Diplomado en Producción de Hidrocarburos Modulo Facilidades de Superficie
CONTROL DEL PUNTO DE ROCIO
Ing. Nelson Cabrera Maráz, Msc
[email protected] UDABOL-SCZ Marzo-Abril 2014
Control del Punto de Rocío
Nomenclatura
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DP HCDP WDP GPM LTS
Dew Point Hydrocarbon Dew Point Water Dew Point Galones de liquido por Mil PCS gas Low Temperature System
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Terminología del Gas Natural
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Control del Punto de Rocío Generalidades El gas de producción tiene que ser tratado para cumplir con diferentes especificaciones dependiendo de uso final. El tratamiento mínimo para un gas es la Deshidratación; sin embargo dependiendo de la composición del gas, el procesamiento puede ser: Separación Inicial, Compresión, Remoción de gas acido, Deshidratación (control de punto de rocío por agua), Control de punto de rocío por hidrocarburos, hidrocarburos Fraccionamiento y producción de GLP, y Estabilización de condensado. 4
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Control del Punto de Rocío
Los estándares especifican: El poder calorífico del gas, gas Ausencia de partículas sólidas y agua liquida, para prevenir erosión y corrosión, Los porcentajes máximos de componentes como el H2S y N2, Mercáptanos y vapor de agua. 5
Requerimientos de calidad para el gas
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Item
Sistema Imperial
Sistema Métrico (SI)
Poder Calorífico
975 Btu/scf Minimo
36.31 MJ/m3
Vapor de Agua
4 lbs/MMcf Maximo
65 mg/m3
Punto de Rocío Hidroc.
+ 15°F Max @ 800 psig
-10°C @ 5512 kpa
H2S
0.25 granos/100 scf Max
6 mg/m3
Total Sulfuro
1.0 granos/100 scf Max
23 mg/m3
Mercaptano
0.20 granos/100 scf Max
5 mg/m3
C02
2.0 % Max
2.0 % Max
Oxigeno
0.4 % Max
0.4 % Max
1200 psig / 120 °F Max
8250 kpa/49°C Max
Otras impurezas Presión/Temp Entrega
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Control del Punto de Rocío
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Norma ASTM D1142: Standard Test Method for Water Vapor Content of Gaseous Fuels by Measurement of Dew-Point Temperture Describe el método de prueba para la determinación del contenido de vapor de agua en combustibles gaseosos a través de la medición de la temperatura de punto de rocío y el contenido de vapor de agua a partir de la temperatura de punto de rocío. El resultado del contenido de vapor de agua se expresa en: ppmv Parte por millón de volumen mol % Porcentaje de mol Lb/MMp3 Libra por millón de pie cúbico mg/m3 Miligramo por metro cúbico 7
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Esquema del flujo de los procesos
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Planta de Procesamiento de Gas
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Punto de Rocio (Dew Point)
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Definición El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja. El Punto de Rocío de Hidrocarburos (HCDP): Es la temperatura a la cual empieza a aparecer liquido condensado de hidrocarburos. No hay condensación a temperaturas superiores al punto de rocío. Cuando la temperatura cae por debajo del punto de rocío, cada vez se forma mas liquido condensado.
Los puntos de rocío de hidrocarburos dependen de la composición del gas natural y de la presión.
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Punto de Rocío de Hidrocarburos
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ISO14532: HCDP como “la temperatura por encima de la cual no ocurre ninguna condensación de hidrocarburo detectable a una presión especificada”. especificada API 14.1: “Temperatura en la cual los condensados de hidrocarburos comienza primero a formar un deposito visible de gotas en la superficie, cuando el gas se enfría a una presión constante”. constante El punto de rocío se define como las condiciones de presión y temperatura donde el fluido se encuentra en estado gaseoso con una cantidad infinitesimal de liquido en equilibrio. 11
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Curva de equilibrio Liquido-Vapor típica para GN
Temperatura Cricondentérmica: Es la temperatura de rocío mas alta encontrada en una curva de equilibrio liquido-vapor para un gas de composición especifica en un rango de presiones.
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Importancia de la medición del HCDP y WDP
•Prevenir hidratos y condensados: Formaciones de cristales sólidos y líquidos que limitan los gasoductos y dañan los compresores y válvulas •Limitar la corrosión de las líneas: El agua en exceso lleva a fugas y fatigas del caño •Lograr requerimientos de supercalentamiento: supercalentamiento Especificaciones de gas combustible para plantas termoeléctricas de turbinas a gas.
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Aplicaciones de DewPoint HC
•Medición de calidad de gas en puntos de transferencia de custodia •Definición de los parámetros de calidad del HCDP y WDP en los contratos de venta •Especificaciones típicas para la transmisión de gas •Contratos de provisión por medio de interconexión de gasoductos (desregulación, introducción de practicas competitivas en la provisión y minoreo de gas) •Almacenamiento y comercialización de gas (alm. Subterráneo para la provisión futura de gas) •Generación eléctrica por turbina de gas 14
Aplicaciones de DewPoint HC
Ejemplos CONTRATOS GSAs entre Bolivia-Brasil y Bolivia-Argentina
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•Contratos de provisión El punto de rocío de hidrocarburos < 0°C y presión manométrica de 45 kgf/cm2
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Aspectos Claves del HCDP
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En el gas natural se hace distinción de los puntos de rocío de agua (WDP) y de los Hidrocarburos (HCDP) El gas natural contiene hidrocarburos líquidos de amplio rango de peso molecular, encontrándose en menor proporción los mas pesados. El compuesto mas pesado es el primero en condensar y es el que define el punto de rocío del gas. El HCDP es un parámetro importante de calidad del gas, indica la temperatura y la presión a la cual los hidrocarburos que conforman la mezcla del gas natural empiezan a cambiar de fase gaseosa a liquida. Los condensados representan perdidas de gas que causan errores en la determinación de flujos volumétricos, poder calorífico y otros cálculos de propiedades que se hacen en las mediciones de transferencia de custodia. Los líquidos causan problemas serios tanto en tubería como en equipos de proceso que el gas alimenta (turbinas de motores a gas). 16
Especificaciones para el HCDP
Métodos para establecer la calidad de gas natural con respecto al contenido de líquidos: Definición del máximo contenido de compuestos C5+ o C6+:
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GPM (Galones de liquido MPCS) (Exam..) Porcentaje molar
Especificaciones del HCDP
Estableciendo una máxima temperatura de HCDP a la presión de operación Determinación de la temperatura cricondentérmica 17
Especificaciones para el HCDP
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El punto de rocío se especifica como una temperatura máxima a una presión seleccionada. Un valor típico es 15 °F a 800 psia. Este valor de presión se selecciona porque generalmente está cerca de la temperatura cricondentermica para el gas de venta.
La razón para el valor 15 °F es para asegurar que no se formen hidrocarburos líquidos en la tubería, cuando la línea se enfría a la temperatura de la tierra, o cuando hay enfriamiento debido a expansión. 18
Procesos de Reducción de HCDP
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Para alcanzar la especificación de HCDP, es necesario tratar el gas para remover prácticamente todos los hidrocarburos pesados de la mezcla. Procesos disponibles: - Ciclo corto de adsorción - Refrigeración - Absorción con aceite pobre - Turbo-expansión o expansión criogénica
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Procesos de Reducción de HCDP
La selección de uno de estos procesos para una aplicación especifica depende principalmente de: composición del gas, caudal de flujo de gas, presiones de entrada y salida del gas, economía de la extracción del GLP, eficiencias de recuperación de los productos, economía de la recuperación del etano 20
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Proceso de Reduccion de HCDP
Ciclo corto de adsorción Se usa normalmente para corrientes de gas con muy bajos contenidos de propano y butano, pero con suficiente cantidad de C5+, que hacen imposible cumplir con la especificación de HCDP. El adsorbente utilizado generalmente es sílica gel. La principal ventaja de este proceso, es la recuperación del 60 a 70% de los C5+, y se cumple con el punto de rocío por hidrocarburo, como por agua. 21
Proceso de Reducción de HCDP
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Refrigeración Un sistema de refrigeración disminuye la temperatura del fluido que es enfriado por debajo de lo que es posible obtener mediante agua o aire a condiciones ambientales. Los procesos de refrigeración son principalmente dos: - Refrigeración por Expansión o LTS - Refrigeración mecánica 22
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Proceso de Reducción de HCDP Refrigeración El proceso de refrigeración , se usa para cumplir con la especificación de HCDP y WDP. La temperatura a la cual debe ser enfriado el gas depende del nivel requerido para alcanzar las especificaciones de los puntos de rocío. Enfriar el gas a niveles de temperatura por debajo de este nivel, debe ser justificado por la economía de recuperación de GLP. Debido a que el gas entra a la unidad de refrigeración está saturado con vapor de agua, y la temperatura de enfriamiento está por debajo del punto de congelación del agua, se requiere prevenir la formación de hidratos. Esto puede ser logrado por la adición de químicos como metanol o glicoles. 23
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Proceso de Refrigeración con Propano
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Proceso de Reducción de HCDP
Refrigeración por expansión o proceso LTS Usa el efecto Joule – Thompson para reducir la temperatura del gas. El gas a alta presión pasa por un intercambiador de calor para recibir un preenfriamiento, y posteriormente a través de una válvula de expansión o estrangulador. Esta expansión es un proceso iso-entálpico donde la caída de presión genera una disminución de temperatura, la cual provoca una separación de los líquidos condensables. Generalmente, el gas debe comprimirse para alcanzar la presión requerida para su transporte. 25
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Refrigeración por expansión o proceso LTS
Esquema de proceso de enfriamiento de gas natural mediante expansión con válvula ( efecto de JouleThompson )
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Refrigeración por expansión o proceso LTS
Esquema de proceso LTS con inyección de glicol y estabilización de condensados 27
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Low temperature separation (LTS).
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Proceso de Reducción de HCDP Refrigeración Mecánica La refrigeración es el proceso mas directo para la recuperación de líquidos, la refrigeración externa o mecánica es proporcionada por un ciclo de expansióncompresión de vapor, que generalmente utiliza al propano como agente refrigerante. La refrigeración externa cumple un rol importante en muchos procesos de recuperación de licuable, ya que permite enfriar la corriente de gas para recuperar cantidades significativas de C3+ al bajar la temperatura del gas. La refrigeración externa es uno de los pocos y mas aplicados sistemas de refrigeración cuando el gas de proceso tiene baja presión. 29
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Refrigeración Mecánica
Esquema de proceso de refrigeración mecánica 30
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Esquema de ciclo de refrigeración de propano
A. El líquido refrigerante saturado se expande en la válvula B. Debido a la expansión se vaporiza parcialmente y entra en el Chiller a una temperatura menor a la de la corriente de gas. C. Sale del Chiller totalmente vaporizado. D. Este vapor se comprime y se envía a un condensador donde se transforma en líquido al 100%, y posteriormente se almacena en un acumulador para repetir el ciclo
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Proceso de Reducción de HCDP
Absorción con aceite pobre Este proceso consiste en usar absorvedoras con aceite pobre para remover los licuables del gas natural. Una ventaja de la absorción con aceite pobre es que se produce muy poca caída de presión en la contactora. Sin embargo, este proceso requiere de un alto consumo de energía y depende de varios intercambiadores de calor para reducir el consumo de energía. 32
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Esquema proceso de absorción con aceite pobre
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Proceso de Reducción de HCDP Turbo-Expansión
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Su aplicación principal es recuperar etano del gas natural. Con el proceso se alcanzan temperaturas bastante bajas y por tanto se licua una parte sustancial de etano y componentes mas pesados del gas natural. Estos productos son posteriormente recuperados por fraccionamiento. Las bajas temperaturas se alcanzan por expansión de gas a alta presión, el cual ha sido considerablemente enfriado a través de intercambiadores de calor y por refrigeración y pasa a través de la turbina en la cual se extrae trabajo o energía al gas. De esta forma se logran niveles de temperatura del gas considerablemente mas bajos. 34
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Proceso de Reducción de HCDP Un proceso de expansión, se conoce como aquel en el cual un fluido pasa de mayor a menor presión. Esta disminución de presión, trae asociada una disminución de la temperatura. El gas se hace fluir a través de una turbina de expansión, hasta temperaturas muy bajas con el propósito de condensar una mayor cantidad de componentes (metano, etano, propano, butano y mas pesados). En estas turbinas, la presión cae bruscamente y el gas se enfría alcanzando temperaturas de hasta -126°F (proceso criogénico). En las plantas de extracción criogénica se opera a temperaturas muy bajas entre -100°F/-150°F. El gas de entrada a la planta pasa primero por tratamiento para remover impurezas, luego fluye a través de un sistema de turboexpansión, donde alcanza temperaturas muy bajas que permiten que se condense el propano y componentes mas pesados que son llevados a una serie de torres para separarlos y estabilizarlos. 35
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Proceso de Reducción de HCDP
Esquema de proceso de enfriamiento de gas natural mediante turbinas de expansión 36
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