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Deshidratación del Gas Natural
CAPÍTULO 3 DESHIDRAT DESHIDRATACIÓN ACIÓN DEL GAS NATURAL 3.1
Introducción Todo gas natural de producción está totalmente saturado con agua en su
fase de vapor, porque proviene de un yacimiento saturado (en equilibrio) con agua !demás generalmente el gas contiene "# $ y %$& que se remueven con soluciones acuosas tales como aminas, carbonato de potasio, etc, que saturan el gas con agua ! fin de remover la mayor cantidad de agua, es necesario deshidratar el gas por las siguientes ra'ones
1. vitar formación de hidratos 2. "umplir con especificaciones como gas de venta 3. *inimi'ar corrosión +-
Deshidratación del Gas Natural
.ara .ara dise/ar dise/ar un sistem sistemaa de deshid deshidrat rataci ación ón se requie requiere re inform informaci ación ón preliminar tal como presión, temperatura, composición y rata de flu0o de gas
Normalmente el gas está saturado cuando llega a la planta o cuando cuando sale de una unidad de endul'amiento &in embargo, por lo regular la composición de entrada se suministra en base seca1 por lo tanto, el contenido de agua del gas h2medo de entrada debe ser determinado
!demás, con base en la composición h2meda, debe determinarse la temperatura de hidrato a una presión dada, a fin de que el gas pueda ser deshidratado lo suficiente para evitar la formación de hidratos y cumplir con la especificación de contenido de agua 3a cantidad de agua a ser removida del gas h2medo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cuál de las ra'ones + o $ sea la que controla n cualquier caso, se establece el contenido de agua en el gas seco que sale, o el correspondiente punto de roc4o por agua
3.2
Contnido D A!u" En E# G"$ N"tur"# l cont conten enid ido o de agua agua de una una corr corrie ient ntee de gas gas satu satura rado do,, se pued puedee
determinar bien sea en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos l m5todo manual que más frecuentemente se usa en la industria del gas natural es el uso de la carta de contenido de agua de *c6etta y 7ehe, que corresponde a la (8ig -9+) 8ig $9- del G.&! &in embargo, esta carta publicada en +:;< con base en los datos e=perimentales
+>
Deshidratación del Gas Natural
disponibles por ese tiempo, está limitada a gases dulces y no debe ser usada para composiciones de gases gases agrios mayores de ;? mol (% $& y@o "#$)
Tanto el % $& como el "# $ contienen más agua a saturación que el metano metano o me'cla me'class de gas natura naturall dulce dulce,, partic particula ularme rmente nte a presio presiones nes por encima de A psia a temperatura ambiente1 por lo tanto, a presiones por encu encuna na de A A psia psia,, se debe debe hace hacerr corr correc ecci ción ón por por % $& y " # $ sta stass correcciones
son
significativamente
más
necesarias
a
más
altas
concentraciones y presiones
.ara la carta de la 8ig -9+ (8ig $9- del G.&!) la corrección por gravedad de gas no debe usarse cuando hay presencia de % $& y "#$, y por el efecto de ciertos hidrocarburos no siempre es adecuada, especialmente en la predicción de contenido de agua a presiones por encima de +,; psia (+;,; 6g@cm$) 3a l4nea para formación formación de hidratos es apro=imada y no debe debe usarse para predecir condiciones condiciones de formación de hidratos
l G.&! tiene dos m5todos simples para determinar el contenido de agua de gases agrios &in embargo, el primer m5todo que consiste en un promedio aditivo de la fracción mol correspondiente a los contenidos de agua en los los cons consti titu tuye yent ntes es dulc dulcee y agri agrio, o, no es cons consis iste tent ntee y por por lo tant tanto o es inseguro &e aplica a me'clas gaseosas con un contenido de gas ácido por deba0o de >?, mediante el uso de la siguiente ecuación y las 8igs $9-, $9< y $9: del G.&!
7 B y%" 7%" C y"#$ 7"#$ Cy%$& 7%$&
c -9+
%i! 3&1 Contnido D A!u" ' ()todo D (c*tt" +;
Deshidratación del Gas Natural
+
Deshidratación del Gas Natural
%i!. 3&2 contnido +cti,o d "!u" -"r" # co2 n /c#"$ d !"$ n"tur"#
+A
Deshidratación del Gas Natural
Nótese que las 8igs $9< y $9: del G.&! suministran valores para el t5rmino contenido de agua EefectivoE de "#
$
y %$& en me'cla de gas
natural, el cual debe usarse solamente en la c -9+ stos no son contenidos de agua para "# $ y %$& puros
l segundo m5todo del G.&! que se basa en el uso de las 8igs $9+ y $9++ es más seguro (8ig -9-(a) y 8ig -9-(b)), pero tiene una aplicación limitada a , psia (>$+, 6g@cm $) y requiere interpolación para determinada presión entre las dadas en las cartas
"on gases que tienen "# $, el "#$ debe ser convertido a una concentración EequivalenteE de % $& .ara propósitos de este m5todo, se as une que el "# $ contribuye con el A;? del agua en la me'cla gaseosa, sobre una base molar como %$&
3os siguientes e0emplos del G.&! sirven para ilustrar el uso de las figuras y los m5todos anteriormente descritos
E0E(PLO 3&1 Determinar el contenido de agua saturada de un hidrocarburo gaseoso pobre y dulce a +; F8 y +, psia (;, " 9 A,-+ 6g@cm $)
".
&i el gas tiene un peso molecular de $ lb@lbmol
.
&i el gas está en equilibrio con una salmuera al - ?
So#ución +<
Deshidratación del Gas Natural
a
De la 8ig -9+ (H +; F8 y +, psia),
7 B $$ Ib@ **scf
y para .* B $ (H +; F8),
" g B :< 7 B : 9 $? "#$ a + F8 y $, psia (A+,+ " K +>,+ 6g@cm $) l valor e=perimental para el contenido de agua fue +A$ lb@**scf
()todo Uno De la 8ig -9+ (H + F8 y $, psia),
7 %" B +A lb@**scf
De la 8ig -9$ (H + F8 y $, psia),
7 "#$ B $> lb@**scf
De la c -9+,
7 B y %" 7%" C y"#$ 7"#$ Cy%$& 7%$&
7 = )
7 B +,; psia) "on base en pruebas del m5todo hechas por los autores, los resultados tienen una precisión de ; 9+ ? n la 8ig -9> se presenta la carta utili'ada para este m5todo, en combinación con la 8ig $9- del G.&! l siguiente e0emplo ilustra el uso de este m5todo para estimar el contenido de vapor de agua en un gas natural agrio
E0E(PLO 3&3 "alcular el contenido de agua en equilibrio para un gas agrio que contiene >;? mol de "% >, +;? molde % $& y >? mol de "# $, a + F8 y $, psia (-A,A " K +>,+ 6g@cm $)
So#ución De la 8ig -9+ (H + F8 y $, psia),
7 (gas dulce) B -< lb@**scf ++
Deshidratación del Gas Natural
"alcular el % $& equivalente,
% $&(equiv) = +;(%$&) C A;J(> ("#$)) %$&(equiv) = >; ?
%i!. 3.3"4 Contnido d !"$$ 5cido$ 6"$t" 2777 L-c"
%i!. 3.34 Contnido d !"$$ 5cido$ 6"$t" 8777 L-c"
+++
Deshidratación del Gas Natural
%i!. 3&9. :"tr contnt r"tio c6"rt +or $our n"tur"# !"$
++$
Deshidratación del Gas Natural
De la 8ig -9> (H + F8, >; ? % $& equiv y $, psia), ++-
Deshidratación del Gas Natural
Melación cont agua B $<
"alcular 7(gas agrio),
H $ O en gas agrio H $ O en gas dulce
7(gas agrio) B $< J -< B A:> lb@**scf
#tro m5todo para estimar el contenido de agua en gases dulces o agrios es el de "ampbell ste m5todo está desarrollado sobre una base teórica y aparentemente es confiable1 sin embargo, no muestra datos de prueba
l contenido de agua saturada de una corriente puede tambi5n ser determinado usando un programa de computador de simulación de procesos n este caso se adiciona agua a la corriente de gas hasta que una peque/a fracción en fase l4quida apare'ca 3a precisión de los cálculos por simulación depende de lo bien que la base termodinámica modele el sistema, normalmente se utili'an ecuaciones de estado "on base en comparaciones recientes de datos e=perimentales para gas ácido, el contenido de agua que se predice es ra'onablemente bueno hasta , $9;, $9 y $9A se basan en datos e=perimentales na determinación precisa de contenido de agua requiere un estudio cuidadoso tanto teórico como con datos e=perimentales n muchos casos datos e=perimentales adicionales son la me0or forma para verificar valores ++>
Deshidratación del Gas Natural
predichos !2n las más sofisticadas ecuaciones de estado (#&) pueden dar resultados de confiabilidad cuestionable
(dición d# Contnido d) A!u" =isten varios instrumentos a nivel comercial basados en diferentes principios para medir el contenido de agua en el gas1 sin embargo, medir contenidos de agua menores de $ ppm, O (partes por millón en peso) o puntos de roc4o menores de 9> F8 es muy dif4cil .ara mayores referencias ver el "ap $ del Tomo I, donde se muestran los m5todos de "ampbell y Pu6ace6
3.3
Hidr"to$ d !"$ n"tur"# l hidrato es un sólido comple0o cristalino estable, con apariencia de
hielo pero posee una estructura diferente &e forma en sistemas de gas o de l4quidos recuperados del gas natural (NG3), cuando el gas o el l4quido está en o por deba0o del punto de roc4o del agua, normalmente cuando hay presencia de agua l4quida sin embargo1 no necesariamente tiene que darse esta condición, pues una ve' que el gas este saturado, el agua libre puede pasar directamente de vapor a sólido sin formar l4quido 3a temperatura de formación de hidrato a una presión dada depende de la composición del gas Tradicionalmente se han reconocido dos estructuras cristalinas para los hidratos que se forman con el gas natural llamadas simplemente structura I y II1 en las cuales las mol5culas de agua forman el enre0ado, y los hidrocarburos, ++;
Deshidratación del Gas Natural
el N$, "#$, y %$& ocupan las cavidades 3as mol5culas más peque/as ("% >, "$%, "#$ y %$&) estabili'an formando un cuerpo c2bico centrado llamado structura I, y las mol5culas más grandes (" -%%+) forman un enre0ado tipo diamante llamado structura II
3as mol5culas más grandes que el n9" >%+ no forman hidratos de structuras I y II1 sin embargo, estudios recientes indican que algunas isoparafinas y cicloalcanos más grandes que el pentano forman hidratos de structura %
"uando se forman hidratos 5stos tienden a bloquear tuber4as, equipos e instrumentos, restringiendo o interrumpiendo el flu0o n tomas de presión de medidores e indicadores, producen falsas lecturas de presión y errores de medición na ve' que se forman los hidratos su remoción es bastante dif4cil
%i!. 3&; %or"ción d 6idr"to$ d t"no.
Contnido d A!u" n #" R!ión d Hidr"to
++
Deshidratación del Gas Natural
3a 8ig $9- del G.&! se basa en el supuesto de que la fase de agua condensada es un l4quido &in embargo, a temperaturas por deba0o de la temperatura de hidrato del gas, la fase condensada será un sólido (hidrato)
l contenido de agua de un gas en equilibrio con un hidrato, será menor que en equilibrio con un l4quido metaestable sto se conoce como la 'ona de advertencia Q7arningR en la 8ig $9- del G.&! ('ona de l4neas punteadas)
3a formación de hidratos es un proceso dependiente del tiempo 3a rata a la cual se forman los cristales de hidrato depende de varios factores que incluyen, composición del gas, presencia de sitios nucleares de cristales en la fase l4quida, grado de agitación, etc
Durante esta transición (per4odo de formación del hidrato), el agua l4quida presente se denomina liquido metaestable
!gua metaestable es agua l4quida la cual, en equilibrio e=istirá como un hidrato n la 8ig $9+- del G.&! se muestra el contenido de agua de un gas en equilibrio con el hidrato y se compara con el contenido de agua metaestable
l contenido de agua para gases en la región de hidrato es fuertemente dependiente de la composición, luego la 8ig $9+- no debe e=trapolarse para otras composiciones
++A
Deshidratación del Gas Natural
"uando se dise/an sistemas de deshidratación (particularmente con TG) para cumplir con especificaciones drásticas de ba0os puntos de roc4o de agua, se requiere determinar el contenido de agua del gas en equilibrio con un hidrato usando una correlación como la que se presenta en la 8ig $9+-
&i se usa una correlación metaestable, se puede sobreestimar el contenido de agua saturada del gas a la especificación de punto de roc4o, y como resultado se puede llegar a un dise/o que no puede alcan'ar la remoción de agua requerida ++<
Deshidratación del Gas Natural
3.9
Prdicción D Condicion$ P"r" L"
%or"ción D Hidr"to$ 3as condiciones para formación de hidrato pueden tambi5n ser calculadas en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos 3os cálculos manuales pueden hacerse con base en los m5todos del G.&! mediante el uso de cartas o siguiendo un procedimiento de cálculo de equilibrio vapor@sólido n forma similar a como se hi'o en los cálculos para contenido de agua en el gas, los cálculos manuales para predecir la formación de hidratos deben ser a0ustados para gases agrios Paille S 7ichert desarrollaron una carta para estimar las condiciones de formación de hidratos en gas natural agrio, la cual puede tambi5n usarse en gas dulce sta carta corresponde a la 8ig $9$A del G.&! "on reconocidos programas de computador para simulación de procesos, es posible estimar buenas condiciones para formación de hidratos con desviaciones de alrededor de $ F8 Generalmente estos programas se pueden usar en forma confiable para dise/o, especialmente, cuando el sistema, es complicado1 como el caso de formación de hidratos sin que se tenga agua libre condensada del gas, donde se requiere un modelo de cálculo termodinámico riguroso "on las 8igs $9+; a $9+A del G.&! se pueden hacer apro=imaciones a las condiciones de formación de hidratos, pero se producen errores ++:
Deshidratación del Gas Natural
significativos para composiciones diferentes a las usadas para construir dichas cartas, porque las condiciones a las cuales se forman los hidratos se afectan fuertemente por la composición del gas 3os siguientes e0emplos del G.&! sirven para ilustrar su uso
E0E(PLO 3&9 ncontrar la presión de formación de hidrato para el siguiente gas a ; F8 para el siguiente gas
Co-onnt
%r"cción o#
P(
# N"> N$ "#$
A - ; +: :> $
+>-A >>:A ; ; $>+
+$;< + E?-"n$ión -ri$i# $in #" +or"ción d 6idr"to$ " 7.> d !r",d"d $-c@+ic"
E0E(PLO 3&8 +$$
Deshidratación del Gas Natural
Determinar hasta dónde puede e=pandirse un gas de gravedad a $ psia y + F8 sin que se forme hidrato De la 8ig -9< para gas de gravedad espec4fica ncontrar intersección de
la
la l4nea de presión inicial $ psia con la curva de
iemperatura inicial + F8 3eer en el e0e de las W la presión final permisible igual a +,+ psia
%i!. 3&= E?-"n$ión -ri$i# $in #" +or"ción d 6idr"to$ " 7.8 d !r",d"d $-c@+ic"
E0E(PLO 3&> +$-
Deshidratación del Gas Natural
Determinar hasta dónde puede e=pandirse un gas de gravedad a $, psia y +> F8 sin que se forme hidrato
De la 8ig -9< para gas de gravedad espec4fica
3a l4nea de presión inicial $, psia no intercepta la curva de temperatura inicial +> F8 .or lo tanto, el gas puede e=pandirse hasta presión atmosf5rica sin que se forme hidrato
Prdicción d %or"ción d Hidr"to$ con "$ n #" Co-o$ición -"r" G"$$ Du#c$ n m5todo más seguro para estimar condiciones de formación de hidrato es el de Xat' , en el cual se e0ecutan cálculos tipo Epunto de roc4oE usando constantes de equilibrio vapor sólido X Y&, las cuales se muestran en las 8igs $9+: a $9$; del G.&!
l equilibrio vapor sólido está definido por la ecuación
X vs B y@=s
c -9$
.ara propósitos de cálculo, el valor de X Y& es infinito para las mol5culas más grandes que n" >, tambi5n para contenido de n"> en una me'cla menor de + ? y mayor de ? mol, y para nitrógeno &i el n"> está en proporción de + a ? mol, el valor de n" > se lee en la carta de la 8ig $9$-
+$>
Deshidratación del Gas Natural
l procedimiento es iterativo y la convergencia se alcan'a cuando se satisface la siguiente función ob0etivo
i =n
∑ ( yi @ K
VS i =+
) = +
c -9-
E0E(PLO 3&= "alcular la presión de formación de hidrato a ; F8 para el siguiente gas
Co-onnt
" 377 -$i"
%r"cción o#
" 977 -$i"
n !"$
B S
+:
$A
++<
"+
$;
"$
-+;
"-
A
i">
$
n">
+:
"; C
>
.* B +:A; lb@lbmol
Gravedad espec4fica, B >
Deshidratación del Gas Natural
3a concentración final y la rata de flu0o de inhibidor requerida, se pueden tambi5n calcular con un programa de simulación de procesos &e reali'an cálculos de temperatura de hidrato, adicionando inhibidor hasta que la temperatura de hidrato para la corriente de gas se depresione por deba0o de la temperatura de operación del sistema
3a concentración requerida de inhibidor pobre se fi0a t4picamente entre y F8 y : psia 3a temperatura de hidrato del gas es A F8 3a producción de condensado asociado es +$A lbmol@h "alcular la cantidad de inhibidor requerido (metanol y y -9;
Depresión punto de congelación, d B A 9 > B - F8
De c -9>,
X I
$--; $--; = +@ + + = + + PM J d -$ J -
W+ B $:+ fracción peso (\$ K $; ? peso) peso)
De c -9;,
W%$# B e=p(d@9+$:) B e=p(-@9+$:)
W%$# B A:- fracción mol
De 8ig -9+A (H W %$# B A:-), WI,B -+; fracción peso (] ; ? peso), se usa este valor valor
(Yalor calculado con %ysys, W I B -+$ fracción peso)
+>
Deshidratación del Gas Natural
.aso -, "alcular flu0o másico de metanol metanol en fase agua (*e#% B + ? peso)
De c -9,-; + − ,-+;
= $, lb@d
(Yalor calculado con %ysys, m I B $,+>< lb@d)
.aso >,
"alcular p5rdidas por evaporación con 8ig -9+ F8 y : psi, .5rdidas evap B +;
.5rdidas evaporación B +;
lb @ MMscf
? peso MeOH (+
lb @ MMscf ? peso MeOH
**scfd)(-+; ? peso *e#%)
.5rdidas evap diarias B -,-< lb@d
(Ya (Yalor calculado con %ysys, .5rdidas evaporación B $,:;$ lb@d)
.aso ;,
"alcular p5rdidas en fase hidrocarburo l4quido con 8ig -9+:
.5rdidas a H > F8 y -+; ? peso *e#%,
.5rdidas en %" l4q B + ? mol *e#%
.5rdidas diarias diarias en %" l4q B (+) J (+$A) (+$A) lbmol@hJ$> lbmol@hJ$> h@d h@d B >: Ibmol@d +>A
Deshidratación del Gas Natural
.5rdidas diarias en %" l4q B >: lbmol@d J -$ lbmol = +;A Ib@d
(Yalor calculado con %ysys, .5rdidas en %" l4q B +;< lb@d)
.aso , 8lu0o másico total de *etanol B $, C -,-< C +;A B ;,>; lb@d
(Yalor calculado con %ysys, 8lu0o másico total de *etanol B ;,>- fracción peso de G (Yalor calculado con %ysys, W IB >< fracción peso)
.aso F8 para evitar su descomposición
o"
D G#ico#
sta bomba circula el glicol a trav5s de los equipos .uede ser mane0ada por motor el5ctrico o con gas a alta presión &i se bombea glicol en e=ceso, no se alcan'a la temperatura requerida de regeneración en el rehervidor
P)rdid"$
D G#ico#
n nivel aceptable de p5rdidas está en el orden de + gal@**scf de gas tratado, lo cual es equivalente a menos de + lb de glicol por **scf
3as p5rdidas ocurren en la cima de la contactora influenciadas por la temperatura y presión de operación, en la torre regeneradora y por fugas en la bomba, filtros, tuber4as y durante limpie'a de filtros
A$-cto$ Aint"#$
n el proceso de regeneración del glicol rico a glicol pobre, el agua que ha sido absorbida en la contactora se libera en la regeneradora y se ventea a la atmósfera
Desafortunadamente, el glicol no solamente absorbe agua en la contactora sino hidrocarburos y gas ácido 3os hidrocarburos paraf4nicos normalmente no se absorben pero los aromáticos s4 n la página $9-$ del G.&! puede observarse que cantidades substanciales de ciertos aromáticos pueden ser absorbidos para ser luego liberados a la atmósfera, a menos que dichos vapores sean capturados de alguna manera, mediante procesos que son generalmente costosos
3a evaluación del sistema de TG involucra establecer su concentración m4nima para alcan'ar la especificación de punto de roc4o por agua 3a 8ig $9 ;> del G.&! muestra el punto de roc4o por agua de una corriente de gas natural en equilibrio con una solución de TG a varias concentraciones y temperaturas
sta figura puede usarse para estimar la concentración requerida de TG para una aplicación particular, o la depresión teórica del punto de roc4o para una temperatura dada y determinada concentración de TG
Yalores de punto de roc4o reales de salida dependen de la rata de circulación de TG y del n2mero de etapas de equilibrio 3os datos de la 8ig $9;> son relativamente insensibles a la presión y dicha figura puede usarse hasta +,; psia con peque/o error
na ve' se determina la concentración de TG, debe determinarse la rata de circulación y el n2mero de platos o altura de empaque n las 8igs $9;; a $9;: del G.&! se presenta la relación de remoción de agua a rata de circulación de TG, para varias concentraciones y n2mero de etapas teóricas de equilibrio
GUÍAS DE DISEMO OPERACIÓN PARA INHIICIÓN DE HIDRATOS DESHIDRATACIÓN CON GLICOL 1.
"omo criterio de dise/o el flu0o real de inhibidor debe ser apro=imadamente el doble del flu0o calculado en forma teórica
2. "uando se utili'a el glicol para prevenir formación de hidratos, la regeneración se hace hasta 9 y +$ 3a conversión de etapas de equilibrio a platos reales puede hacerse asumiendo una eficiencia global de plato entre $; ? para platos de burbu0eo y -- ? para platos de válvulas .ara empaque, la
relación de altura equivalente de empaque a plato teórico (%T.) var4a con la rata de circulación de TG, el flu0o y la densidad del gas1 pero un valor de - K pulgadas es normalmente adecuado
. 3a temperatura de entrada del gas h2medo debe estar entre K +$ F8 "uando la temperatura de la absorbedora está por deba0o de F8, el incremento en la viscosidad del TG puede reducir la eficiencia en la transferencia de masa
17. l espaciamiento t4pico entre platos en la absorbedora es $> pulgadas &in embargo, la altura total de la torre estará de acuerdo con el n2mero de platos o la altura de empaque requerida, más de K + adicionales para permitir el retiro de vapor al l4quido por encima del plato de cima, distribución del gas de entrada por deba0o del plato de fondo y espacio para colectar glicol rico en el fondo
11. Tradicionalmente se han usado platos de burbu0eo en absorbedores de glicol, porque permiten ba0as ratas de l4quido vs 8lu0o de gas1 sin embargo, el empaque estructurado está siendo muy aceptado, porque permite reducción significativas en diámetro, y alguna reducción en altura
12. l diámetro de la absorbedora se fi0a con la velocidad del gas v o G, en forma similar a como se hace para separadores Yalores recomendados para los factores X y " se dan en la Tabla +
v B K
ρ L
− ρ g
ρ g
, ft@s
ó
GB
C
ρ g ( ρ L
− ρ g ) 1 lb@(h9ft$)
.ara platos, $
=
;:,> J # J " J ! P
, in
c -9:
.ara empaque estructurado,
$ =
C pla&oburbu %a C empa'ue es&ruc&urado
c -9+
J ( $ pla&oburbu %a )
13. 3os vendedores de empaque estructurado utili'an una variable 8, para dimensionar absorbedoras de glicol, definida como 8s B v
c -9++
ρ
Yalores de 8 s B $,; K -, generalmente suministran un buen estimativo del diámetro de la absorbedora con empaque estructurado
TALA 3&1 %"ctor$ * ' c -"r" ,#ocid"d d ,"-or B +"ctor$
C +"ctor
+t
$>R
,+
;A
,+A
+$
.lato de burbu0eo, espaciamiento
-R mpaque structurado
!l a'ar
,- a ,> J
+> J
+ inch .all rings
,+- K ,+<
>< 9 ><
$ inch .all rings
,+: 9,$
9 :-
J Depende de la densidad del empaque y el vendedor
TA(OR %LASH 19. .ara desgasificación se requiere un tiempo de retención m4nima de - K ; minutos &i se va a remover hidrocarburo l4quido, se requiere un tiempo de retención de $ K - minutos
1;. .resión de operación B psig 18. Temperatura de operación B +> K + F8 si a continuación se en encuentra el intercambiador glicol rico K glicol pobre
INTERCA(IADOR GLICOL RICO ' GLICOL PORE 1>. Temperatura de alimento a la despo0adora de agua ^ - F8 1=. Temperatura del glicol pobre fr4o ^ +; F8 1. !pro=imación QapproachR lado caliente ^ > F8
DESPO0ADORA DE AGUA
27. .resión ^ atmosf5rica 21. Temperatura de fondos
TG ] > F8 (preferible - F8 (preferible -$ F8)
22. Temperatura de cima para minimi'ar p5rdidas de glicol B $+ F8 23. Meflu0o para minimi'ar p5rdidas
^
- ? del efluente de la
absorbedora
29. "antidad de calor QDutyR en condensador para minimi'ar p5rdidas ^ $;? del calor de vapori'ación del agua absorbida
2;. N2mero de platos teóricos - K > (Mehervidor, + K $ platos teóricos y condensador)
28. 3a cantidad de calor QDutyR del rehervidor está en el orden de + ; Ptu@gal de glicol recirculado
EN%RIADOR DE GLICOL PORE 2>. Temperatura del glicol pobre a la absorbedora B Temperatura de entrada del gas h2medo C ; a + F8
! continuación con el 0emplo +$, se e=plican los cálculos paso a paso para el dimensionamiento de una torre absorbedora de trietilen glicol con platos de burbu0eo y con empaque estructurado
E0E(PLO 3&12 n flu0o de gas natural h2medo de ;+,> **scfd con gravedad espec4fica B ,;> y ' B , B ,)
J ( $ pla&oburbu %a )
= $,AA f&
D ^ - ft
%IGURA 3&22
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
!ltura de empaque B N J in@plato teórico B $ J B +$ in B + ft
+>Determinar la cantidad de calor QDutyR del rehervidor,
a) "alor sensible para elevarla temperatura del glicol desde la T de entrada hasta la T del rehervidor
&e toma como base + gal de TG
De la 8igura $9-$ (H F8 y "oncentración de TG B :
+"alcular la densidad del TG
De la 8igura $9-$ , hallar
TG
LTG B TG J $,> lb@ft-
++"alcular la densidad del gas
Lgas B ($,AJ.Jgas) @ ('JT)
+$%allar la velocidad v B K
ρ L
− ρ g
ft@s , hallar X de Tabla +
ρ g
+-"alcular el diámetro de la torre
$
=
;:,> J # J " J ! P
[ gal @ min]
+>%allar la altura de la torre M
% B espaciamiento ($9) J N
+;.ara empaque estructurado $ =
C pla&oburbu %a C empa'ue es&ruc&urado
J ( $ pla&oburbu %a )
!ltura de empaque B N J in@plato teórico
3.> P#"nt" D D$6idr"t"ción Con D$c"nt Só#ido.& l uso de absorbentes sólidos es una práctica com2n, para lo cual se requiere que el gas h2medo saturado se ponga en contacto con una substancia sólido que tiene gran afinidad por el agua, como la s4lica gel, la al2mina y los tamices moleculares ventualmente cada uno de estos materiales alcan'a su capacidad de adsorción y tiene que ser regenerado ste proceso requiere dos o más torres adsorbedoras operando en un ciclo en paralelo, como puede verse en la 8igura $9 del G.&! que es un sistema de dos torres na está en operación de adsorción de agua del gas,
mientras que la otra está en regeneración y enfriamiento T4picamente un ciclo de adsorción está entre < y + horas, el de regeneración ; horas y el de enfriamiento entre - y ; horas
Generalmente las unidades con desecante sólido son más costosas que las unidades con glicol .or lo tanto, su uso está limitado a aplicaciones de gases con alto contenido de % $&, requerimientos de muy ba0os valores de punto de roc4o como en procesos criog5nicos (valores requeridos de puntos de roc4o de K A F 8 a K +; F 8 y más ba0os), y casos especiales como gases que contienen o=4geno
n la 8igura $9A del G.&!, se muestran los diferentes desecantes usados para la deshidratación del gas natural, presentando sus propiedades t4picas
%i!. 3&2; Pro-id"d$ d #o$ d$c"nt$.
"on s4lica gel se alcan'an puntos de roc4o de 9 A a ' π V
, f&
c -9+-
q B caudal ( ft-@min)
l paso siguiente es escoger un ciclo de tiempo y calcular la masa de desecante requerida "iclos muy largos (\ +$ horas) pueden 0ustificarse en casos de que el gas no est5 saturado con agua, pero requieren grandes lechos y por tanto grandes costos de inversión
Durante el ciclo de adsorción se puede considerar que el lecho está compuesto de tres 'onas 3a 'ona de la cima llamada 'ona de saturación o
equilibrio, en la cual el desecante está en equilibrio con el gas h2medo que entra 3a 'ona media o 'ona de transferencia de masa, la cual no está saturada y donde el contenido de agua del gas se reduce a menos de + ppm peso 3a 'ona de fondo es la 'ona de desecante sin usar y se llama 'ona activa 3as 'onas de saturación y de transferencia de masa se van corriendo hasta que se saca de servicio la vasi0a para regeneración
n la 'ona de saturación se espera que el tami' molecular retenga apro=imadamente +- lb de agua por cada + lb de tami'9 Tamices nuevos pueden tener una capacidad en equilibrio cercana a $ ?, +- ? representa una capacidad apro=imada para un tami' de - K ; a/os de uso sta capacidad debe a0ustare cuando el gas no esta saturado con agua o la temperatura está por encima de A; F8 n las 8iguras $9A y $9A+ se encuentran factores de corrección para tami' molecular .ara calcular la masa de desecante requerida en la 'ona de saturación & s, se calcula la cantidad de agua a ser removida durante el ciclo y se divide por la capacidad efectiva
S s
=
, r (,+-) J (C ss ) J (C r )
,
lb
c -9+>
7r B 7 J ` J t
L s
=
> J S s π J $
$
J ( ρ ms )
,
lb
c -+;
3a densidad del tami' molecular L ms es >$ K >; lb@ft - para part4culas esf5ricas y > K >> lb@ft - para cilindros comprimidos
! pesar de que la 'ona de transferencia de masa contiene agua (apro=imadamente ; ? de la capacidad de equilibrio), se estima que la 'ona de saturación contiene toda al agua a ser removida
3a longitud de la 'ona de transferencia de masa (*T) puede ser estimada como sigue
3*T B (Y@-;),- J ()
Donde,
c -9+
B +,A para tami' molecular de +@ platos .osteriormente hay un plato soporte sobre el cual se instala el " a"l$ en forma de p4ldoras o balas
l gas entra a la sección de separación en la cual se remueve cualquier l4quido que lleve ! continuación saturado de humedad, fluye hacia arriba a trav5s de los platos, los cuales contienen una salmuera de " a"l$ en donde se absorbe algo del agua .osteriormente, el gas entra en contacto con la sal, la cual absorbe el agua disolvi5ndose en ella y formando una salmuera
Dicha salmuera cae sobre los platos y va hasta el fondo de la vasi0a l gas que sale de la torre generalmente cumple con los requerimientos de contenido de agua el cual puede llegar a + lb@**scf
3a capacidad t4pica del " a"l$ es - lb "a"l $ @ lb % $# 3as velocidades superficiales en el lecho son $ 9 - ft@min y la relación 3@D para el lecho
debe ser al menos - a >+ l " a"l$ debe ser cambiado periódicamente usualmente cada dos a tres semanas 3a incorrecta disposición de la salmuera puede ocasionar problemas ambientales, generalmente es inyectada a un po'o
%IGURA 3&2>. " DESHIDRATADOR TÍPICO CON CLORURO DE CALCIO C"C#2
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
%IGURA 3&2>. DESHIDRATADOR TÍPICO CON CLORURO DE CALCIO C"C#2
Gas deshidratado
CaCl2 sólido "ol#ción de sal$#era Etractor de nie!la
Gas hidratado
aceite
8uente .resentación Dr &ául scalera
%IGURA 3&2>. c DESHIDRATACIÓN CON CLORURO DE CALCIO C"C#2 Fon"$ d "cción d# d$6idr"t"dor
8uente .resentación Dr &ául scalera
3.
DESHIDRATACIÓN CON (E(RANA
PER(EALE
*embranas pueden usarse para separar componentes tales como agua, "#$ e hidrocarburos, de una corriente de gas natural de acuerdo con su permeabilidad "ada uno de los componentes del gas que entran al separador tiene una permeabilidad caracter4stica que es función de su capacidad para disolverse y difundirse a trav5s de la membrana (8ig -9$> J **scfd J J T) @ . , ft -@min q B (+:,>> J ;+,> J ,,
S s
=
, r (,+-) J (C ss ) J (C r )
,
lb
7r B 7 J ` J t
S s
=
(D>)lb @ MMscf (;+, >) MMscfd J (,;)d (,+-) J (+,) J (,:-)
&s B +-; lb de tami' molecular en 'ona de saturación •
Determinar la densidad del tami' molecular, L ms
De 8igura $9< ft
•
"alcular la longitud total del lecho empacado, 3 T
3T B 3s C 3 *T
3T B +-,- C +,>< B +;,++ ft
sar 3T B +;,; ft (se redondea a fracción , ó ,;) y de0ar ft por encima y ft por deba0o del lecho
•
"alcular la ca4da de presión a trav5s del lecho,
(gas) B .*(gas) @ .*(aire) ,;>
.*(aire) B $ J $ (-,>< lb @ f& -
∆. 3
= ,$-++ psi @ f&
_. B ,$-++ ,$-++ psi@ft J +;; +;; ft B -;< -;< psi
Yalor de Dise/o es ; psi, por lo que el cálculo esta en norma
•
"alcular volumen total de tami',
V ms=
π $
>
$
( L! ) =
π (;,;)
>
$
(+;,;)
Yms B -< ft -
•
"alcular masa total de tami',
*ms B Yms J Lms B -< J >$ B +;,>; lb
%i!. 3&2
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers &u ppliers !ssociation)R !ssociation)R
%IGURA 3&37
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers & uppliers !ssociation)R !ssociation)R
%IGURA 3&31
8uente QG.&! (Gas .rocessors &uppliers !ssociation)R
3.17 P#"to$ E-"u$ D L"$ Torr$
%IG. 3&32A4. P#"to$ d ,5#,u#"$
%i!ur" 3&324. P#"to$ -r+or"do$
%i!. 3&33 E-"u$ o #c6o$
3.11 C"$o d E$tudio P#"nt" d D$6idr"t"ción con TEG Triti#n!#ico#4 PLANTA DE TEG.
La absorci/n por !)* es la m0s com1n en las plan&as gas2feras de &odo el mundo3 debido a su al&o rendimien&o y eficiencia4 Por ello se u&ili"a en la plan&a de des(idra&aci/n por glicol y cribas moleculares4 )l glicol 5!rie&ilen6*licol !)*73 en su proceso de absorci/n 5des(idra&aci/n del gas73 se presen&a en dos es&ados 'ue son8 Glicol Pobre.- )s el glicol puro3 de f0brica o ya regenerado 'ue man&iene un al&o porcen&a%e de su pure"a inicial 59:;9culas con agua presen&e en el gas 'ue fluye en sen&ido inerso en la &orre con&ac&ora3 &iene una pure"a de 9?69@ aproAimadamen&eB Luego sufre un proceso de regeneraci/n para ad'uirir sus condiciones in2ciales y llegar al &an'ue surgencia e iniciar un nueo ciclo4
El proceso:
La corrien&e de gas 'ue sale de la plan&a de amina al de COD3 se dirige (acia la &orre de absorci/n 5!6?7 y 5!6D73 en el cu0l se produce una des(idra&aci/n del gas donde un gas sa&urado con agua en&re : ; E3F LbGMPC$ con&enido de agua4
)l &rie&ilenglicol 'ue fluye por la &orre en con&racorrien&e con el gas es fil&rado3 regenerado en los &an'ues de calen&amien&o y apori"aci/n a @F - y bombeado a la &orre4 )l gas parcialmen&e des(idra&ado pasa por el separador (ori"on&al V6F3 el cu0l separa par&es de glicol 'ue pudo arras&rar el gas3 para ir a las cribas moleculares y absorber el porcen&a%e sobran&e de agua4 )l glicol es some&ido a calen&amien&o en el e'uipo regenerador3 el cual emplea gas como combus&ible4 $e es&a forma se logra la eapori"aci/n del agua presen&e3 ob&eniendo glicol pobre en agua3 el cual es rein&roducido en el sis&ema por medio de las bombas a pis&/n3 las cuales alcan"an presiones de (as&a ??: Psi y ? -4 )l con&enido de agua a la salida de la corrien&e de gas de la &orre con&ac&ora de glicol es de :3< LbsGMPC4 !ambi>n la absorci/n por !)*3 cuen&a con un ciclo de regeneraci/n del mismo3 el gas 'ue sale de la &orre con&ac&ora3 se denomina glicol rico3 es&e inicialmen&e a (acia la bomba3 la cual permi&e bombear (acia un &an'ue de calen&amien&o y apori"aci/n a @IF -3 donde se eapora el agua a&rapada y el gas 'ue se encuen&ra en soluci/n se a a un &an'ue de flas(eo3 donde es separado4 )l !)* de a(2 a (acia unos fil&ros mec0nicos y pos&eriormen&e pasa a un fil&ro de carb/n ac&iado3 para finali"ar en un &an'ue de almacenamien&o3 de es&e sale el !)*
pobre 'ue inicialmen&e pasa por un in&ercambiador Jire 6 !)*3 para despu>s iniciar el ciclo de nueo ingresando a la &orre con&ac&ora de glicol4 Proceso TEG. La des(idra&aci/n con glicol inolucra la absorci/n del agua del gas na&ural por el glicol a presi/n al&a y &empera&ura ba%a y la reconcen&raci/n del glicol a presi/n ba%a y &empera&ura al&a4
)l secado ocurre en el absorbedor4 )l res&o de los e'uipos eliminan el agua del glicol para reciclarla3 es&e proceso es &odo un ciclo4 Kna de las causas para la p>rdida del glicol ocurre en la regeneraci/n3 para ello se debe &omar en cuen&a arios fac&ores3 no solo para la p>rdida3 sino &ambi>n para ei&ar su de&erioro3 >s&os pueden ser8
PH ba%o $emasiado al&a la &empera&ura de regeneraci/n del glicol Con&aminaciones de &odo &ipo -ormaci/n de espuma
J con&inuaci/n se mues&ra el in&erior de la &orre con&ac&ora de glicol %un&o con sus par&es in&ernas m0s impor&an&es y necesarias de recalcar4
Torre de glicol
CRIBAS (MALLAS) MLEC!LARES Ge"er#lid#des
)n es&a secci/n se separa de la corrien&e gaseosa el 1l&imo res&o de agua arras&rada3 preio al ingreso a la secci/n criog>nica de la unidad4 )l con&enido m0Aimo de (umedad del gas de alimen&aci/n es sa&urado 5debe ser de I LbGMMSC-7 y la concen&raci/n de di/Aido de carbono no debe superar el D3IF molar3 seg1n diseo4 )l separador consis&e en un lec(o de &amices moleculares3 en el cual son adsorbidas selec&iamen&e las mol>culas de agua3 permi&iendo el paso de los (idrocarburos4 La adsorci/n del agua en el &ami" molecular con&in1a (as&a 'ue no 'ueden si&ios disponibles sobre la superficie del adsorben&e para alo%ar mol>culas de agua4 )n es&e pun&o el lec(o es&0 sa&urado3 y debe regenerarse para recuperar su capacidad de re&ener la (umedad4 Con el fin de garan&i"ar una operaci/n con&2nua3 la unidad posee dos columnas rellenas con los &amices moleculares3 de forma &al 'ue mien&ras en una de ellas &iene lugar el proceso de adsorci/n3 en la res&an&e se regenera el lec(o4 Los &amices moleculares son cris&ales 'ue es&0n formados por silicio de aluminio producidos sin&>&icamen&e 5cer0mica sin&>&ica7 con mol>culas de sodio 5a7 en los >r&ices de los cris&ales3 'ue siren como poros de aber&ura para a&rapar el a gua al paso del gas4 Sep#r#dor de e"$r#d# # l#s Crib#s %olec&l#res
La unidad de des(idra&aci/n de Cribas moleculares es&0 diseada para remoer ir&ualmen&e &oda el agua permanecien&e desde la en&rada del gas4 Kn sis&ema de dos camas asegura 'ue una siempre es&e des(idra&ando mien&ras la o&ra es&a regulando4 La adsorci/n es&0 compues&a por una s2lica al1mina 'ue sus&rae y &iene @ dis&in&as fases cada ciclo4 '. Ciclo de Adsorci".- )l gas en&ra a la unidad y se me"cla con el gas de reciclo oliendo desde la en&rada del sis&ema de es&abili"aci/n4 )l gas combinado es en&onces dirigido a &ra>s del cambio de 0lulas de la par&e superior del secador de las cribas moleculares 5V6DF? o V6DFD7 'ue es&> en el ciclo de adsorci/n4
Cada una de las cribas moleculares secadoras 5V6DF?GFDF7 con&iene una re%a de apoyo con un arreglo de acero limpio 5&ela de alambre4 Las camas son llenadas con la siguien&e lis&a 'ue se presen&a a con&inuaci/n4
a7 ?:-&@ 5:NN layer7 de NN de bolas cer0micas b7 Pan&alla flo&an&e de acero limpio 5&rasladable7 c7 ?4 Lb4 de &amices moleculares E J3 E A < Mes( d7 94 Lb4 de &amices moleculares E J3 < A ?D Mes( e7 < -&@ 5@NN layer7 de ?Gculas de agua se suel&an 5Regeneraci/n74 )s&a es una reacci/n f2sica reersible3 no una reacci/n 'u2mica irreersible3 y por consiguien&e los &amices moleculares pueden es&ar su%e&os a es&e ciclo (as&a su degradaci/n4 Cada &orre es con&rolada au&om0&icamen&e para permanecer en el proceso por ?D (oras y en&onces ser regenerado por calen&amien&o por un periodo de < (oras y enfriada por un periodo de @3F (oras3 resul&ando en 3F (oras el periodo de s&andby4 )l caudal de gas seco se dirige (acia la unidad criog>nica4 La (umedad del gas secado es moni&oreado y grabado por el sis&ema para asegurar 'ue el pun&o de roc2o del gas es&a deba%o de los ;? -4 ormalmen&e (abr0 un pun&o de roc2o de ;D - con un nueo &ami" molecular y un pun&o de roc2o de ;?:F - con un ie%o &ami"4 )l pun&o de roc2o del agua es necesario para preenir el congelamien&o y el (idra&a mien&o de la formaci/n en la secci/n criog>nica de la plan&a4
*. Ciclo de Rege"er#ci" 46 $uran&e la operaci/n3 una &orre de cribas moleculares es&ar0 en el ciclo de adsorci/n mien&ras la o&ra es&ar0 en el ciclo de regeneraci/n4 )l ciclo de regeneraci/n consis&e en &res pasos fundamen&ales8
?7 Calen&amien&o 5$irige la (umedad fuera de las cribas7 D7 )nfriamien&o 5$euele a la cama la &empera&ura de en&rada7 @7 S&andby 5)sperar a 'ue uela al sericio7
C#le"$#%ie"$o.- )l prop/si&o del ciclo de calen&amien&o es el de calen&ar el &ami" molecular a EF ; F - dirigiendo &oda la (umedad adsorbida en el &ami" duran&e el ciclo de adsorci/n4 E"ri#%ie"$o.- )l flu%o de gas sin calen&ar pasa a &ra>s de la misma ru&a como la del calen&amien&o del gas3 enfriando la &orre de cribas y su con&enido4 )l ciclo de enfriamien&o es comple&ado cuando la &empera&ura de las camas cae den&ro de ? a ?F - de la &empera&ura de en&rada del gas4Kna e" la &orre de Cribas moleculares se encuen&ra fr2a3 >s&a es&0 lis&a para oler a sericio S$#"d b+.- )s el &iempo de espera 'ue se da por si la &orre adsorbedora no (a &erminado su ciclo &oda2a4 Descripci" del dise,o
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