar las paredes internas, principalmente, de los accesorios de las líneas en donde se produce un cambio de dirección.
•
Ensuciamiento y taponamiento de filtros.
•
Deterioro de los sellos y membranas en equipos.
•
Acumulación en los equipos de medición.
El arrastre de los condensados hacia un quemador de gas tiene que ser evitado a toda costa. Si el condensado no extingue la llama, esta se enciende y puede propagarse. Los productos líquidos del gas son agrupados según su composición de la siguiente manera: •
Gas Licuado de Petróleo, GLP (Liquefied Petroleum Gas, LPG): principalmente propano y butano, mezclados o separados, los cuales son mantenidos en estado líquido bajo presión en un recipiente.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
24 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
•
Gas Natural Licuado, GNL (Liquefied Natural Gas, LNG): porción de hidrocarburos ligeros del gas natural, principalmente metano, que ha sido licuado.
•
Líquidos de Gas Natural, LGN (Natural Gas Liquids, NGL): hidrocarburos licuados en las instalaciones de superficie o en las plantas de procesamiento de gas. Los líquidos de gas natural incluyen etano, propano, butanos y gasolina natural.
Metano C1
Etano C2
Propano C3
Butanos iC4
nC4
Pentanos iC5
nC5
Hexanos Benzeno C6
Heptanos Toluenos C7+
Gas natural GNL (LNG) LGN (NGL) GLP (LPG) Gasolina natural Condensados estabilizados
Figura 8. Composición simplificada de los productos líquidos del gas natural (adaptado de [5], [6]). Los procesos típicos para la recuperación de condensados son mostrados a continuación:
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
25 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
A)
Recuperación de condensados por medio de refrigeración externa o mecánica: Un intercambiador para subenfriamiento (chiller) es usado en conjunto con un ciclo de refrigeración de propano, por ejemplo. Este tipo de esquema es comúnmente utilizado para acondicionar el gas previo a su venta. Gas a venta
Refrigerante
Gas de alimentación Intercambiador Gas-Gas
Chiller Separador frío
Líquidos a estabilización
Figura 9. Esquema de la recuperación de condensados con un refrigerante.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
26 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
B)
Recuperación de condensados por expansión Joule-Thomson: El efecto Joule-Thomson (JT) es también llamado auto refrigeración. En este proceso se utiliza una válvula que tumba bruscamente la presión (choke o válvula-JT). La disminución de la temperatura depende principalmente de la caída de presión del gas (cerca de 0,3 °C/bar [0,04 °F/psi]). Este tipo de proceso se utiliza frecuentemente en el acondicionamiento de gas combustible. El efecto JT ofrece las siguientes ventajas sobre el turbo-expansor y el refrigenerante [5]: •
Flujos bajos de gas para recuperaciones modestas de etano.
•
El proceso puede ser diseñado sin equipos rotativos.
•
Amplio rango de flujos.
•
Diseño y operación simples. Gas a venta
Gas de alimentación Intercambiador Válvula JT Gas-Gas
Separador frío
Líquidos a estabilización
Figura 10. Esquema de la recuperación de condensados con una válvula J-T.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
27 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
C)
Recuperación de condensados por enfriamiento en una turbina de expansión: Una turbina de expansión origina un mayor descenso de la temperatura que una expansión JT. Gas a venta (Opcional)
Gas de alimentación Intercambiador Gas-Gas Turbina de expansión
Separador frío
Líquidos a estabilización
Figura 11. Esquema de la recuperación de condensados con un turbo-expansor.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
28 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
D)
Recuperación de condensados por enfriamiento a alta velocidades: El gas es expandido en el tubo tipo Laval [10] a alta velocidades (Número de Mach > 1, Consulte el INEDON “Guía sobre Flujo Crítico para Fluidos Compresibles”, N° 903-HM120-P09-GUD-050), dando como resultado una baja temperatura. Los condensados (o el agua) forman gotas que se aglomeran para formar gotas más grandes, dichas gotas son centrifugadas a las paredes del tubo. La recuperación de presión a la salida del tubo, es de 70 % a 80 % de la presión de entrada. Gas a venta
Tubo del tipo Laval Gas de alimentación Intercambiador Gas-Gas Separador frío Líquidos a estabilización Líquidos a estabilización
Figura 12. Esquema de la recuperación de condensados con un tubo del tipo Laval.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
29 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
8.3.
Compuestos de Azufre Los compuestos de azufre generalmente presentes en el gas natural son: •
Sulfuro de hidrógeno (H2S).
•
Sulfuro de carbonilo (COS).
•
Mercaptanos (RSH).
Los compuestos de azufre no presentan problema en cuanto al transporte de gas, mientras no se forme agua libre en las líneas. Sin embargo, para la venta y el consumo existen varios requerimientos que respetar. Vapores (o humo) de combustión de compuesto de azufre contienen dióxido de azufre (SO2). Si esos vapores se enfrían en la carcasa y chimenea de un rehervidor, pueden producir ácido sulfúrico y agua libre, dando como resultado una corrosión severa del equipo. Si los vapores son enviados a la atmósfera, estos son un factor contaminante y contribuyen al aumento de la lluvia ácida. La cantidad de SO2 formado por combustión de compuestos de azufre depende del contenido total que se queme y de las características del quemador. 8.3.1.
Sulfuro de Hidrógeno (H2S) El H2S es bien conocido por su toxicidad y es fácilmente detectado en muy bajas concentraciones (0,02 ppm vol.) por su olor a huevos podridos. Mientras más tiempo se inhale el gas con H2S, menos detectable es para el olfato humano, lo cual puede dar la impresión de que el H2S ha desaparecido; de esta manera aumenta el peligro con altas concentraciones. El gas es dañino, e incluso tóxico, cuando la concentración de H2S excede 20 ppm vol. El Cuadro 1 muestra los efectos del H2S en función de su concentración y tiempo de inhalación. Los efectos varían de persona a persona.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
30 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
Cuadro 1. Efectos del H2S en función de su concentración y los tiempos de inhalación.
Concentración volumétrica de H2S [ppm]
Tiempo de inhalación
10
8.3.2.
Efectos Límite para inhalación prolongada
50 – 100
1 hora
Ligera irritación de los ojos y las vías respiratorias
200 – 300
1 hora
Fuerte irritación de los ojos y las vías respiratorias Máxima concentración que puede ser inhalada durante 1 hora
500 – 700
½ - 1 hora
Pérdida del conocimiento. Muerte
> 1000
pocos minutos
Pérdida del conocimiento. Muerte
Sulfuro de Carbonilo (COS) La presencia de COS en gas natural puede ser originada, en algunos casos, a la deshidratación del gas con tamices moleculares. La reacción catalítica que combina H2S con CO2, produce COS y agua. H2S + CO2 → COS + H2O El agua es retenida por los tamices moleculares y el COS es arrastrado por el gas seco. Gases con alto contenido de H2S y de CO2 pueden contener COS. Uno de los efectos secundarios del COS es que produce H2S en la presencia de agua, esta es la reacción reversa a la descrita anteriormente.
8.3.3.
Mercaptanos (RSH) En presencia de agua libre, los mercaptanos pueden producir ácidos que no son muy corrosivos. Altas concentraciones de mercaptanos origina mal olor en el gas.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
31 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
8.4.
Dióxido de Carbono (CO2) La Sección 8.1.1 muestra los problemas que el CO2 puede ocasionar en la presencia de agua libre. El CO2 no es ni tóxico ni inflamable, pero reduce el poder calorífico1 del gas e incrementa el costo de transporte. Cuadro 2. Comparación del poder calorífico de un gas en función del contenido de CO2.
8.5.
Contenido molar de CO2
HHV
LHV
[%]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
5
47414
43166
10
42140
38365
15
37480
34122
Oxígeno (O2) El oxígeno encontrado en el gas natural proviene generalmente de la inyección de aire para ajustar el poder calorífico. Incluso a bajas concentraciones, el oxígeno oxida las líneas de acero cuando está en la presencia de agua libre y a altas presiones. El riesgo de explosión de una mezcla gas-oxígeno sólo ocurre a altas concentraciones de oxígeno, ejemplo con contenido molar de oxígeno mayor a 17 %.
8.6.
Hidrógeno (H2) y Monóxido de Carbono (CO) El hidrógeno y el monóxido de carbono no son compuestos del gas natural, pero están presentes en gases de refinería, gas de síntesis, etc. Estos contaminantes son considerados para diseño de las líneas y los equipos de transporte y distribución cuando los gases son mezclados con gas natural.
8.7.
Partículas Sólidas El gas natural puede arrastrar arena desde los reservorios, lo cual ocasiona problemas de erosión en las líneas y los equipos. Adicionalmente, aumenta las 1
El CO2 no tiene poder calorífico.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
32 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL pérdidas por fricción durante el transporte y puede bloquear las válvulas y los instrumentos. 8.8.
Mercurio (Hg) El mercurio puede ser encontrado en pequeñas cantidades en algunos reservorios de gas natural y es generalmente adsorbido en las líneas de acero, pero es removido cuando existen procesos de licuefacción debido al efecto corrosivo en intercambiadores criogénicos fabricados con aluminio. El mercurio forma una amalgama con el aluminio, la cual se descompone en contacto con agua y forma alúmina e hidrógeno; esta reacción es continua debido a que el mercurio actúa como catalizador. El mercurio es generalmente removido de corrientes de gas por medio de tamices moleculares.
9.
EJEMPLO DE LA COMPOSICIÓN DEL GAS DE VENTA PARA TRANSPORTE EN GASODUCTOS El ejemplo de esta sección está basado en los requerimientos de PDVSA para la aceptación de gas a su sistema según Norma COVENIN 3568-2:2000 [2]. A continuación, se indican algunos parámetros mostrados en esa Norma. Las especificaciones del gas de venta, de refinería o combustible están establecidas en las Bases de Diseño de cada Proyecto.
9.1.
Composición El siguiente cuadro muestra los límites de hidrocarburos y contaminantes en el gas de venta para transporte. Cuadro 3. Límites de hidrocarburos y contaminantes en el gas de venta para transporte, según la Norma COVENIN 3568-2:2000.
Nombre
Límite
Valor [% molar]
Metano (C1)
Mín.
80,0
Etano (C2)
Máx.
12,0
Propano (C3)
Máx.
3,0
Butanos y más pesados (C4+). De éstos, hidrocarburos insaturados total.
Máx. Máx.
1,5 0,2
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
33 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL Cuadro 3. Límites de hidrocarburos y contaminantes en el gas de venta para transporte, según la Norma COVENIN 3568-2:2000. (Continuación).
Nombre
Límite
Valor [% molar]
Dióxido de carbono (CO2)
Máx.
8,5
Nitrógeno (N2)
Máx.
1,0
Hidrógeno (H2)
Máx.
0,1
Oxígeno (O2)
Máx.
0,1
Monóxido de carbono (CO)
Máx.
0,1
Unidad
Valor
Componentes en trazas Nombre
9.2.
Límite
3
Sulfuro de hidrógeno (H2S)
Máx.
mg/m ppm molar
17,3 12
Azufre total para gas no odorizado
Máx.
mg/m3 ppm molar
38 28
Azufre total para gas odorizado
Máx.
mg/m3 ppm molar
49 36
Agua (en estado gaseoso)
Máx.
mg/m3 lb/MMSCF
117 7
Temperatura de Punto de Rocío de Hidrocarburos La temperatura de rocío máxima (cricondentérmico) es menor en 20 °C (36 °F)2 a la temperatura ambiental mínima de todo el sistema de transmisión, almacenamiento y distribución.
9.3.
Densidad Relativa La densidad relativa del gas real no excede de 0,75.
9.4.
Metanol No se agrega metanol al gas de venta.
2
El valor indicado es un diferencial de temperatura.
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
34 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL 10.
REFERENCIAS
Leyenda de la ubicación de las referencias:
Biblioteca de inelectra.
Directorio de Instrucciones de Trabajo en el servidor de inelectra Panamá, S. A.
Servicio de Normas PDVSA o Internacionales en la ineweb. Intranet de Procesos.
[1]
API VT-2. Corrosion of Oil- And Gas-Well Equipment. 2nd Edition, October 1990.
[2]
COVENIN 3568-2:2000. Gas Natural. Características Mínimas De Calidad. Parte 2: Gas de Uso General Para Sistemas De Transporte Troncales De Libre Acceso.
[3]
De Waard, C. Prediction of CO2 Corrosion of Carbon Steel. Paper No. 69, presented at The NACE Annual Conference and Corrosion Show ’93.
[4]
Gas Processes 2006. Hydrocarbon Processing. Gulf Publishing Company.
[5]
GPSA – Engineering Data Book. Volume II. 11th Edition – FPS, 1998.
[6]
Lagiere, M. Seminario: Natural Gas Technologies. Sin fecha de publicación.
[7]
NACE International Standard MR0175/ISO 15156. Item N° 21306. Petroleum and Natural Gas Industries – Materials for Use in H2SContaining Environments in Oil and Gas Production. First Edition.
[8]
NORSOK Standard M-506 (Estándar Noruego). CO2 Corrosion Rate Calculation Model.
[9]
Nybor, R., Anderson, P. y Nordsveen, M. Implementation of CO2 Corrosion Models in a Three-Phase Fluid Flow Model. NACE Paper N° 00048. Presentado en la conferencia internacional de NACE en 2000.
[10] Schinkelshoek, P., Epsom, H., Twister BV. OTC-17884-PP. Supersonic Gas Conditioning for NGL Recovery. Offshore Technology Conference. 903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
35 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
ANEXO 1 – RESUMEN
DE LOS DE LOS
PROCESOS DE TRATAMIENTO PARA ELIMINACIÓN CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
36 de 37
INEDON
0
INEDON PROCESOS
903-HM120-P09-GUD-048 Rev.
GUÍA SOBRE LOS CONTAMINANTES EN EL GAS NATURAL Resumen de los procesos para de tratamiento para la eliminación de los contaminantes en el gas natural, descritos en este INEDON.
Tratamiento
Proceso
Sustancias
Absorción con glicol
Información adicional
DEG, TEG, TREG Geles de alúmina o silicatos
Deshidratación
Absorción con desecantes sólidos
Alúmina Tamices moleculares de silicatos de aluminio
Permeación en membranas
Absorción química
MEA, DEA, DGA, MDEA, TEA
Soluciones cáusticas
NaOH, K2CO3
Selexol
Absorción física Endulzamiento
Soluciones de aminas
Rectisol
Absorción físico-química
Sulfinol Iron sponge Chemsweet SulfaTreat
Adsorción
Puraspec Sulfur-Rite Membranas
Refrigeración externa o mecánica Recuperación de condensados
Expansión Joule-Thomson Enfriamiento en una turbina de expansión Enfriamiento a alta velocidades
903-HM120-P09-GUD-048.DOCX/26/08/2008/AA/pa
37 de 37
INEDON
0
View more...
Comments