PROCESO DE DESHIDRATACION DE GAS NATURAL

1.1 INTRODUCCIONEl gas natural que se recibe de los yacimientos se caracteriza por ser un gas amargo, hidratado y hmedo; amargo por los componentes cidos que contiene, hidratado por la presencia de agua, y hmedo por la presencia de hidrocarburos lquidos. Debido a esto, para el uso comercial o domstico, el gas natural debe ser tratado de manera de eliminar o disminuir la concentracin de aquellos compuestos indeseados. El acondicionamiento del gas natural consta de tres procesos fundamentales: el endulzamiento (elimina los componentes cidos), la deshidratacin (elimina el agua) y ajuste de punto de roco (elimina los hidrocarburos lquidos).La deshidratacin del gas natural es el proceso de remover el vapor de agua contenido en la corriente de gas para bajar la temperatura a la cual se condensa. Esta temperatura es el punto de roci y por ello el proceso de deshidratacin se llama tambin acondicionamiento del punto de roci. La Deshidratacin del gas Natural no es ms que la remocin del agua en estado vapor que est asociada con el gas. La cantidad de agua removida depende sobre todo de los requerimientos de contrato, limitaciones econmicas y el tipo de deshidratacin usado.

Este proceso debe ejecutarse por las siguientes razones:a) El gas se combina con agua libre, o liquida para formar hidratos slidos, que pueden taponar las vlvulas conexiones o tuberas.b) El agua puede condensarse en las tuberas ocasionando bolsones de lquido, causando erosiones y corrosin.c) El agua presente en el gas natural puede combinarse con el CO2 y el H2S que pudieran estar presentes, haciendo corrosivo al gas.d) El vapor de agua aumenta el volumen de gas a ser transportadoe) El vapor de agua disminuye el poder calorfico del gas.f) Las operaciones de las plantas criognicas o absorcin refrigerada pueden verse entorpecidas por los congelamientos por la presencia de agua.g) Los contratos de venta de gas y las especificaciones de transporte por los gasoductos fijan un contenido de agua mximo, generalmente 7 libras de agua por milln de pies cbicos de gas.

PROPOSITOS DE LA DESHIDRATACION DEL GAS NATURALEl propsito de la deshidratacin del gas natural, est en que el vapor de agua asociado al gas Natural, es uno de los contaminantes ms comunes en el gas dado los inconvenientes que puede ocasionar tanto en procesos posteriores a los que pudiere estar sometido, como para su transporte a reas de tratamiento y consumo. Cuando el agua libre se combina con las molculas de gas (metano, etano, propano, etc), esta forma hidratos slidos el cual puede taponar vlvulas, equipos y algunas lneas de gas.

1.2. Objetivo 1.2.1. Objetivo General Conocer el proceso de deshidratacin por inyeccin con MEG de la planta margarita1.2.2. Objetivos Especficos Estudiar las bases tericas referentes al proceso de deshidratacin del gas natural con MEG. Acondicionar el gas para un gas de venta que cumpla con las especificaciones

Deshidratar el gas para evitar la formacin de hidratos

1.3. Proceso De Deshidratacin Del Gas Natural.

La deshidratacin del gas natural se define como la extraccin del agua que est asociada, con el gas natural en forma de vapor y en forma libre. La mayora de los gases naturales, contienen cantidades de agua a la presin y temperatura los cuales son extrados del yacimiento. En general, se puede sealar, que el contenido de agua o vapor de agua en el gas, as como el contenido de hidrocarburos condensables ante un aumento de presin o disminucin de temperatura, resultan inconvenientes para la conduccin del gas por tuberas ya que provocara obstrucciones de importancia. Todo gas natural de produccin est totalmente saturado con agua en su fase de vapor, porque proviene de un yacimiento saturado (en equilibrio) con agua. Adems generalmente el gas contiene CO2 y H2S que se remueven con soluciones acuosas tales como aminas, carbonato de potasio, etc., que saturan el gas con agua.

A fin de remover la mayor cantidad de agua, es necesario deshidratar el gas por las siguientes razones:

Evitar formacin de hidratos. Cumplir con especificaciones como gas de venta. Minimizar corrosin.

Para disear un sistema de deshidratacin se requiere informacin preliminar tal como presin, temperatura, composicin y rata de flujo de gas. Normalmente el gas est saturado cuando llega a la planta o cuando sale de una unidad de endulzamiento. Sin embargo, por lo regular la composicin de entrada se suministra en base seca; por lo tanto, el contenido de agua del gas hmedo de entrada debe ser determinado.

Adems, con base en la composicin hmeda, debe determinarse la temperatura de hidrato a una presin dada, a fin de que el gas pueda ser deshidratado lo suficiente para evitar la formacin de hidratos y cumplir con la especificacin de contenido de agua. La cantidad de agua a ser removida del gas hmedo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cul de las razones 1 o 2 sea la que controla. En cualquier caso, se establece el contenido de agua en el gas seco que sale, o el correspondiente punto de roco por agua.

1.4 Fundamento de la Deshidratacin del gas Natural El gas es considerado saturado con vapor de agua cuando este proviene de los pozos. La cantidad de agua transportada por el gas puede ser determinada por un mtodo til que indica el contenido de agua en el gas es en trminos del punto de roco del agua. El punto de roco es la temperatura a la cual el vapor llega a condensar. Normalmente las especificaciones de transporte de gas en tuberas requieren no ms de 7 lbs de agua/MMscf. Esto corresponde a 32F de punto de roco a 1000 psia. Por tanto un gas a 100F y 1000 psia debe tener aproximadamente 68F de descenso del punto de roco para encontrar el contenido de agua en la lnea dentro de especificacin. La Deshidratacin es el proceso de remocin de vapor de agua de la corriente de gas. Por lo general, para lograr el objetivo se emplean plantas industriales cuyos diseos especficos conducen a la eliminacin del agua en el gas Natural. Las ms comunes son las Plantas de glicol (Ver Fig.1) y las que usan adsorbentes slidos como los tamices moleculares. Esta remocin puede ser realizada por muchos mtodos. El proceso en este caso es el llamado absorcin. En este proceso un lquido higroscpico es usado para remover el vapor de agua del gas. El glicol comnmente usado para la deshidratacin es Trietilen glicol o TEG.

Fig. 1 Planta de deshidratacin con TEG

En una Planta de Deshidratacin con glicol, el gas ingresa por la parte inferior de una torre de absorcin y asciende mientras burbujea en el glicol que desciende en contracorriente del tope, llenando las bandejas, platos de burbujeo o zona de empaque (Ver Fig. 2) en los cuales se produce la transferencia de masa. A medida que sube el gas dentro de la torre, cede el agua que contiene. As el glicol que llega al absorbedor con muy poco contenido de agua (glicol pobre) se enriquece a medida que entra en contacto con el gas y sale por el fondo cargado de agua (glicol rico). Luego se bombea hacia la torre de regeneracin donde el glicol se regenera y queda en condiciones de volver a absorber.

Fig. 2. Burbujeo dentro de la torre1.5 Mtodos de Deshidratacin del gas Natural Para lograr deshidratar un gas a ese nivel, suelen emplearse procesos como: Adsorcin.- La adsorcin es definida como la adhesin de una capa de molculas a la superficie de un slido o un lquido. Esta es su diferencia con la absorcin, que es la transferencia de molculas a travs de una interface dentro de un volumen de un slido o un lquido. Dos tipos de adsorcin en slidos existen: Adsorcin qumica, Adsorcin fsica. Los sistemas de deshidratacin con desecantes slidos como (tamiz molecular, gel de slice o alumunatos), operan o trabajan con el principio de adsorcin. Absorcin.-Es un proceso qumico que utiliza un lquido hidrocspico como el glicol. Inyeccin.- Se bombea un lquido reductor del punto de roco, como por ejemplo el metanol. Por expansin.- Reduciendo la presin del gas con vlvulas de expansin y luego separando la fase liquida que se forma. Deshidratacin por refrigeracin.- Enfriamiento con refrigerantes tales como propano. Expansin del gas para alcanzar el enfriamiento mediante el efecto Joule-Thompson.La refrigeracin por expansin y la refrigeracin por expansin con inhibidores de hidratos son usadas para deshidratacin de la corriente de gas en conjunto con la recuperacin de hidrocarburos. Estos procesos son basados en el principio de que el gas bajo presin puede experimentar una elevada cada de temperatura durante una brusca reduccin de la presin. Este fenmeno es conocido como el efecto de Joule-Thompson. La cada de presin obtenida y la cantidad de hidrocarburo lquido en la fase gas podra determinar la cantidad de enfriamiento que debera de alcanzarse. Un enfriamiento adicional puede obtenerse por la expansin del gas a travs de una turbina. Algunas unidades son operadas con serpentines de intercambiadores de calor en el fondo del separador tal que la formacin de hidratos puede ser prevenida. Esta tcnica es claramente exitosa en corrientes de gas con altas proporciones de recuperacin de hidrocarburos de forma que temperaturas extremadamente bajas no son necesarias en la seccin del separador.1.6.- Tipos De Glicoles Normalmente Usados Para La Deshidratacin Del Gas Natural.

Estos componentes se encuentran en una gran cantidad, pero los que ms se utilizan en el proceso de deshidratacin del gas natural son:

MONOETILENGLICOL (MEG): cuya Frmula qumica es H0C2H40H, luego su peso Molecular es 62,10 (lb/lb-mol), tiene su punto de congelamiento en 8 F. Presenta alto equilibrio de vapor con el gas tendiendo a prdidas hacia la fase gas en la contactora.

DIETILENGLICOL (DEG): Frmula qumica es 0H (C2H40)2H, su peso molecular es de 106,1 (lb/lb-mol), mientras que el punto de congelacin es 17 F. Presenta alta presin de vapor conduciendo a altas prdidas en la contactora. Baja temperatura de descomposicin trmica, requiere menores temperaturas para ser regenerado (315 -340 F) as queda puro y puede ser utilizado en otras aplicaciones.

TRIETILNGLICOL (TEG): Frmula qumica es 0H (C2H40)3H. El peso molecular alcanza un valor de 150,2 (lb/lb-mol), y su punto de congelacin es 19 F. Es el de uso ms comn. Es regenerado a400 F para obtener una alta pureza. A temperaturas en la contactora mayores a 120 F tiende a altas prdidas por vaporizacin. Descensos del punto de roco hasta 150 F son posibles con el uso de Stripping gas.

TETRAETILNGLICOL (TTEG): Frmula Qumica es 0H (C2H40)4H, su peso molecular es 194, 2 (lb/lb-mol), y su punto de congelacin es 22 F. Tiene mayor costo que el Trietilenglicol, pero menores prdidas a altas temperaturas de contacto con el gas. Su regeneracin est entre 400 F a 430 F. Los glicoles son usados corrientemente en torres de absorcin, ya que permiten obtener temperaturas inferiores al punto de roco, con lo las prdidas de vapor son menores que las obtenidas con otros compuestos. Pero el TEG no debe utilizarse a temperaturas inferiores a 50F, ya que se incrementa mucho la viscosidad.

1.7.-LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIN DEL GLICOL.

Bajo costo. El costo de glicol no es muy alto, luego este factor provoca que sea de gran utilidad en el proceso de deshidratacin en cualquier industria.

Viscosidad.

Un valor de viscosidad por debajo de 100 - 150 Cp. Los fluidos que tienen viscosidades mayores de 150 centipoise fluyen con dificultad, por eso es importante conocer la temperatura y la concentracin del glicol.

Reduccin del Punto de Roco (RDR).

En el momento en que el glicol absorbe agua, disminuye la temperatura de roco del gas natural. Este proceso el Descenso del Punto de Roco (DPR).La reduccin del (DPR) es influenciada por la tasa de flujo del glicol; temperatura de contacto glicol /gas en el tope del absorvedor, eficiencia de contacto del glicol pobre. Cuando el proceso de deshidratacin del gas natural se realiza con (TEG) a 100 F y una concentracin de 95 %P/P, se puede reducir el punto de roco hasta 46 F. Mientras que el (DEG) a la misma concentracin, reduce el punto de roco en 54F. Pero, esta situacin cambia al aumenta la concentracin, si la concentracin del glicol en el agua es por ejemplo 99% P/P. En la (RDR), el agua pase antes a la fase lquida y el glicol simplemente la atrapa. EL (DPR) es en 90 F, mientras que si se utiliza (DEG) es 84F. Luego estas observaciones es conveniente tenerlas en cuenta, cuando se quiera seleccionar el tipo de glicol ms apropiado y eficiente para una operacin. Si el gas que se va a deshidratar no tiene contaminantes cidos, se puede obtener un (DPR) de hasta 65F, para ello se necesita subir la temperatura del horno

Solubilidad del Glicol.

Este compuesto es soluble en condensado. Adems se puede demostrar que el TEG es ms soluble que el DEG. La solubilidad del TEG es de quinientas partes por milln (500 ppm), a 90 F, mientras que la del DEG es 350 ppm.

Presin de Vapor.

Este parmetro es importante de conocerlo, en vista que permite determinar la cantidad de glicol que se sale de la planta por evaporacin. Tericamente se sabe, que las prdidas de glicol aumentan, cuando la presin de vapor se hace ms alta.

1.8.-FACTORES DEL DETERIORO DEL GLICOL

Entre los factores principales tenemos:

Condiciones de acidez.

Se produce por absorcin de los constituyentes cidos del gas natural, tambin por la descomposicin del glicol en presencia de oxgeno y excesivo calor en el re hervidor. Para prevenir la corrosin se debe evitar que el glicol tenga contacto con el aire, utilizando gas natural o gas inerte en el tanque de almacenamiento.

PH bajo.

A niveles de pH debajo de 5.5 el glicol se auto-oxida, esto es el resultado de la formacin de perxidos, aldehdos y cidos orgnicos como el cido frmico y actico. Por lo tanto se recomienda mantener el pH entre 6 y 8.5 con un nivel ptimo de 7.3.

Contaminacin con sales, hidrocarburo y parafinas.

En ocasiones el gas puede arrastrar sales de los pozos, que al pasar al sistema de deshidratacin se depositan en las paredes de los tubos del horno hasta que el metal se rompe por calentamiento. Estos depsitos son conocidos como "manchas calientes" debido a que producen un color rojo intenso. Estas sales se pueden reducir mejorando el diseo del separador de gas. Cuando el gas natural es del tipo parafnicos (los alcanos), pueden dejar depsitos de cera en los puntos fros del sistema, desde donde son arrastradas por el glicol hasta el horno o re hervidor. Por este efecto se reduce la eficiencia del contacto gas-glicol.

1.9. Descripcin Del Proceso De Una Planta De Deshidratacin Con Glicol. Inyeccin de MEG vs. TEG, en la deshidratacin

"Use MEG cuando tenga que enfriar el gas para retirar los lquidos". No obstante toda regla tiene sus excepciones, son muchas las plantas de extraccin donde se emplea TEG seguido de mallas moleculares.

Empecemos por analizar los trminos. La Fig. 3 presenta un sistema tpico de refrigeracin utilizado para el control del punto de roco y la recuperacin moderada de lquidos del gas natural. En ese caso se inyecta MEG en los extremos calientes de los intercambiadores de calor. La temperatura de los "chillers" se ajusta en funcin de la recuperacin deseada de condensados.

PLANTA DE DESHIDRATACION POR INYECCION CON MEG (MONOETILENGLICOL)

Fig.3. Diagrama de flujo de una planta de deshidratacin por inyeccin con MEG

El gas fro, que sale conjuntamente con el MEG y los condensados, entra en un separador trifsico, donde se remueve el agua. El glicol se enva a la columna de regeneracin y despus de regenerarlo se devuelve al proceso.

En este diagrama de flujo se producen dos efectos: la reduccin de la temperatura del gas para condensar tanto el agua como los hidrocarburos y el sistema de inyeccin de MEG con subsiguiente regeneracin, para prevenir la formacin de hidratos.

En la Fig. 3 se observan la mayora de los equipos, incluyendo el "chiller". No se presenta el compresor del sistema de refrigeracin. Para bajar la temperatura tambin se puede utilizar una vlvula JT o un turbo-expansor. Para cualquiera de estas opciones lo que menos pesa es la inyeccin de MEG y el equipo de regeneracin.

En este esquema, el gas de ventas que sale del intercambiador gas-gas tiene un punto de roco al agua y a los hidrocarburos fijado por la temperatura del separador fro. Lo esencial de esta parte es el sistema de enfriamiento con lo cual se debe recordar que tanto el agua como los hidrocarburos se condensan a la temperatura a la cual se fije el chiller. La separacin del agua y los condensados se lleva a cabo en el separador trifsico.

El propsito, al inyectar MEG, no es deshidratar el gas sino prevenir la formacin de hidratos. Con las concentraciones de MEG que normalmente se emplean (80-85 % p/p.) el glicol absorbe una pequea cantidad del agua contenida en el gas natural.

ANLISIS COMPARATIVO DE SISTEMAS DE DESHIDRATACIN

MEG El gas se enfra con un sistema de refrigeracin mecnico hasta el punto de roco deseado. Su principal objetivo es evitar la formacin de hidratos. El gas deshidratado sale con un punto de roco con respecto al agua y -simultneamente - un punto de roco a los hidrocarburos igual a la temperatura ms baja del sistema fro. Este sistema se recomienda para retirar el agua y los condensados simultneamente. El sistema MEG tiene mucho ms equipos asociados al proceso pero no utiliza el contactor, cuyo costo incide mucho en el valor de la planta. Con el MEG se recuperan cantidades moderadas de condensados. Para regenerar el MEG se utilizan temperaturas ms bajas que las empleadas con TEG.

TEG Su principal objetivo es deshidratar el gas hasta 5-7 lbs/MM pcn, con plantas convencionales. Cuando se requiere mayores descensos del punto de roco se puede utilizar gas de despojamiento. El gas tratado debe salir con un punto de roco al agua fijado en las condiciones de diseo y operacin; y un punto de roco a los hidrocarburos igual a aquel con el cual entr al absorbedor. Tericamente el gas no pierde componentes licuables. Se recomienda para deshidratar el gas que va a ser conducido por tuberas. Utiliza caudales moderados de TEG pero mayor cantidad de energa en la regeneracin En las operaciones ordinarias se trabaja a alta pureza, Ej. 98,9% p/p, sin "stripping gas"; 99,9% p/p o ms, con stripping gas (gas de arrastre) Por la temperatura requerida para regenerar el TEG se utilizan temperaturas ms altas y, por lo tanto, mayores requerimientos de energa. Puede utilizar gas de despojamiento (stripping gas) con el cual se eleva considerablemente la eficiencia del proceso en la deshidratacin del gas. Ya existen procesos con TEG en el mercado que compiten con las mallas moleculares

1.10. Principales Equipos Utilizados En Una Planta De Deshidratacin Con Glicoles

Torre contactora: torre de platos o empaque, donde el gas natural se pone en contacto (en contracorriente) con la solucin de glicol, tiene generalmente de 6-12 platos de burbujeo. Por la tendencia del teg a formar espumas, se recomienda una separacin entre platos de 24 pulgadas. Los empaques estructurados ofrecen mayor capacidad y eficiencia que los platos de burbujeo. Pueden manejar caudales menores a su capacidad mxima y requieren menor altura de contacto que las columnas de platos. Trabaja a la presin del gas. La temperatura de entrada de la solucin debe estar 10 F (5,6 c) por encima de la temperatura del gas hmedo, para evitar la condensacin de los hidrocarburos. Cuando cambia el caudal, se deben ajustar las Condiciones de flujo de la solucin, hasta donde eso sea posible. Vlvulas de expansin: en vista que, por lo general el glicol en el horno se encuentra a presin atmosfrica y en el absorbedor existe alta presin, se debe de utilizar una vlvula para lograr controlar los siguientes aspectos, que son la cad a de presin y el control del nivel de glicol en el absorbedor.

Separador de glicol e hidrocarburos lquidos: el equipo se encarga de la separacin del gas y el condensado que arrastra el glicol desde al absorbedor. El tiempo de retencin para efectos de diseo es de 20 a 45 min. La presin de trabajo est entre 50 y 75 psig. La tasa del gas debe ser menor a 3 mmpcnd.

Filtros: estos equipos sirven para separar las impurezas tales como productos de degradacin del glicol, hidrocarburos de alto peso molecular, productos de corrosin y otras impurezas arrastradas por el gas. El filtro ms usado en el tipo de elemento, capaz de retener partculas de 5 a 10 micrones a una diferencia de presin de 2 psig cuando est limpio y de 20 psig cuando est sucio. Tambin se usa carbn activado. Intercambiadores. Intercambiadores glicol-glicol son necesarios debido a consideraciones operacionales y econmicas especialmente para unidades grandes. ellos son diseados para reducir el calor que demanda el reboiler y para obtener el mximo calor recuperado del glicol pobre saliendo del rehervidor. Este intercambiador precalienta el glicol rico antes de entrar a la columna despojadora del rehervidor por cruce de intercambio con el "caliente" glicol pobre proveniente del rehervidor de glicol. El glicol rico es aproximadamente precalentado a 300 f antes que este sea alimentacin a la columna despojadora. Temperaturas por encima de 300 f podran causar excesiva vaporizacin y alta velocidad de alimentacin a la columna despojadora del rehervidor. Este intercambiador recupera energa del glicol y acta para enfriar el glicol de 400 f a 234 f antes de ser alimentacin a las bombas de circulacin de glicol. Un intercambiador de calor es un equipo utilizado para enfriar un fluido que est ms caliente de lo deseado, transfiriendo esta calor a otro fluido que est fro y nec esita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a travs de una pared metlica o de un tubo que separa ambos fluidos.

1.11 Proceso De Deshidratacin Con Glicol

Cuando la inhibicin de hidratos no es factible o prctica, se usa el proceso de deshidratacin que puede ser con un desecante lquido o slido; aunque usualmente es ms econmico el proceso con lquido, cuando se cumple con las especificaciones de deshidratacin requeridas.

El glicol ms comnmente usado para deshidratacin del gas natural es el trietilen glicol (TEG) con el cual se pueden alcanzar contenidos de agua de 4 lb/MMscf que no son posibles con otros glicoles.

Los otros glicoles que pueden usarse son el dietilen glicol (DEG) con el cual se puede llegar a un contenido de agua de 7 lb/MMscf y el tetraetilen glicol (TREG).

La absorcin por TEG es la ms comn en las plantas gasferas de todo el mundo, debido a su alto rendimiento y eficiencia. Por ello se utiliza en la planta de deshidratacin por glicol y cribas moleculares.

El glicol (Trietilen-Glicol TEG), en su proceso de absorcin (deshidratacin del gas), se presenta en dos estados que son:

Glicol Pobre.- Es el glicol puro, de fbrica o ya regenerado que mantiene un alto porcentaje de su pureza inicial (9698%), est en el tanque de surgencia del circuito de regeneracin, de donde a un determinado caudal y temperatura va hacia la torre contactora a cumplir con su funcin de absorcin.

Glicol Rico.- Es el glicol que ha sobresaturado sus molculas con agua presente en el gas que fluye en sentido inverso en la torre contactora, tiene una pureza de 91-93% aproximadamente; Luego sufre un proceso de regeneracin para adquirir sus condiciones inciales y llegar al tanque surgencia e iniciar un nuevo ciclo.

Los glicoles usados en los procesos de deshidratacin son : MEG: Mono Etiln Glicol. DEG: Di Etiln Glicol. TEG: Tri Etiln Glicol. TREG: Tetra Etiln Glicol.Se prefiere el TEG porque permite mayor depresin y menores prdidas.