Deshidratacion de Gas Natural Con Glicoles

Deshidratacin de gas natural con glicoles

P f Al i BProf. Alexis BouzaEnero-Marzo 2009

Deshidratacin por absorcin (glicoles)

z El gas natural es secado por lavado en t i t l t ticontracorriente con un solvente que tiene

una fuerte afinidad por el agua.El l t l t li lz El solvente es usualmente un glicol.

z El gas deshidratado sale por el tope de la columna mientras que el glicol sale por elcolumna, mientras que el glicol sale por el fondo y es regenerado en una columna de destilacin para ser reciclado en el proceso

Enero-Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza2

destilacin para ser reciclado en el proceso.


z Las propiedades del solvente deben ser: Fuerte afinidad por el agua. Bajo costo.

N i No corrosivo. Baja afinidad por los gases cidos y los

hidrocarburos. Estabilidad trmica. Fcil regeneracin.



z Las propiedades del solvente deben ser: ( ti i )(continuacin) Baja viscosidad.

Baja presin de saturacin a la temperatura del Baja presin de saturacin a la temperatura del contactor.

Baja solubilidad en hidrocarburos.j Baja tendencia a formar espuma y a

emulsificarse.



z Propiedades fsicas de algunos glicoles comercialesEthylene Diethylene Triethylene TetraethyleneEthylene

glycolDiethylene

glycolTriethylene

glycolTetraethylene

glycol

Abbreviation EG DEG TEG T4EG

Overall chemical formula C2H6O2 C4H10O3 C6H14O4 C8H18O5Molecular weight (kg/kmol) 62,068 106,122 150,175 194,228

Melting point (C) -13,00 -10,45 -7,35 -5,00

Boiling point at 101325 Pa (C) 197,30 245,00 277,85 307,85

Vapor pressure at 25C (Pa) 12 24 0 27 0 05 0 007Vapor pressure at 25 C (Pa) 12,24 0,27 0,05 0,007

Density at 25C (kg/m3) 1110 1115 1122 1122

Absolute viscosity at 25C (Pa.s) 0,01771 0,03021 0,03673 0,04271

Absolute viscosity at 60C (Pa.s) 0,00522 0,00787 0,00989 0,01063

Enero-Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza5Specific heat at 25C (J/kg.K) 2395 2307 2190 2165

Flash point (C) 111,11 123,89 176,67 196,11


z Mientras ms pesados sea el glicol es ms hid ihidroscpicos.

z Sin embargo, el TEG es el que ofrece la j l i t /b fi i lmejor relacin costo/beneficio por lo que es

el ms utilizado.



z Punto de roco obtenido para un gas enpara un gas en equilibrio con una solucin de TEG a diferentes concentraciones en funcin de lafuncin de la temperatura.

Enero Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza7

Di d fl j d l t dDiagrama de flujo de una planta de deshidratacin con glicol



z El proceso de absorcin puede ser llevado a cabo tanto en una torre de platos como en unatanto en una torre de platos como en una empacada.

z Generalmente, en el caso de una torre de platos se , prequieren de 6 a 8 etapas para obtener una especificacin de 7 lb H2O/MMscf.Dependiendo de la especificacin de water dewz Dependiendo de la especificacin de water dew point, los contactores se encuentran generalmente entre 6-12 platos.



z Para contactores de dimetros pequeos (< 1 ft) se recomiendan empaques mientras que pararecomiendan empaques, mientras que para columnas ms grandes se recomiendan platos de campanas de burbujeo o perforados.

z La temperatura del contactor est usualmente limitada a 38C. Una temperatura ms baja ayudara a reducir las prdidas por evaporacin del solvente ya reducir las prdidas por evaporacin del solvente y el contenido de agua en el gas procesado.



z Debido a la alta viscosidad del glicol se puede establecer una temperatura depuede establecer una temperatura de operacin de 10C como el lmite ms bajo.

z Despus del proceso de absorcin, laz Despus del proceso de absorcin, la solucin de glicol es enviada a un separador trifsico en donde los hidrocarburos lquidos

t d l di lt darrastrados y el gas disuelto son separados, seguidos por una etapa de filtrado para retirar partculas slidas.


p


z El solvente es regenerado por destilacin en una columna generalmente rellena con empaques y escolumna generalmente rellena con empaques, y es enfriado en el tope por un serpentn a travs del cual circula la solucin de glicol.

z El reflujo generado por los vapores que condensan ayuda a reducir las prdidas de glicol.En este tipo de torres se emplean algunas vecesz En este tipo de torres se emplean algunas veces platos en unidades de gran capacidad.



z Del esquema de la planta, se puede b l d hid t i d lobservar que la deshidratacin del gas

natural demanda una alta pureza del solvente reciclado y este grado de purezasolvente reciclado, y este grado de pureza se puede lograr bajando la presin y aumentando la temperatura en la etapa de p pregeneracin.



z La temperatura de esta etapa se debeetapa se debe mantener por debajo de un lmite aceptable

Glicol T (C)

DEG 177para la descomposicin del glicol.

DEG 177

TEG 204

T4EG o TREG 224



z Para el caso del ejemplo, se lograba l t id d d 35 /1000alcanzar un contenido de agua de 35 g/1000

Sm3 en el gas procesado. Si i t l i l i d l tz Si se incrementa la recirculacin de solvente se podra alcanzar un contenido de agua de 20 g/1000 Sm320 g/1000 Sm .



z Si se requiere disminuir el contenido de agua l d l d d d ba valores del orden de ppm, se debe

incrementar la concentracin del solvente y esto se puede hacer a travs de dosesto se puede hacer a travs de dos maneras: Inyectar el gas deshidratado en el rehervidor paraInyectar el gas deshidratado en el rehervidor para

bajar la presin parcial del agua por arrastre.z Por ejemplo: La inyeccin de 45 m3/m3 de TEG ayudara

a purificar el solvente entre 99 4 99 9%


a purificar el solvente entre 99,4-99,9%.


Inyectar un componente (octano o tolueno) en el rehervidor para formar un azetropo con el aguarehervidor para formar un azetropo con el agua. z Este heteroazetropo sube hasta el tope de la columna

y luego de la condensacin de los vapores, el hid b d i l d t ihidrocarburo es separado por simple decantacin y luego es reciclado.

z La concentracin de TEG obtenida puede ser superior a 99 9%99,9%.



z Criterios de diseo: Temperatura del gas de entrada.

z A presin constante, el contenido de agua del gas se incrementa a medida que la temperatura sube, por lo q p , ptanto, a mayores temperaturas la solucin de glicol deber remover ms agua para alcanzar la especificacin (7 lb/MMscf).

z Un incremento en la temperatura del gas puede resultar en un incremento del dimetro del contactor (mayor caudal mayor velocidad mayor dimetro)


( y y y )


z Criterios de diseo: Temperatura del gas de entrada

(continuacin). z Es bastante comn colocar un enfriador de gas paraz Es bastante comn colocar un enfriador de gas para

bajar su temperatura por debajo de 50C, antes de entrar en el contactor ya que mientras ms fro entre el gas (siempre por encima de la temperatura de g ( p p pformacin de hidratos) ms pequeo ser el contactor (dimetro).



z Criterios de diseo: Temperatura del gas de entrada (continuacin).

z Existe un compromiso entre el sistema de enfriamiento del gas y el tamao del contactor g y(intercambiadores ms grandes torres ms pequeas).

z Tpicamente las unidades de TEG se disean para operarz Tpicamente las unidades de TEG se disean para operar con un gas de entrada a una temperatura entre 27-43C.



z Criterios de diseo: Presin del contactor.

z A temperatura constante, el contenido de agua del gas disminuye a medida que la presin aumenta, por lo y q p , ptanto, menos agua habr que remover si el gas es deshidratado a mayores presiones.

z Adicionalmente, a altas presiones se requieren , p qdimetros de torre ms bajos(menor caudal menor velocidad menor dimetro).



z Criterios de diseo: Presin del contactor (continuacin).

z Presiones ms bajas permiten espesores de pared ms bajos, por lo que existe un compromiso econmico entre j , p q pla presin de operacin y el costo del equipo.

z Tpicamente una presin entre 500-1200 psia conducenz Tpicamente, una presin entre 500 1200 psia conducen a los diseos ms econmicos.



z Criterios de diseo: Nmero de etapas del contactor.

z Generalmente se encuentran entre 6-12, pero tpicamente se disea para tener entre 6-8.p p

z Se emplean platos perforados o de campana de burbujeo espaciados 24 inburbujeo espaciados 24 in.

z La eficiencia global se encuentra alrededor de 25%.



z Criterios de diseo: Temperatura del glicol recirculado.

z Afecta notablemente el contenido de agua del gas.z Se debe mantener baja para minimizar la velocidad dez Se debe mantener baja para minimizar la velocidad de

circulacin.z Si el glicol entra muy caliente, se pueden producir

muchas prdidas con el gas que sale del contactormuchas prdidas con el gas que sale del contactor.z Si el glicol entra a una temperatura por debajo de la del

contactor, se podran condensar algunos hidrocarburos que estaran en la capacidad de formar espuma con l.


que estaran en la capacidad de formar espuma con l.


z Criterios de diseo: Temperatura del glicol recirculado

(continuacin). z Tpicamente se disea para que la temperatura delz Tpicamente, se disea para que la temperatura del

glicol sea 10F (6C) por encima de la temperatura del gas de salida del contactor.



z Criterios de diseo:C t i d l li l i l d Concentracin del glicol recirculado. z A mayor concentracin del glicol, mayor ser la depresin del

punto de roco para un flujo de glicol dado y un nmero de etapas fijasetapas fijas.



z Criterios de diseo: Concentracin del glicol recirculado.

z El dew point real del gas que sale del contactor estar entre 5-10C por encima de la condicin de equilibrio.p q

z Depende de la temperatura del rehervidor, la velocidad de gas de arrastre y la presin del rehervidor.

z La concentracin de glicol ms comn en diseo estz La concentracin de glicol ms comn en diseo est entre 98 y 99%.



z Criterios de diseo:T t d l h id Temperatura del rehervidor. z A mayor temperatura, mayor ser la concentracin del glicol.



z Criterios de diseo:T t d l h id ( ti i ) Temperatura del rehervidor (continuacin). z Con TEG, la temperatura est limitada a 204C (400F),

lo cual limita la concentracin mxima de glicol que se puede alcanzar sin utilizar un gas de arrastrepuede alcanzar sin utilizar un gas de arrastre.

z Todos los diseos que emplean TEG operan entre 370-390F para minimizar la descomposicin del glicol, limitando la concentracin de glicol a un rango entrelimitando la concentracin de glicol a un rango entre 98,5 y 98,9%.

z Si se requieren concentraciones ms elevadas de glicol se puede utilizar un gas de arrastre o trabajar a

Enero-Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza29condiciones de vaco.


z Criterios de diseo: Presin del rehervidor.

z Presiones por encima de la atmosfrica pueden reducir de manera significativa la concentracin del glicol, y por g g , y plo tanto, la eficiencia del proceso de deshidratacin.

z A presiones ms bajas que la atmosfrica, la temperatura de ebullicin del solvente gastado p gdisminuye, por lo que la concentracin de glicol que se puede obtener sera mucho mayor a la misma temperatura del rehervidor.



z Criterios de diseo:P i d l h id ( ti i ) Presin del rehervidor (continuacin). z Los rehervidores son operados a condiciones de vaco en

casos muy aislados debido a la complejidad inherente y al hecho de que cualquier entrada de aire en el proceso puedehecho de que cualquier entrada de aire en el proceso puede resultar en una degradacin del glicol.

Normalmente es ms barato utilizar un gas de arrastre.

z Si se requiere una concentracin de 99,5% se puede considerar utilizar una presin en el rehervidor de 500 mmHg.

Algunas veces el uso de una presin de vaco ayuda a extender la vida til del sistema de glicol


la vida til del sistema de glicol.


z Criterios de diseo: Gas de arrastre.

z La concentracin de glicol se puede incrementar notablemente haciendo contactar el glicol con un gas de g garrastre.

z Generalmente se utiliza gas saturado con agua a temperatura ambiente y a una presin entre 25 y 100 p y p ypsia.

Por ejemplo, si se tiene gas saturado a 25 psia y 100F, el contenido de agua es 1500 lb H2O/MMscf.



z Criterios de diseo: Gas de arrastre (continuacin).

z A una presin atmosfrica (presin del rehervidor) y a la temperatura normal de operacin del rehervidor, el p p ,contenido de humedad est alrededor de 100000 lb H2O/MMscf, es decir, el gas podra absorber casi 100000 lb H2O/MMscf.



z Criterios de diseo:G d t Gas de arrastre (continuacin). z Efecto de inyectar gas

de arrastre a diferentesde arrastre a diferentes temperaturas de rehervidor.

El gas es inyectado directamente en el rehervidor.



z Criterios de diseo: Velocidad de circulacin de glicol.

z Cuando el nmero de etapas y la concentracin de glicol estn fijadas, la depresin del dew point es una g j , p pfuncin del flujo de glicol.

z Bajo esta premisa, la concentracin del glicol controla el punto de roco, mientras que su flujo controla la p , q jcantidad de agua que se puede remover.

Mnimo flujo 2 gal/lb H2O a remover Mximo flujo 7 gal/lb H2O a remover


j g 2


z Criterios de diseo: Velocidad de circulacin de glicol

(continuacin). z Tpicamente los diseos son enfocados hacia elz Tpicamente, los diseos son enfocados hacia el

manejo de 3 gal de glicol / lb H2O a remover.z El calor requerido en el rehervidor es proporcional a la

velocidad de recirculacin del glicolvelocidad de recirculacin del glicol.

iddcantidad la de

nDisminucio

li ldconcent. la de

nDisminucio

h idd l temp.la de

nDisminucio

i l ide veloc.

Incremento


removidaaguadeglicolderehervidordelncirculacio


z Criterios de diseo: Temperatura en el tope del regenerador.

z Temperaturas muy altas incrementaran las prdidas de glicol debido a la excesiva vaporizacin.g p

Temperatura de ebullicin H2O 212F Temperatura de ebullicin TEG 546F

z La temperatura recomendada en el tope es de 225F.z La temperatura recomendada en el tope es de 225 F.


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