Procesos de Extraccion de Liquidos Del Gas Natural, Disertacion de Gas II, Grupo 6

PROCESOS DE EXTRACCION DE LIQUIDOS DEL GAS NATURAL

INTRODUCCION • El gas natural es una de las fuentes de energía más

utilizadas a nivel mundial y también una de las más limpias, el manejo del mismo desde el pozo hasta el usuario final comprende etapas de extracción de componentes líquidos, eliminación de contaminantes, compresión y transporte.

Extracción de componentes líquidos

Transporte

Gas natural

Compresión

Eliminación de contaminaste

• El procesamiento del gas, cubre una amplia gama de operaciones

con la finalidad de preparar el gas a las condiciones del mercado. • Los procesos de extracción de líquidos mejor conocidos como “Recobro de Hidrocarburos Líquidos”, pueden alcanzar desde un

simple control del punto de rocío hasta una profunda extracción de etano de la corriente de gas natural. A medida que las exigencias de extracción sean mayores, igualmente lo será la complejidad y el costo de las instalaciones de proceso. •  La extracción de componentes líquidos es una etapa importante

de la cadena de valor del gas natural debido a que, aún cuando el gas natural está formado principalmente de metano, puede incluir también etano, propano, butano y pentanos .

• La separación o extracción de dichos compuestos

además de ser necesaria para el control del punto de rocío de hidrocarburos, y de esta manera evitar la condensación de los mismos durante el transporte, es de interés económico debido a que estos componentes tienen un alto valor cuando son vendidos por separados. • Los líquidos de gas natural comprenden los componentes que se pueden extraer del gas natural para mantenerlos en estado líquido. Por lo tanto es la parte más pesada de la mezcla de hidrocarburos y se refiere al propano y los componentes más pesados.

• Desde principios del siglo XX los procesos de

Siglo XX

extracción de líquidos consisten en comprimir y enfriar la corriente de gas.

• El proceso de Absorción de petróleo crudo fue

1920

desarrollado en la década de 1920 para incrementar el recobro de gasolina y producir productos con mayores cantidades de butano.

• En la década de 1950 fue desarrollado el

1950

proceso de Absorción de petróleo crudo refrigerado para incrementar más aún la producción de líquidos.

•

Aun en el siglo 21 se utiliza la refrigeración para extraer de la corriente del gas natural el propano y componentes más pesados. La refrigeración del gas se puede llevar a cabo mediante:

ABSORCIÓN REFRIGERACIÓN EXPANSIÓN A TRAVÉS DE LA VÁLVULA JT (JOUL-THOMSON)

REFRIGERACIÓN MECÁNICA

LA REFRIGERACIÓN DEL GAS

• También se han desarrollado y aplicado nuevas técnicas

como refrigeración en cascada, mezcla de refrigerantes y la tecnología de turbo expansores con la finalidad de alcanzar temperaturas aún más bajas en los procesos de extracción de líquidos. • Con la utilización de éstas técnicas, se ha logrado incrementar significativamente el recobro de líquidos de la corriente del gas natural. Los primeros procesos de extracción lograban un 50% de recobro de etano, mientras, con los últimos adelantos en procesos de refrigeración se logran hasta un 90% de recobro.

• Actualmente la remoción de líquidos del gas natural puede ser

realizada mediante dos técnicas: La absorción, y los procesos de refrigeración, entre los cuales uno de ellos corresponde a la refrigeración por expansión isoentálpica. Ambos métodos permiten recuperar casi toda la fracción pesada de los líquidos, sin embargo las fracciones livianas como el etano, son más difíciles de extraer mediante la absorción. • Los procesos de refrigeración, sin embargo, permiten la

separación de las fracciones más livianas de los líquidos, al producir la condensación de las mismas por una disminución de la temperatura. • Se tiene que la expansión isoentálpica a través del efecto Joule-

Thomson (JT) como parte de los procesos de refrigeración es uno de los métodos más sencillos para realizar dicho enfriamiento.

• Las instalaciones modernas de procesamiento de gas

producen etano y productos más pesados, los cuales son enviados a otras plantas de proceso para extraer otros productos comercializables.

etano puro, etanopropano (EP)

propano comercial

En éste tipo de instalaciones se pueden obtener productos como: gasolina o condensado estabilizado

normalbutano, butanogasolina (BG)

• La composición del gas tiene un mayor impacto en la economía en

cuanto al recobro de NGL y la selección de los procesos de extracción. Mientras el gas contenga mayor cantidad de hidrocarburos licuables, o sea más rico, mayor es la cantidad de productos que se le puede extraer. • El gas más rico, es decir, el que contiene gran cantidad de

condensados, requiere equipos de refrigeración, grandes superficies de intercambiadores de calor y enormes costos de capital para obtener alta eficiencia de recobro. • La unidad de medida de los líquidos recobrados o extraídos del

gas natural es GPM (Galones por mil pie cúbicos), normalmente aplicado al propano y componentes más pesados y frecuentemente se incluye el etano.

• Otra consideración importante en cuanto al recobro de NGL es la

especificación del gas residual. Es decir, cuando al gas natural se le extraen líquidos, éste cambia sus propiedades y características y por ende hay que tomar en cuenta dichos cambios para su futura comercialización si ese fuera el caso. • Al remover líquidos del gas, éste se contrae y reduce el HHV (alto

valor calórico). Esta contracción representa una pérdida de ingresos para el gas comercial, la cual debe ser considerada en la economía de una planta de extracción de NGL. • Dado que el punto de roció por hidrocarburo varia con la

composición, la presión y la temperatura, la definición de punto de roció por hidrocarburo incluye los parámetros de presión y temperatura. Normalmente el punto de roció por hidrocarburo se especifica como una temperatura máxima a una presión seleccionada.

2. CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE EXTRACCION DE LÍQUIDOS. 2.1. Refrigeración o absorción. Este proceso puede ser realizado por: • Refrigeración Mecánica. • Proceso de absorción en aceite pobre. • Proceso de adsorción en lecho sólido. • Auto refrigeración. • Refrigeración Criogénica. • Proceso de separación por Membranas.

2.2. Condensación del líquido en gas natural.

2.1. REFRIGERACIÓN O ABSORCIÓN • Proceso de auto refrigeración.-

Como se observa en la figura en oposición a la refrigeración externa, en los procesos de auto-refrigeración el gas de entrada es pre-enfriado usando el gas tratado, a través de un intercambiador gas-gas, y luego se enfría aún más por una expansión isoentálpica, o expansión Joule-Thompson, a través de una válvula, esto produce que los hidrocarburos pesados y el agua condensen. En este proceso el comportamiento no ideal del gas de entrada causa que la temperatura del gas disminuya con la reducción de presión, y el cambio de temperatura depende principalmente de la caída de presión. Los líquidos condensados son removidos en uno o más separadores para alcanzar las especificaciones de presión de vapor y composición, el gas de salida del separador de baja temperatura, que satisface dichas especificaciones es calentado usando el gas de entrada.

El enfriamiento en este proceso está limitado con frecuencia por la temperatura de formación de hidratos a la presión aguas arriba de la planta de extracción, a menos que se le inyecte un inhibidor de hidratos, como por ejemplo, el metanol o glicol. En este caso, el condensado compuesto de hidrocarburos y glicol húmedo son calentados y separados en un separador trifásico, luego de esto el glicol puede ser regenerado en una columna despojadora. Este proceso es muy efectivo si el objetivo es recobrar etano o mayor cantidad de propano que la obtenida por refrigeración mecánica, la auto-refrigeración es aplicable particularmente para volúmenes de gas pequeños, de 5 a 10 MMSCFD

•

Refrigeración Criogénica.Cuando la presión disponible es insuficiente para alcanzar el punto de rocío requerido con el proceso de auto-refrigeración, la refrigeración criogénica puede ser considerada. Los procesos de refrigeración criogénica se usan tradicionalmente para la recuperación de líquidos del gas natural, debido a que aún cuando tienen un alto costo de capital poseen bajos costos operacionales; sin embargo, contienen numerosas partes movibles y son complicadas de operar.

EN LA FIGURA SE MUESTRA UN ESQUEMA DE ESTE TIPO DE PLANTAS, LAS MISMAS SE CARACTERIZAN POR EL USO DE UNA TURBINA DE EXPANSIÓN. EL GAS QUE ENTRA A LA PLANTA SE EXPANDE, ESTA ENERGÍA PROPORCIONADA POR LA EXPANSIÓN ES SUPLIDA EN FORMA DE TRABAJO A LA TURBINA, LO QUE PRODUCE UNA REDUCCIÓN DE LA ENTALPÍA DEL GAS, Y DE ESTA MANERA SE ALCANZA UNA DISMINUCIÓN DE LA TEMPERATURA AÚN MAYOR QUE LA ALCANZADA POR EL PROCESOS JT SIMPLE (ENTALPÍA CONSTANTE).

• Procesos de separación por membranas.- Los procesos de

separación por membrana ofrecen una solución simple y de bajo costo, como alternativa a los procesos de refrigeración y criogénicos, para la remoción y recuperación de los LGN.

En la figura se muestra un esquemático de este tipo de plantas, en esta membranas pernean selectivamente los hidrocarburos pesados en comparación al metano. Los hidrocarburos perneados son recuperados como líquidos después de la recompresión y condensación. La corriente retenida, baja en contenido de hidrocarburos pesados es enviada como la corriente de gas a venta. Las membranas utilizadas para este tipo de procesos son hechas principalmente de polímeros vítreos, los cuales exhiben una buena selectividad difusional; sin embargo, se han desarrollado y comercializado nuevas membranas de tipo elástica. Estos sistemas son estos sistemas son muy adecuados para aplicaciones costa afuera.

2.2. Condensación del líquido en gas natural.

El refrigerante sobre calentado que sale del compresor, se enfría a la temperatura de punto de roció a condición muy cercan de presión constante. Durante el proceso de sobrecalentamiento y condensación, todo el calor y trabajo acondicionados al refrigerante durante los procesos de evaporación y compresión deben ser removidos de forma tal que se complete el ciclo llegando al punto de inicio.

Algunas tecnologías efectúan este trabajo y combinan los dos anteriores proceso y son: •

Ciclos cortos de adsorción.

•

Refrigeración mecánica.

•

Absorción con aceite pobre.

•

Turbo expansión.

Según el GPSA (Gas Processors Suppliers Association ), asociación de la selección de uno de estos procesos para una aplicación específica depende de: •

Composición del gas.

•

Caudal de flujo de gas.

•

Economía de la extracción de GLP.

•

Economía de la recuperación de etano.

3. CICLO CORTO DE ADSORCIÓN Se usa normalmente para corrientes de gas con bajos contenidos de propano y butano, pero con suficiente cantidad C5 y más pesados. Este proceso es apropiado para gases que contengan menos de 1 GPM (Galones de Propano y más pesados por 1000 pies cúbicos normales). El adsorbente utilizado generalmente es sílica gel. Hay dos diferencias básicas entre estos procesos para control de punto de roció por agua y por hidrocarburos como son, para el control por hidrocarburos se requieren tres torres y el tiempo de duración del ciclo en cada torre es más corto, usualmente entre 20 a 30 minutos contra 8 a 10 horas para la deshidratación.

La característica atractiva en un ciclo corto de adsorción, es que recupera entre el 60 a 70 % de los pentanos y más pesados contenidos en el gas, y que se cumple con el punto de rocio por hidrocarburo, como por agua. En la Fig. se muestra un arreglo típico de una unidad de ciclo corto de adsorción con tres torres. Es muy importante que un separador antes de esta unidad remueva todo líquido libre y los sólidos que traiga el gas en producción. La temperatura de adsorción debe ser tan baja posible sin originar la formación de hidratos, a fin de que se adsorban la mayor cantidad de hidrocarburos pesados. Una generación apropiada del lecho es muy importante, usándose para este propósito una porción de gas de proceso. La temperatura del gas de regeneración está en el orden del 550  – 575 ºF, la temperatura de salida de la torre en calentamiento se lleva a 400 ºF.

Procesos de adsorción en lecho sólido: Este método usa adsorbentes, como sílica gel o carbón activado para adsorber los hidrocarburos pesados presentes en el gas natural. El esquema de procesos de este tipo de plantas se presenta en la figura •

• El proceso es continuo respecto al gas, pero cíclico

respecto al lecho adsorbente, debido a que este debe ser regenerado cuando se satura con los hidrocarburos. La regeneración se hace utilizando gas caliente reciclado, los líquidos del gas natural es recuperado de éste mediante el enfriamiento, condensación y separación de fases. Este proceso es apropiado para concentraciones bajas de hidrocarburos pesados en el gas de alimentación, o para gas a presiones cercanas a la cricondenbara.

REFRIGERACION MECANICA

REFRIGERACION MECANICA El proceso de refrigeración mecánica se usa para cumplir las especificaciones de punto de roció por hidrocarburo y por agua para el gas de venta. El gas se tiene que enfriar a niveles de temperatura muy bajas y debe ser justificado por la economía que consiste el beneficio de la recuperación adiciona GLP. La recuperación adicional de GLP se consigue enfriando el gas a temperaturas tan bajas como -20 a -40 °F. Cuando el gas entra a la unidad de refrigeración esta saturado con vapor de agua y la temperatura a la cual se enfría esta sustancialmente por debajo del punto de congelación de agua. Lo que se requiere es prevenir la formación de hielo o hidratos. La formación de hidratos a una presión dada se puede prevenir con la adicción de químicos tales como metanol o glicoles.

REFRIGERACION MECANICA EL PROCESO SE ENCUENTRAN EN TRES CIRCUITOS TOTALMENTE BIEN DEFINIDOS

• Circuito del gas natural,  al cual se le remueve agua y líquidos para acondicionarlo al gas de venta. • Circuito de glicol, el cual se utiliza para inhibir la formación de hidratos en el intercambiador de calor y el chiller. Y esta formado por unidad de regeneración donde se retira el agua al glicol por evaporación. • Circuito del refrigerante,  propano el cual al evaporarse en el caso del chiller enfría el gas natural que pasa por los tubos.

REFRIGERACION MECANICA Siguiendo el circuito del propano vemos que es un ciclo de refrigeración conformado por: • Expansión • Evaporación • Compresión • Condensación

REFRIGERACION MECANICA ETAPA DE EXPANSION •

En la etapa de expansión la presión y la temperatura se reduce al pasar a través de la válvula de control en la cual cae la presión al valor del P B el cual lo determina la temperatura deseada del refrigerante Tb en PB.

•

En el PB la entalpia del liquido saturada es hlb y la entalpia correspondiente para vapor saturado es h VB . Como la expansión entre A y B ocurre a través de una válvula de expansión y no hay intercambio de energía, el proceso se considera isentalpico, por lo que la entalpia a la entrada y salida en la misma h LA.

•

Como el PB esta dentro de la envolvente, vapor y liquido saturado coexisten. Para determinar la cantidad de vapor formado en el proceso de expansión. Hacemos X la fracción de líquido a la presión P B con una entalpia hLB. La fracción de vapor formada con una entalpia h VB es (1-X).

REFRIGERACION MECANICA •

•

ETAPA DE EVAPORACION El vapor formado en el proceso de expansión (A-B) no suministra ninguna refrigeración al proceso. El calor es absorbido del proceso por evaporación de la parte liquida de refrigerante. Como se muestra en la fig. 1 -3 esto es a temperatura y presión constante. La entalpia del vapor en el punto C es hVB físicamente la evaporación ocurre en un intercambiador de calor denominado evaporador o chiller. El liquido frio X suministra la refrigeración y su efecto refrigerante esta definido como:   = ℎ   ℎ

• •

La capacidad de refrigeración referido a la cantidad total de calor absorbido en el chiller por el proceso, generalmente se expresa como toneladas de refrigeración o BTU/unidad de tiempo. La rata de flujo de refrigerante esta dada por la siguiente expresión.  = /(ℎ  ℎ)

REFRIGERACION MECANICA ETAPA DE COMPRESION Los vapores de refrigerante salen del chiller a la presión de saturación Pc y las correspondientes temperaturas Tc con una entalpia hVB. La entropía en este punto C es Sc. Los vapores se comprimen isentropicamente a la presión PA a través de la línea CD fig. 1-3 El trabajo isentropica (ideal) W i. Por comprimir el refrigerante desde PB a PA esta dado por:  =  ℎ´  ℎ

El valor h´VD esta determinar por las propiedades del refrigerante a PA y una entropía Sc . como el refrigerante no es un fluido ideal y los compresores no operan idealmente, se define el termino eficiencia isentropica Ƞi para compensar las ineficiencias en el proceso de compresión (esta eficiencia se denomina también adiabatica) •

El trabajo real de compresión puede ser calculado asi:  = /Ƞi = m(ℎ´  ℎ)/Ƞi

•

La entalpia a la descarga esta dada por: ℎ = (ℎ´  ℎ)/Ƞi + ℎ

•

el trabajo de compresión puede expresarse como:  = /2544.4

Donde

2544.4Btu/h = 1 HP

REFRIGERACION MECANICA ETAPA DE CONDENSACION •

•

•

El refrigerante sobrecalentado que sale del compresor PA y PD (punto D en figura 1-3), se enfría a la temperatura de punto de roció TA a condición muy cercana de presión constante y se condensa a temperatura constante. Durante el proceso de sobrecalentamiento y condensación, todo el calor y trabajo acondicionados al refrigerante durante los procesos de evaporación y compresión, deben ser removidos de forma tal que se complete el ciclo llegando al punto de inicio A, en el diagrama P-H que se muestra en la fig. 1-3. Acondicionado el duty de refrigeración al calor de compresión, se calcula el duty de condensación Q CD con la siguiente expresión:  = [(ℎ  ℎ) + (ℎ  ℎ)]  = (ℎ  ℎ)

•

La presión de condensación del refrigerante es una función del medio de enfriamiento disponible: aire, agua de enfriamiento u otro refrigerante.

REFRIGERACION MECANICA

OTROS PROCESOS DE EXTRACCION Tenemos otros tipos de procesos de extracción de líquidos:

• Proceso de ifpexol. • Procesos de absorción con aceite pobre. • Proceso de turbo expander.

• En este proceso se previene la

formación de hidratos adicionando metanol a la corriente de gas natural que se va a enfriar. • IFPEXOL usa metanol refrigerado para el tratamiento entero (deshidratación, recuperación de LGN, y edulcoración) de gas natural.

• Regularmente

el metanol se recupera por destilación; sin embargo, la separación del metanol del agua es difícil. • En el proceso IFPEXOL se usa una innovación para recuperar la mayor parte del metanol sin regeneración.

DESCRIPCION DEL PROCESO • En este proceso la corriente de gas que entra, se separa en 2, una parte se pone en contacto en contracorriente con una solución de metanol rico-agua.

• Como el gas esta en intimo contacto con la

solución metanol- agua, la mayoría del metanol sale del agua y entra a la fase de hidrocarburo gaseoso .Esto hace que se conserve gran parte del metanol que entra a la contactora .

• La corriente de gas sale de la

contactora se une a la otra parte del gas de carga antes del proceso frio. Metanol adicional se inyecta a esta corriente para saturar completamente el gas con metanol.

• Las ventajas

del proceso IFPEXOL es que es más simple en equipos y operación, comparado con el proceso de inyección y regeneración de glicol.

• La debilidad del proceso IFPEXOL es

la pérdida de metanol, el cual tiene que ser repuesto en forma continua.

6. PROCESOS DE ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE Este proceso consiste en poner en contacto el gas natural con un aceite en una absorbedora con lo cual compuestos del gas se disuelven en el aceite. Uno de los productos principales de esta planta es el gas natural seco (gas natural básicamente metano, listo para su comercialización)

PROCESOS DE ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE • La absorción de líquidos (licuables) se realiza en trenes

absorbedores, utilizando un aceite absorbente de elevado peso molecular, el cual después de la sección de absorción donde se obtiene el gas natural, pasa a un reabsorbedor donde se produce gas combustible por la parte inferior, posteriormente pasan a una sección de vaporización y finalmente a la sección de destilación donde se separan los hidrocarburos ligeros.

PROCESOS DE ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE • Por el fondo de la torre de destilación se obtiene

el aceite absorvente pobre, que pasa a un proceso de destilación para retornar nuevamente a la torre absorvedora y reabsorvedora para continuar con el proceso de absorción. •  Uno de los productos principales de esta planta es gas natural seco (básicamente metano, listo para su comercialización) el cual es inyectado al sistema nacional de ductos para su distribución.

PROCESOS DE ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE

• El gas rico entra a la torre de absorción y

fluye hacia arriba a través de la absorbedora, la cual contiene platos o empaques. • El aceite rico sale por el fondo de la torre bajo control de nivel intercambia calor con la corriente de aceite pobre y entra al tanque “FLASH” el cual opera alrededor de la mitad

de la presión de la torre de absorción .

PROCESOS DE ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE • Posteriormente el aceite pobre va a través de los

tubos de los intercambiadores de calor y los enfriadores, a la vasija de pre saturación en el cual se satura parcialmente con metano y etano y se bombea de regreso a la absorvedora de alta presión, pasando por otro enfriador para asegurar que la temperatura del aceite pobre no es mayor que la del gas de carga, para maximizar la absorción.

PROCESOS DE ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE

Actualmente los cálculos para los balances de materia y energía requeridos en el diseño Antes del empleo de los computadores y de los métodos de cálculo riguroso. Se emplea un método corto el cual se ilustra a continuación.

LOS PASOS BASICOS DEL METODO CORTO SON:

1) La absorbedora se diseña para extraer del gas un componente en particular como el etano. Este se denomina componente clave. 2) Deternimar el valor de “K” para el componente clave y todos los otros componentes, a las condiciones de temperatura y presión de la absorbedora

LOS PASOS BASICOS DEL METODO CORTO SON:

3) Seleccionar el número de platos teóricos, usualmente entre 6 y 8. Entre mayor sea el número, se necesita circular menos cantidad del aceite 4) Decidir la fracción del componente clave a ser recuperado (eficiencia de extracción Ea), determinar el factor de absorción “A” de la fig. con el número

de platos teóricos especificado y la eficiencia de extracción para el componente clave.

LOS PASOS BASICOS DEL METODO CORTO SON:

5) Determinar la rata de circulación de aceite Lo en moles por hora para 100moles por hora de gas con la siguiente ecuación.  =  ∗  ∗ (− ) ec. 1

LOS PASOS BASICOS DEL METODO CORTO SON: 6) Determinar el valor de A para los demás componentes usando la ecuación 1 y los valores de K respectivos. 7) Determinar con la fracción recuperada Ea, para cada uno de los componentes en el gas. 8) Calcular los moles de cada componente en el gas residual con la siguiente ecuación.  = −    ∗ (−   0 )  = (− )/(− 1)

LOS PASOS BASICOS DEL METODO CORTO SON:

9) Calcular los moles de cada componente absorbido por diferencia de los moles en el gas y el remanente en el gas tratado. 1 =   1 + 

10) Convertir el aceite pobre a gal/min circulados por 100moles 100moles de gas de carga.

PROCESO DE TURBOEXPANSIÓN

INTRODUCCIÓN La mayoría del gas natural proveniente de yacimientos los cuales deben ser procesados para eliminar los hidrocarburos más pesados comúnmente llamados líquidos del gas natural (LGN). Existen varios procesos para recuperar LGN pero los más comunes son los de compresión, compresión, absorción, absorción, adsorción, y refrigeración criogénica (o turbo expansión). El proceso de refrigeración criogénica criogénica es el tipo de recuperación de LGN más a avanzado que se utiliza hoy en día, Combina altos niveles de recuperación (generalmente permite la recuperación total de propano y componentes más pesados y entre el 50 y el 100% del etano)

HISTORIA El posible uso de una máquina de expansión para la creación de bajas temperaturas isotrópicamente fue sugerido por Carl Wilhelm Siemens, un ingeniero alemán en 1857. en 1885, Ernost Solvay de Bélgica trato de usar una máquina de expansión reciprocante pera no pudo conseguir ninguna temperatura debajo de -98° C. En 1902, Georges Claude un ingeniero francés uso satisfactoriamente una máquina de expansión reciprocante para licuar aire, Con una presión de solamente 40 bares, Claude realizó una casi expansión isoentrópica. El primer turboexpander parece haber sido diseñado en 1934 o 1935 por Guido Zerkowitz, un ingeniero italiano que trabaja para la firma alemana Linde AG. En 1939, el físico ruso Pyotr Kapitsa perfeccionó el diseño de turboexpanders centrífugos. Su primer prototipo fue hecho de una aleación de metal (Níquel y Cobre), y tenía una eficiencia de 79% a 83%. La mayoría de turboexpanders de uso industrial desde entonces han sido basados en el diseño de Kapítsa y los turboexpanders centrífugos han alcanzado, el 100% de licuefacción de gas industrial y procesos requerido a bajas temperaturas.

PROCESO DEL TURBO EXPANDER

PROCESO DEL TURBO EXPANDER El proceso se alcanza temperaturas bastante bajas y por tanto se licua una parte sustancial etano y componentes más pesados del gas natural .estos productos son posteriormente recuperados por fraccionamiento. Las bajas temperaturas se alcanzan por expansión del gas a alta presión .EI cual ha sido considerablemente enfriado a través de un intercambiador de calor y por refrigeración y pasa a través de una turbina en la cual se extrae trabajo o energía al gas. De esta forma se logran niveles de temperatura del gas considerablemente más bajos que los que pueden obtenerse en una expansión Joule-Thompson, Una vez que el gas ha sido enfriado y una buena porción del etano y la mayoría del propano y más pesados han sido licuados se separan del gas frio. Los líquidos condensados se fraccionan en los diferentes productos líquidos mercadeables

VARIACIONES EN EL PROCESO TRUBO EXPANDER

VARIACIONES EN EL PROCESO TRUBO EXPANDER Reciclaje del gas Residual (RR) Éste reflujo provee más refrigeración al sistema y permite realizar mayores recobros de etano. Permite incrementar el recobro de etano por encima del 80%, es tolerante al CO2 y el recobro puede ser ajustado por la cantidad de reciclaje utilizado. •

Proceso de Gas Subenfriado (GSP) Una porción del gas del separador de baja temperatura se envía al intercambiador de calor donde se condensa totalmente con la corriente de tope. Luego ésta porción se expande bruscamente a través de la válvula en el tope de la columna para proveer el reflujo. Ésta modificación se utiliza para gases ricos más de 3 GPM. El diseño GSP es muy tolerante al CO2 hasta por encima del 2%. •

VARIACIONES EN EL PROCESO TRUBO EXPANDER Proceso CRR (Reciclaje de Residuo Frío) Éste proceso es una modificación del proceso GSP para alcanzar mayores niveles de recobro de etano. Es similar al del GSP excepto que se agregó un compresor y un condensador en el tope del sistema para tomar una porción del gas residual y proveer reflujo adicional al demetanizador, permite alcanzar hasta 98% de recobro de etano. • Proceso SDR (Reflujo de Arrastre Lateral) El proceso SDR es otra modificación del GSP. En éste diseño una corriente es sacada del demetanizador, recomprimida y condensada para proveer el reflujo. La corriente tomada del lado del demetanizador está libre de componentes inertes y condensan fácilmente. Así como en el proceso CRR, los equipos adicionales asociados con el sistema de reflujo deben ser justificados con el aumento de recobro de líquidos. •

CARACTERISTICAS Una característica importante del proceso turbo-expander, es de que vapor de agua en el gas de carga debe haber sido virtualmente removido en su totalidad, debido a las muy bajas temperaturas de operación en este proceso. Este proceso es el más eficiente para la separación de líquidos desde Gas Natural. La eficiencia de separación puede alcanzar valores desde 95-98% de propano. la expansión del gas, en lugar de hacerse a través de una válvula, Se hace a través de un turbo expander para aprovechar parte de la energía liberada en la expansión. Otra particularidad de este diseño som las toberas móviles las cuales permiten trabajar con eficiencia en una amplia gama de presiones y caudales adaptando su forma según sean las condiciones de carga.

USOS Y APLICACIONES • Su aplicación principal es recuperar etano del gas natural,

puesto que el etano es una materia prima muy importante para la industria petroquímica • puede ser económicamente rentable en algunos casos comparados con otros procesos si lo que se pretende recuperar son líquidos como propano y más pesados. • Los procesos usan refrigeración o turbo expanders para lograr temperaturas menores de -40°C necesarios para recobrar el propano. • El uso del turbo expanders, sin embargo, no elimina la necesidad de la válvula de expansión Joule Thompson que se usa en los sistemas convencionales de refrigeración.