Deshidratacion Del Gas Natural

PET-240 Proceso del Gas Natural II Deshidratación del Gas Natural

PRÁCTICO # 2DESHIDRATACIÓN DEL GAS NATURAL

La deshidratación del gas natural es el proceso de quitar 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 roció y por ello el proceso de deshidratación se llama también acondicionamiento del punto de roció.

Este proceso debe ejecutarse por las siguientes razones:

a) El gas se combina con agua libre, o liquida para formar hidratos sólidos, que pueden taponar las válvulas conexiones o tuberías.

b) El agua puede condensarse en las tuberías ocasionando bolsones de liquido, causando erosiones y corrosión.

c) El agua presente en el gas natural puede combinarse con el CO2 y el H2S que pudieran estar presentes, tornando corrosivo al gas.

d) El vapor de agua aumenta el volumen de gas a ser transportadoe) El vapor de agua disminuye el poder calorífico del gas.f) Las operaciones de las plantas criogénicas o absorción refrigerada pueden verse

entorpecidas por los congelamientos.g) Los contratos de venta de gas y las especificaciones de transporte por los gasoductos

fijan un contenido de agua máximo, generalmente 7 libras de agua por millón de pies cúbicos de gas.

HIDRATOSEl agua presente en el gas, bajo ciertas condiciones de presión, baja temperatura, flujo en torbellinos y en presencia de algunos hidrocarburos más pesados, provoca la formación de hidratos.

Los factores que afectan la velocidad de formación del hidrato son, entre otras: la composición del gas, altas velocidades de flujo, pulsación de la presión, pequeños cristales, y la existencia de lugares apropiados para su acumulación y expansión.

Los hidratos solidificados ocasionan graves perjuicios en los conductos y válvulas pues producen taponamientos que disminuyen y hasta llegan a interrumpir el pasaje de gas.

Las acciones que se pueden tomar para evitar la formación de los hidratos son:

a. Separar el agua de los hidrocarburos líquidos o viceversa.b. Modificar las condiciones de presión.c. Llevar el punto de rocío del agua por debajo de la temperatura de operación.d. Introducir sustancias que bajan la temperatura de formación de hidratos (inhibidores).e. Elevar la temperatura del gas (calentar).

Una vez formado el hidrato, para producir su disolución no queda otra alternativa que disminuir la presión que se ejercía sobre la mezcla. Tal operación trae consecuentemente la necesidad de sacar de servicio equipos o líneas de conducción.

Ing. Sánchez Herbas Rómulo 1


PUNTO DE ROCIO

El punto de rocío será entonces, el momento en que el agua contenida en el gas comienza a condensarse en valores de presión y temperatura conocidos.

El aparato medidor se compone de un visor, un espejo y un gas refrigerante en una cámara de expansión de tal manera que se hace pasar el flujo del gas a medir frente al espejo y se refrigera bajando lentamente la temperatura (se lee en el termómetro instalado en contacto con el espejo) hasta que se comience a empañar el espejo.La presión y la temperatura de ese momento es precisamente la medición del punto de rocío.

Equipo de medición de punto de roció (bureau of mines)

CARACTERÍSTICAS DE LOS GLICOLES

El glicol es un producto químico orgánico, de la familia de los alcoholes, Por su alta afinidad con el agua se utilizan glicoles para la deshidratación del gas natural, es prácticamente imposible mantenerlo en máxima pureza en contacto con el ambiente porque absorbe la humedad del aire. son muy estables, con una elevada temperatura de degradación, de tal manera que los convierten en óptimos para ponerlos en contacto con gases reteniendo el agua contenida en cualquiera de sus formas.

Existen tres compuestos glicoles muy utilizados,

1. Etilenglicol .- La temperatura máxima a la que se puede someter es de 165°C (328°F)2. Dietilenglicol .- Este compuesto otorga una buena depresión del punto de rocío y

tiene la habilidad para absorber agua en un amplio rango de concentraciones, la temperatura máxima a la que se puede someter es de 165°C (328°F)

3. Trietilenglicol .- concentraciones del 97,5% al 98,5% son fácilmente obtenibles, dada la mayor temperatura de ebullición, la temperatura máxima a la que se puede someter es de 205°C (404°F)



Es común que las ventajas del T.E.G. sobre el D.E.G. hagan que aquel sea el favorito en losProcesos de deshidrataciones con glicoles, no obstantes y dadas sus características y costo, se ha establecido el uso del T.E.G. para procesos por Torre de Contacto, y el M.E.G. para los efectuados por Inyección.

Ventajas de los glicoles con respecto a los desecantes sólidos

a) Costos de instalaciones menores; una planta de glicol para procesar 10 MMscfd cuesta 50% menos que una de desecante sólidos, una planta para procesar 50 MMscfd cuesta 33% menos si trabaja con glicol.

b) Menores caídas de presión (5 a 10 psi, en ves de 10 -50 psi para desecantes sólidos)c) Es un proceso continuod) La preparación del glicol (y su regeneración) se consigue rápidamente. El recargado de

las torres desecantes sólidos es una operación demorada que a veces requiere la interrupción de las operaciones.

e) Las unidades de glicol requieren menos calor de regeneración por libra de agua removida, bajando de ese modo los costos operativos.

f) Las unidades de glicol pueden deshidratar al gas natural hasta 0.5 lb de agua/MMscfd

Desventajas de los glicoles con respecto a los desecantes sólidos

a) Los puntos de roció al agua por debajo de -25°F requieren gas de despojamiento y una columna de platos.

b) El glicol es susceptible a la contaminaciónc) El glicol es corrosivo cuando está contaminado o descompuesto.

TÉCNICAS PARA DESHIDRATAR EL GAS NATURAL

absorción física por torre de contacto absorción física por inyección deshidratación por adsorcion con sólidos

ABSORCIÓN FÍSICA POR TORRE DE CONTACTOLa deshidratación por glicol es un proceso de absorción donde el vapor de agua se disuelve en una corriente de glicol líquido. Seguidamente este vapor de agua es extraído del glicol mediante aplicación de calor, al hervir el agua se desprende del glicol, el cual se regenera o reconcentra tornándose apto para volver a ingresar al proceso.

La puesta en contacto del gas a deshidratar con el absorbente, requiere de un recipiente denominado “torre de contacto”Su tamaño estará en función del volumen de gas a tratar, del diseño interior y de la cantidad de agua a extraer; en definitiva el tamaño determinará el tiempo de contacto glicol - gas.



Flujo del gas húmedo: Saliendo del separador (sin condensados), la corriente de gas húmedo se introduce en la torre de contacto por un nivel inferior y se la hace circular ascendiendo y pasando por lechos de relleno o bandejas de burbujeo, diseñadas especialmente para que el gas tome contacto íntimo con el glicol.El gas se mezcla en cada una de las bandejas con la solución de glicol, cediendo el vapor de agua que contenga.Una vez que ha cedido el agua al glicol, el flujo de gas seco pasa a través de un eliminador de niebla en la parte superior del absorbedor para dejar pequeñas partículas de líquido arrastrado y abandona el equipo como gas seco, pasando previamente por un intercambiador de calor para enfriar el glicol que ingresa.

Flujo de glicol pobre: El glicol proveniente de la Planta Regeneradora, entra a la torre por la parte superior, intercambiando calor inicialmente para adecuarse a la temperatura de operación, luego va circulando hacia abajo pasando por rebase de bandeja en bandeja, tomando contacto íntimo con el gas y quedándose con el contenido de agua.

Flujo de glicol rico o húmedo: Es tomado a menor temperatura del fondo de la torre de absorción y descargado generalmente por un mecanismo de controlador de nivel y válvula de descarga, hacia la Planta Regeneradora, donde debe ser tratado para eliminarle el contenido de agua a fin de poder ser utilizado nuevamente en la torre de contacto, de manera de tener un ciclo de operación continuo. Para ello se lo bombea a través de una serie de equipos donde básicamente se lo somete a una temperatura superior al punto de ebullición del agua como para que la misma se desprenda en estado de vapor.

El glicol, que se mantiene en estado líquido debido a que su temperatura de ebullición es muy superior a la del agua, es nuevamente acondicionado para su reutilización.



ABSORCIÓN FÍSICA POR INYECCIÓN

Permite cumplir los dos objetivos del acondicionamiento simultáneamente, la deshidratación y el desgasolinaje, y son las llamadas «Dew Point” o Plantas de Ajuste de Punto de Rocío.

Básicamente el proceso consiste en provocar la condensación del vapor de agua y de los hidrocarburos pesados mediante enfriamiento.

Es evidente que esta sencilla operación necesita de otro agente a efectos de impedir la formación de hidratos en la instalación al reducir considerablemente la temperatura del gas, a tal fin se utilizan los glicoles, por su doble acción, como absorbente y como anticongelante.

Por lo general en éste tipo de Plantas, se encuentran instalados intercambiadores Gas-Gas que optimizan el rendimiento de la misma, calentando el gas de salida merced al enfriamiento del gas de entrada.

Una solución de monoetileneglicol pobre, es inyectada antes y en el intercambiador gas-gas. El gas es dirigido a un enfriador (chiller) que constituye el evaporador de un ciclo frigorífico, donde se lo lleva por debajo del punto de rocío establecido para su inyección a gasoducto.

El líquido posteriormente es extraído en un separador de alta presión de tres fases comúnmente llamado trifásico o separador de frío, donde la fase gaseosa constituye el gas seco que se envía a gasoducto o al proceso restante.

La fase líquida se subdivide en dos, una constituida por la solución glicol-agua y la restante por gasolina, debido a la inmiscibilidad de ambos y su apreciable diferencia de densidad, son fácilmente separables.



La corriente de glicol enriquecido con agua es enviada a la Planta Regeneradora, donde a presión atmosférica y mediante la entrega de calor, se la despoja del agua absorbida.La gasolina obtenida en estas condiciones contiene apreciable cantidad de hidrocarburos livianos, como ser propano y butano, razón por la cual se los debe eliminar de la misma, transformándola en gasolina estabilizada.

Los problemas más comunes son más bien de carácter mecánico y fácilmente solucionables a saber:

a) Deficiente pulverizacion del glicol en su inyección, con lo que no se consigue un contacto intimo glicol-gas. Debe revisarse el diseño del inyector o su control periódico. En algunas oportunidades, el desplazamiento de carbón activado de los filtros de la Planta Regeneradora, origina el taponamiento de los inyectores.

b) Problemas de separación de condensado en el separador trifásico, generando arrastres de condensados y glicol al circuito posterior. Esta dificultad se mejora no sobrepasando los caudales de diseño, evitando disminuir el tiempo de residencia de los fluidos en el separador y respetando los adecuados niveles de operación.

Proceso de Regeneración de Glicol

En la siguiente figura se puede observar, en el recuadro inferior resaltado, un esquema de la Planta Regeneradora de Glicol, como parte de un proceso de absorción por inyección.

Para la regeneración del glicol, el mismo es bombeado previamente a través de un condensador de reflujo enfriador en el tope de la columna de condensación para condensar parte de los vapores que son descargados, pasando luego a través de una serpentina de



precalentamiento produciendo un intercambio de calor glicol-glicol, donde el glicol seco concentrado es enfriado y el glicol húmedo es precalentado, reduciéndose así la carga del calentador y evitando una ebullición violenta.

DESHIDRATACION POR ADSORCION CON SÓLIDOS

El proceso de adsorción es una forma de adhesión entre una superficie sólida y el vapor de agua que aparece como una capa muy delgada, y se sostiene según la propiedad de atracción de los materiales y las características particulares de los mismos.La cantidad de agua adsorbida, varía con la naturaleza varía con la naturaleza y el área superficial del desecante utilizado.Los desecantes más efectivos, son los que tienen una alta relación entre el área superficial y su volumen.

TIPOS DE DESECANTES

Desecantes.-Los adsorbentes mas comúnmente usados para secar fluidos de petróleo son:

Geles de sílice.- La silica gel es un material duro, áspero, con buenas características de resistencia a la atrición (desgaste por fricción), y esta disponible comercialmente en forma de polvo, gránulos o esferas de varios tamaños.

Bolitas de silica gel.- La capacidad de adsorción es la misma que la de la silica gel común, solo que la densidad bruta y la capacidad por unidad de volumen es mayor.

Alúmina activada.- Es una alumina parcialmente hidratada, poros, amorfa.

Tamices moleculares.- Son zeolitas, cristalinas o aluminio-silicatos que tienen una estructura uniforme tridimensional interconectada de tetraedros de sílice y de aluminio Estos cristales de zeolita sintética se fabrican para que contengan cavidades de interconexión de tamaño uniforme, separados por poros o aberturas estrechas igualmente uniformes.



Procesos de Adsorción

En general éste tipo de instalaciones están equipadas inicialmente con un separador de entrada, utilizado para interceptar y separar los líquidos presentes en el flujo, evitando inconvenientes en el proceso que puedan reducir la capacidad del adsorbente.

La corriente principal de gas pasará por una de las dos Torres de Secado, tomando contacto con el desecante que permitirá la remoción de los vapores de agua.

Otro flujo de reciclo o regeneración, pasará a contracorriente por la segunda Torre, donde el agua adsorbida en el ciclo anterior por la misma, será barrida por el gas caliente (generalmente un 10% de la corriente principal, y entre 350° F a 450°F, dependiendo del tipo de desecante utilizado) hacia un enfriador y un posterior separador del agua condensada.

Alternativamente entonces, una Torre está adsorbiendo los vapores de agua del flujo principal, mientras en la otra se está regenerando el desecante. Controladores cíclicos o temporizadores, permiten el cambio automático de las torres según un programa horario establecido.

Se pueden utilizar varios productos adsorbentes, cuya selección dependerá del tipo de problemas y de las condiciones de operación.

El sistema es aplicable cuando se pretende un contenido de agua menor a 1 libra por millón de pies cúbicos standard. Observando un cuidadoso diseño, pueden obtenerse Puntos de Rocío cercanos a los –90°F.



VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO DE ADSORCION

Ventajas• Alcanzan puntos de rocío muy bajos requeridos para plantas criogénicas.• Se adaptan a cambios muy grandes en las tasas de flujo.• Son menos susceptible a la corrosión o al espumamiento.

Desventajas• Los costos iniciales de instalaciones son mucho mayores a la de una unidad de glicol.• Es un proceso de bacheo. Tiene caídas de presión altas a través del sistema.• Los desecantes pueden envenenarse con líquidos u otras impurezas del gas.• Altos requerimientos de espacio y peso.• Altos requerimientos de calor de regeneración y altos costos de utilidades.


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