Deshidratacion de Gas Natural por adsorcion en lecho fijo³n del contenido de agua zEl primer paso...

Deshidratación de gas natural por adsorción en lecho fijo

P f Al i BProf. Alexis BouzaEnero-Marzo 2009

Determinación del contenido de agua

El primer paso en la evaluación o diseño de d d hid t ió d t iun proceso de deshidratación es determinar

el contenido de agua del gas.S d tili l l ió d M K ttSe puede utilizar la correlación de McKetta y Wehe, en donde el contenido de agua, expresado en lb H2O/MMscf se puedeexpresado en lb H2O/MMscf, se puede estimar a partir de la temperatura y la presión (CO2 y H2S < 5%).

Prof. Alexis Bouza2

p ( 2 y 2 )

Enero.Marzo 2009


Enero-Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza3

DeterminaciónDeterminación del contenido de aguag

En el caso de que el gas contenga gasesgas contenga gases ácidos (CO2 y H2S), se puede emplear la correlación de Campbell.



El contenido de agua se puede estimar como:

SHSHCOCOHCHC 2222wywywyw ++=

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3



Ejemplo: Calcule el contenido de agua de un 1000 i 100ºF L i ió d lgas a 1000 psia y 100ºF. La composición del

gas es: metano 80%; etano 5%; propano 1 5%; butano 0 5%; CO 2 5%; N 2% y H S1,5%; butano 0,5%; CO2 2,5%; N2 2% y H2S 8,5%.

89000050015005080y +++

0850y

025,0y89,00005,0015,005,08,0y

CO

HC

2=

=+++=


085,0y SH2=


A partir de la Fig.1, 2 y 3 se tiene ti trespectivamente:

lb/MMscf 67wlb/MMscf59w

CO

HC

2==

Por lo tanto,lb/MMscf150w SH2

=

( ) ( ) ( ) MMscf/OH lb 9,66150085,067025,05989,0w 2=++=


Introducción

El proceso de adsorción utilizando un lecho fij d d ólid d tfijo es un proceso donde un sólido desecante es utilizado para remover el vapor de agua de la corriente de gas naturalde la corriente de gas natural.


P i d d d l ólid d tPropiedades de los sólidos desecantes más utilizados


Capacidad del desecante

Se expresa en masa de agua adsorbida por unidad de masa de sólido desecantede masa de sólido desecante.Capacidad estática de equilibrio: Es la determinada en una celda de equilibrio sin flujo de fluido.C id d di á i d ilib i E l id dCapacidad dinámica de equilibrio: Es la capacidad del desecante cuando se hace circular fluido a través de él a una velocidad comercial.Capacidad útil: Representa la capacidad de diseño. Toma en cuenta la pérdida de capacidad del sólido en el tiempo, y que no todo el sólido en el lecho es


p , y qutilizado completamente.

Capacidad del desecante

La elección del desecante algunasdesecante algunas veces obedece a razones económicas y Desecante Dew Pointotras a las condiciones del proceso.Grado de

Alúmina -73ºC (-100ºF)

Sílica gel -60ºC (-76ºF)Grado de deshidratación que se puede lograr:

Sílica gel 60 C ( 76 F) [10 ppm]

Tamiz -90ºC (-130ºF)

Enero-Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza13molecular [1 ppm]

Principios de adsorción

Si se tiene un lecho adsorbente en donde se alimenta una corriente de gas que tiene una cierta concentración decorriente de gas que tiene una cierta concentración de contaminante (yE), la concentración de salida (yO) en función del tiempo sigue la siguiente tendencia:



Tiempo de ruptura (tb): instante de tiempo t id 0 05transcurrido para que yO=0,05yE.

Tiempo de saturación (tE): instante de tiempo d d 0 95en donde yO=0,95yE.

Tiempo estequiométrico: aquel en donde se ubica el centro de masa de la curva deubica el centro de masa de la curva de escape.



En el sólido se puede ver el siguiente efecto:



Cuando la zona de transferencia de masa l l fi l d l l h ll l tialcanza el final del lecho, se llega al tiempo

de ruptura.D l l l it d d l dDe manera general, la longitud de la zona de transferencia de masa depende de la composición del gas velocidad de flujocomposición del gas, velocidad de flujo, condiciones del proceso (T y P) y capacidad del adsorbente.



Para sílica gel se puede utilizar la siguiente correlación para estimar la longitud de la zona de p gtransferencia de masa:

7895,0wq7,297h

q : velocidad de remoción de agua por unidad de área

2646,05506,0g

wz

vq,hφ

=

qw: velocidad de remoción de agua por unidad de área del lecho [lb/h ft2]

vg: velocidad superficial del gas [ft/h]φ h d d l ti d l

Enero-Marzo 2009 Prof. Alexis Bouza18φ: humedad relativa del gas


Para alúmina:

( ) gelsilicazz h8,0h −=

Para tamiz molecular:

( )h60h ( ) gelsilicazz h6,0h −=


Criterios de diseño. Deshidratación.

Temperatura: Menor a 50ºC para utilizar la mayor capacidad del desecantemayor capacidad del desecante.“Dew point”: Depende del desecante: -73ºC a -90ºC.a 90 C.Longitud del ciclo: De 8 a 24 h.Dirección del flujo de gas: “Down flow” para j g pbajar la vibración del lecho debido a la alta velocidad del gas (1800 ft/h).


Criterios de diseño. Regeneración.

Temperatura:– Depende principalmente del sólido.– En muchos casos se recomienda de 175-300ºC

[347-572ºF][347-572 F].– Si se escoge una temperatura mayor se aumenta

la capacidad del desecante pero se acorta su vida útil.

– La mayor cantidad de agua se elimina a 125ºC (257ºF) con un gas que sale de los calentadores


(257 F) con un gas que sale de los calentadores de 200-350ºC [392-662ºF].


Dirección del flujo de gas:G l t tili fl j d t– Generalmente se utiliza flujo ascendente para asegurar la regeneración del fondo de la torre que fue la última parte del lecho que estuvo en

t t lcontacto con el gas.– La contaminación del lecho (por otros

compuestos distintos al agua, p.e., hidrocarburos) p g p )ocurre principalmente en el tope de la torre, por lo tanto, haciendo fluir el gas hacia arriba se evita que estos contaminantes atraviesen el lecho


qcompleto.


Flujo de gas:– De 5-15% del flujo de gas total a deshidratar.

Tiempo:– Normalmente se emplean ciclos de 8h en donde

6h son para regenerar y 2h para enfriar.


Configuraciones de procesos


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