Metodos No Convencionales de Deshidratacion de Gas

Ciclón Cilindro Gas (GLCC)

Durante los últimos años la tecnología ha introducido variantes en el diseño de separadores que conducen a incrementar la capacidad de las unidades, mientras se reduce el tamaño y el peso de los equipos. Una de las innovaciones más recientes se refiere al uso de las fuerzas centrífugas para separar los fluidos que entran, como alimentación, al recipiente. A este tipo de unidades se les llama: separadores ciclónicos. Se describirá la filosofía de operación de una de estas innovaciones, los Separadores Compactos Ciclónicos Gas - Líquido (Gas - Liquid Cylindrical Cyclone GLCC), los cuales fueron desarrollados en la Universidad de Tulsa a través del Tulsa University Separation Technology Project (TUSTP). El GLCC, es simple, compacto, de bajo peso y bajos costos de construcción y operación, a diferencia de los convencionales separadores pesados, grandes, con altos costos de construcción y mantenimiento y con altos tiempos de residencia. Representa una alternativa de dimensiones compactas sin piezas internas, el cual ya ha sido utilizado en diversos campos productores del mundo, obteniendo resultados satisfactorios. Un esquemático el GLCC se muestra en la figura 15. Como se puede observar su construcción consiste en una tubería de entrada inclinada que provoca que el flujo entre en forma tangencial a una tubería vertical con salidas de gas y crudo en el tope y fondo. La entrada tangencial del flujo multifásico produce un “swirling” o giro radial en descenso en el seno del GLCC, el

cual produce fuerzas centrífugas La gravedad y las fuerzas centrífugas asociadas con el efecto “swirling” son las responsables del proceso de separación.  El fluido

pesado es forzado hacia las paredes del equipo y el fluido liviano es movido hacia el centro del GLCC, ocurriendo la separación. Como resultado existe un líquido en el fondo del equipo y gas en el tope del mismo. El arrastre o bservado de líquido con la corriente de gas y las burbujas de gas observadas en el seno del líquido es muy pequeño para este equipo. Esto hace que el GLCC sea un equipo muy eficiente para la medición de flujo de líquido y gas, y cuando es usado con este objetivo las corrientes de salida son mezcladas nuevamente.

Sin embargo, otras aplicaciones de campo diferentes a la medición han sido usadas. Cuando se emplea el GLCC para separar las corrientes de gas y líquido, deben emplearse sistemas de control. Las aplicaciones de campo que han sido usadas con este equipo son: separación primaria de crudo y gas costa adentro y costa afuera, medición multifásica, despojadores de líquidos (Knockout systems), depuradores de gas, equipos de pruebas portátiles de pozos y controladores del flujo tapón o “slugcatchers”.

Figura 15. Esquema general del separador GLCC Fuente: Manual del GLCC. Universidad de Tulsa. 2000.

El desempeño del GLCC es dependiente de las velocidades tangenciales, causadas por el flujo de entrada al equipo. El régimen flujo en entrada del equipo puede ser estratificado, slug o tapón, anular y burbujas dispersas. En la figura 1 6 se muestran cada uno de estos regímenes de flujo. El flujo pasa a través de una tubería inclinada que permite la pre separación del fluido y garantiza un régimen estratificado en la entrada del equipo. En la entrada del equipo, el fluido pasa a través de un área reducida o “nozzle”, el cual es el  elemento crucial que determina

la distribución del flujo y las velocidades tangenciales dentro del cuerpo del GLCC. En la parte inferior del GLCC se forma un vórtice ubicado específicamente en la interfase gas/líquido. Cuando existen grandes velocidades tangenciales de líquido,

algunas burbujas de gas entran dentro de la fase líquida pudiendo causar arrastre de gas con el líquido, este fenómen o es conocido como “gas carryunder”. Cuando existen altas ratas de flujo de gas o líquido, el líquido pudiese ser arrastrado con el gas, este fenómeno es conocido como “liquid carryover” (Maldonado, D. 2005).

Figura 16. Regímenes de flujo de entrada del GLCC. Fuente: Manual del GLCC. Universidad de Tulsa. 2000.

Con el objetivo de un mejor entendimiento del proceso y eliminar los fenómenos indeseables de arrastre de líquido y/o gas es necesario caracterizar el vórtice de interfase gas-líquido y el comportamiento del fluido en todas las secciones del GLCC. Existen muchos autores que han desarrollado modelos mecanísticos que predicen el comportamiento de todos los efectos que se dan lugar en el equipo: régimen de flujo en la tubería de entrada o “Inlet”, distribución  de velocidades, caída

de presión en el equipo, eficiencia de separación basada en la trayectoria de burbujas y gotas arrastradas, distribución de velocidades axiales y tangenciales, entre otros efectos y estudios relacionados con los sistemas de control y automatización. Todos estos modelos han permitido la creación de modelos computarizados y simuladores que reproducen los fenómenos que ocurren en las diferentes regiones del GLCC. Todos estos trabajos han permitido diseñar equipos que actualmente están siendo aplicados en campo, obteniendo resultados muy satisfactorios. (Maldonado, D. 2005).

Ventajas

Desventajas

Las ventajas que presenta la utilización de este equipo dentro de las operaciones diarias de pruebas de pozos son que tendremos datos en tiempo real para el monitoreo en modo continuo.

Para una alta eficiencia, requiere un tamaño grande, o una caída de presión muy alta.

El diseño compacto del GLCC ocupa poco espacio y es liviano, lo que la hace ideal para el uso en sistemas portátiles, plataformas costa afuera, unidades móviles de producción costa afuera, embarcaciones flotantes de producción, almacenamiento y descarga o en cualquier sitio donde existan restricciones de espacio o peso.

Para cada caso hay que realizar el modelaje simulado, para cada condición de presión. Temperatura y característica del gas.

Gracias a su bajo costo y diseño simple, el sistema de ensayo de pozos puede utilizarse con la mejor relación costo-beneficio para realizar el monitoreo en tiempo real de pozos individuales o una corriente de producción.

Controles convencionales, completamente automatizado.

puede

ser

Reducción de costos de infraestructura, reducción de costos operativos, bajo

mantenimiento.

Cuadro 3. Ventajas y desventajas del GLCC. Fuente: Elaboración propia

Twister

Una gran parte del gas natural se procesa para remover el agua y los hidrocarburos pesados líquidos (LGN) de la corriente de gas. En consecuencia, se han desarrollado diferentes tecnologías para la deshidratación y procesamiento del gas natural, tales como la absorción, adsorción por desecantes sólidos; sistemas

como turbo expansores, Joule-Thomson y Twister. Actualmente, se buscan soluciones que resulten innovadoras, económicamente atractivas y ambientalmente amigables, al mismo tiempo que proporcionen la mayor eficiencia en el proceso. Se presenta el dispositivo de separación supersónica Twister como una tecnología reciente y efectiva para separar los hidrocarburos pesados y deshidratar el gas. Esta tecnología integra las características que se buscan en el procesamiento de gas, consolidándose como una buena opción. El separador supersónico Twister es un dispositivo diseñado para condensar y separar agua e hidrocarburos del gas natural, combinando la expansión, la separación ciclónica y la recompresión en un dispositivo tubular y compacto. Este dispositivo cuenta con un conjunto de álabes que generan un alto vórtice o remolino concéntrico (cabe resaltar que estos álabes no hacían parte del diseño original, sino que fueron incorporados después de identificar áreas potenciales a mejorar; específicamente con el fin de incrementar la eficiencia de separación, aumentando la fuerza centrífuga inducida). Posteriormente el gas atraviesa una tobera convergente-divergente, donde alcanza un número de Mach igual a 1 en la garganta y luego se expan de a velocidad supersónica, generando una reducción en la presión y en la temperatura, debido al efecto del enfriamiento adiabático. Es allí donde se produce la condensación de gotas de hidrocarburo y por supuesto, la formación de niebla de agua. Ver figura 17.

Figura 17. Separador Supersónico Twister Fuente: Epsom, How does work Twister. 2007

El remolino generado por los álabes a la entrada dirige las gotas hacia las paredes del dispositivo y con ayuda de un separador coaxial ciclónico, los líquidos son removidos del gas. Las corrientes separadas son desaceleradas en difusores, recuperando entre el 70 y el 85% de la presión. El gas que puede ser arrastrado por las gotas de líquido es removido por medio de deslizadores de gas ubicados en la corriente de líquido y recombinado con la corriente de gas seco. Ver figura 18. Las pruebas han demostrado que este proceso tiene ce rca de 90% de eficiencia isoentrópica. Esta tecnología se centra en el control del punto de rocío de hidrocarburos y de agua. (González y Bejarano. 2012).

Figura 18. Separador Supersónico Twister Simplificado Fuente: Epsom, How does work Twister. 2007

Ventajas

Desventajas

El diseño del sistema es compacto, de bajo peso, con partes no rotativas.

Es una unidad que requiere de mucho cuidado ya que debe contar con un control de arenas efectivo antes de la entrada para evitar problemas de corrosión que por el funcionamiento del Twister serían extremos y potencialmente peligrosos.

Su instalación es sencilla y de alta disponibilidad; es adecuado para la operación automática.

Requiere una unidad de separación posterior al Twister que separe los líquidos removidos del gas. El tiempo de residencia dentro de este separador es de milésimas de segundo, lo cual no permite la formación de hidratos, evitando, así mismo la aplicación de químicos de inhibición y operando sin sistemas de regeneración química.

Un tubo Twister puede ser diseñado diseñado para 35 MMPCSD a 1450,

Debe contar con unas facilidades de superficie diseñadas alrededor del separador supersónico, lo cual genera un inconveniente ante eventuales situaciones que requieran el cambio de la unidad, lo que representaría también, un rediseño de las facilidades de superficie instaladas para adecuarlas a sistemas más convencionales.

Es una unidad que no ha sido probada en todas las condiciones que garanticen un funcionamiento generalizado, debido principalmente al corto tiempo en uso.

Cuadro 4. Ventajas y desventajas del Twister. Fuente:Elaboracion Propia

Desi-dri

 Así mismo, la empresa NATCO ofrece un sistema llamado DESI -DRITM que es una línea completa de desecantes los cuales son mezclas de sales halógenas con alcalinotérreos que tienen varios grados de higroscopia. Dependiendo de la aplicación específica, un solo DESI-DRI o una serie de desecantes con a umento de higroscopia serán necesarios para alcanzar el secado necesitado. (NATCO, 2006). El sistema es muy sencillo, el gas húmedo fluye de abajo hacia arriba a través de una serie de recipientes que contienen lechos con alguno de los 5 desecantes DESI-DRI. Al estar en contacto el gas con las tabletas de desecantes, el agua va siendo removida del gas y se acumula en la superficie de las partículas. Eventualmente, suficiente agua se depositará como para formar una salmuera. Ésta se va acumulando en una especie de trampa en el fondo de las torres y periódicamente se purga y se coloca en una locación ambientalmente correcta. En el oeste de Virginia, Estados Unidos, se instalaron dos trenes de deshidratación con cloruro de calcio, uno de ellos opera a 2,5 MMscfd (230 psig) y el otro a 0,50 MMscfd (660 psig). Cabe resaltar que la primera fase tiene un mantenimiento periódico y una reposición de la sal halógena semanal, mientras que la otra tiene un procedimiento de sustitución y mantenimiento mensual (Natco, 2008) Ventajas

Desventajas

Son simples, no poseen partes movibles.

Es un proceso semi-continuo.

Bajo costo de inversión.

No es flexible desde el punto de vista operacional.

No requiere de suministro de calor al

El proceso de regeneración de esta sustancia es muy complejo, por lo que su uso a nivel industrial es limitado.

proceso.

Forma emulsiones con el aceite. Remueve alta cantidad de agua. Usando

Corroe electrolíticamente. Es nocivo para la salud. este proceso se han obtenido valores de 1lb de agua por MMSCF de gas.

Forma precipitados con el sulfuro de hidrógeno, lo cual puede obstruir líneas y drenajes.

Cuadro 5. Ventajas y desventajas del Desi Dri. Fuente: Gayón, J. 2008