Deshidratacion del gas natural
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Comportamient o del Sistema Agua - Gas natural abril 2014 Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos
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Comportamientodel SistemaAgua - Gas
natural
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos
Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos
Contenido
Condiciones para la formación4
Técnicas de deshidratación6
Formación de Hidratos33
Motivos para evitarlos35
Contenido de Agua en el Gas32
Introducción31
abril 2014
Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos
Introducción
El gas natural, que se extrae de los pozos, contiene agua, en estado gaseoso junto con otros componentes de la mezcla de hidrocarburos. Los cambios de presión y temperatura que experimenta el fluido gaseoso hacen que el agua se condense y se deposite en las tuberías y otros recipientes que lo contienen, generando problemas tales como:Formación de hidratos. Son sólidos blanquecinos, formados por agua e hidrocarburos.Producen taponamiento. En las tuberías, válvulas y recipientes impidiendo su circulación.
Entonces, es necesario analizar las condiciones a las cuales se pueden formar los hidratos para aplicar correctivos y evitar la formación.Para ello se utiliza metanol o mono etilenglicol, los cuales bajan el punto de rocío e impiden la formación de los hidratos.
Peligros de explosión. Si un bache de agua que se haya formado en la tubería entra a una caldera, habrá una explosión.
La magnitud depende de la cantidad de líquidos que lleguen y de la temperatura que encuentren. El agua, al evaporarse aumenta 1.700 veces su volumen. Los hidrocarburos, que obviamente también se pueden condensar, aumentan en menor grado dependiendo de la composición que tengan.
Formación de ácidos. Cuando hay presencia de CO2 y H2S, conjuntamente con agua libre, se formarán ácidos como el Carbónico, H2CO3 y el Sulfúrico, H2SO4 ,que corroen las tuberías y el resto de los componentes metálicos del sistema.
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Introducción
¿Cómo se sabe cuánta agua puede haber en el gas?Para medir el contenido de agua que transporta el gas natural se utiliza “el medidor de punto de rocío” (“Flash Point Tester”), capaz de medir la temperatura a la cual se condensará fluidos a partir del gas natural. El operador deberá aprender a diferenciar cuándo se condensa agua o hidrocarburos y, debe estar en condiciones de garantizar de cuál de los líquidos se trata.El punto de rocío al agua. Se conoce como punto de rocío de agua a la temperatura a la cual se condensa el agua, a determina presión previamente conocida o establecida.El punto de rocío a los hidrocarburos. El operador deberá determinar la temperatura a la cual se depositaron los hidrocarburos, indistintamente de que haya también agua en la mezcla.Uno de los cálculos que más comúnmente se deben realizar es la determinación y el conocimiento cierto del lugar geométrico de los puntos de rocío y de burbujeo en una mezcla de gas natural. Utilizando el “diagrama de fases” o “envolvente”
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Contenido de Agua en el GasEl comportamiento del agua en los sistemas de hidrocarburos es independiente Fig. 1 muestra que el agua es esencialmente inmiscible en los hidrocarburosLa Solubilidad del agua en el gas disminuye por incremento de la presión y disminución de la temperaturaLa presión favorece la combinación del agua con el gas para formar hidratos sólidos de gas, aún aunque la temperatura esté por encima de la temperatura de congelamiento del agua. El concepto de presiones parciales es válido solo a presiones de 3 a 4 bar sin embargo esta ecuación es válida a presiones cercanas a la atmosférica – Pero para presiones diferentes a la atmosférica hay otras correlaciones.Si se asume que el agua está presente en el gas en la fase líquida y por tanto en equilibrio con el gas. Aplicando la ley de Dalton de las presiones parciales:
P.yw = Pv
Donde: P = Presión total del sistema yw = Fracción molar del agua en la fase gaseosa
en condiciones de equilibrio Pv = Presión del vapor de agua a la Tº dada
En la fase líquida agua: Xw = 1.0A Presión cercana a la atmosférica la ecuación es totalmente válida.
Gas
Agua
P.yw Pv
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Contenido de Agua en el Gas
El contenido de agua en el gas se establece cuando se alcanza la temperatura del punto de rocío del gas a una presión dada. Esta es la máxima cantidad de agua que el gas puede contener en las condiciones especificadas.No necesariamente ocurre en condiciones de saturación sino también por debajo de la saturación, debido a que el gas es comprimido, expandido, calentado y enfriado, y por tanto no necesariamente se satura en cada punto del sistema.
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Formación de Hidratos
Los hidratos son compuestos cristalinos sólidos parecidos al hielo pero mucho menos densos que el hielo.
Su formación es el resultado de la asociación de una molécula de metano, etano, butano con seis o siete moléculas de agua.
Su formación es gobernada por el tamaño de la molécula agregada y su solubilidad en el agua.
Se descomponen fácilmente a temperaturas y presión ambiente, pero no a las condiciones de bajas temperaturas y altas presiones imperantes en el interior de intercambiadores de calor, medidores de orificio, recipientes, válvulas y otros.
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Condiciones para su formación
Gas con agua Libre o
cerca del punto de
Rocío
Alta Presión
Variables
Baja Temperatura
.
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Condiciones Secundarias de Formación
Las altas velocidades Y la turbulenciafavorecen su
formación
AVelocidad
y Agitación
La siembra de cristales en presencia deescamas dela tubería
CSiembra
de cristalesEl flujo
discontinuo oPulsante
favorece suformación
BPulsaciones
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Motivos para evitar su formación
Taponamiento
Corrosión
Punto de Rocío
En losEquipos
De procesoY en las
Uniones y conexiones
En lasTuberías deTransporte
Y distribución
Prevenir formación de hidratos
Optimizar el proceso
EVITA
TIENDE A
EN EN
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Técnicas de Deshidratación
TÉCNICAS
Expansión/reducción de presión
Absorción
Inyección-Metanol
Adsorción
Con sólidos como
Tamices molec.
Con Glicol
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CONTENIDO DE AGUA EN LA REGIÓN DE HIDRATO
Formacion de hidratos tiempo Composicion del gas, grado de agitacion “periodo de la formación de hidratos” el agua
liquida presente esta en termino “liquido meta estable”.
El agua metaestable ..en equilibrio existirá como un hidrato.
Hidratos en sistemas de gas natural
Hidrato.. Su formación en sistemas de gas Estructuras de hidratos:
Estructura I (C1, C2, CO2, H2S) Estructura II (C3, iC4, nC-4) Estructura H (C5+)
Formación de hidratos Condiciones primarias. El gas o el liquido deben estar en el o por debajo del punto de
roció del agua o a la condición de saturación Temperatura Presión Composición
Condiciones secundarias. Mezclado Espacio físico para la formación del cristal Salinidad P. aumenta …T. disminuye hasta formacion
CONTROL DE HIDRATOS
La formación de hidratos, puede evitarse removiendo el agua del gas antes del enfriamiento de los hidrocarburos por debajo de la temperatura a la cual podrían aparecer los problemas
Procesos de deshidratacion Absorcion Adsorcion
DESHIDRATACION CON SÓLIDOS DESECANTES
En la industria se utilizan lechos fijos de desecantes para deshidratar gas, deshidratantes típicos tenemos
Un deshidratador de lecho fijo generalmente
tiene :
La restitución del desecante requiere :
El flujo de adsorción es generalmente hacia abajo:
Los lechos deben ser regenerados apropiadamente
Las unidades de sólidos desecantes generalmente son más costosas y difíciles de operar que las unidades de glicol:
En procesos donde se encuentran temperaturas criogénicas:
Los desecantes en uso comercial caen en alguna de estas tres categorías:
Geles Alumina Tamices Moleculares
TAMICES MOLECULARES Los tamices moleculares son desde el punto de vista
químico, silicatos de aluminio
La adsorcion de agua en los tamices es un proceso reversible:
La fuerza de adsorcion
cationes actúan como puntos de fuerte carga positiva
los tamices son utilizados para eliminar contaminantes indeseables
DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION
ESQUEMA DEL PROCESO DE FLUJO
DISEÑO DE UN SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN CON DESECANTES SECOS
Su diseño
determinar los parámetros fundamentales asociados a la instalación y a los contratos de venta
Tipo de desecante y cantidad requerida
Diferentes tipos de desecantes
Regeneracion
El caudal de gas requerido
La temperatura final del lecho
Calor latente de vaporizacion del agua
Q= masa de agua a describir x calor latente de vaporizacion del agua
Calor de desorcion del agua
A falta de datos del fabricante puede suponer un 10% del calor de vaporizacion
CONSIDERACIONES BASICAS SOBRE EL DISEÑO DE UN DESHIDRATADOR CON TAMICES MOLECULARES
Temperatura de contactoMayor Tcontacto Menor H2O adsRango 80- 100ºF
Presion de operación Mayor P Menor Vgas-P Aumentan tamaño d los equipos+P Aumenta espesor de los recipientes
Tiempo de contactoF (req. tamiz) descenso apropiado * rocio∆P ++Vel. romper particulas del tamiz
Tamaño de las particulas del tamizsi reduce ++sup ads. Capacidad ++ΔP
Problemas Operacionales
Baches o tapones de agua Causa: Daño en el lecho de los tamices. Solucion: trampa o separador.
Cambios bruscos de presion, Velocidad excesiva del gas, movimientos del lecho debido al calentamiento y enfriamiento Causa: compactacion del empaque Solucion: buen diseño mecanico
Problemas Operacionales
Contaminacion del tamiz Causa: HC pesados, destilados, condensado Solucion: filtros o lechos de Sílica Gel o Bauxita aguas
arribas del adsorbedor.
Procedimiento de Calculo
Parametros basicos para el diseño
• Tasa del flujo del gas: 10 MM pcdn en el cálculo a 14,7 lpca y 60°F
• Presión a la entrada: 1000.0 lpc • Punto de rocio a la entrada: 90°F • Punto de rocio a la salida: 10°F • Capacidad de adsorción: 5% W (sílica o alúmina) • Duración del ciclo: 8 hrs • Regeneración: Gas natural • Enfriamiento: Gas natural • Tipo de Torre: Vertical • Velocidad permisible: 30 pies/min. • Temp. del gas a la entrada: 95°F • Gravedad especifica del gas: 0,70
Tamaño del recipiente
En cualquier caso se recomienda que la camada tenga por lo menos de 2 a 3 pies de espesor, para evitar la canalización.
Las torres pueden ser horizontales o verticales, ellas difieren con el fabricante, por lo tanto es de esperarse que el diseño interno también sea diferente.
La mayoría de estos diseños dan un servicio satisfactorio, la elección normalmente depende de la preferencia individual y/o del precio.
DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION
Gas para la regeneración: Cantidad de gas Temperatura final
Subdivisión de carga calorífica total Calor de desorción del agua. Calor latente de vaporización del agua. Calor sensible para calentar el agua hasta la temperatura de evaporación Calor sensible para calentar el desecante. Calor sensible para calentar la carcasa. Perdidas de calor
Operación de una planta de deshidratación por tamices moleculares
Los cuatro lechos de tamiz molecular se regeneran periódicamente
Se despresuriza el lecho En las dos primeras horas El lecho es enfriado durante 1 3/4
horas Se subenfria el lecho hasta 40°F
Optimización de la operación
Sucede con frecuencia que las condiciones de operación de una planta o del gas procesado varían a lo largo de su vida útil
Prueba de saturación (“breakthrough test’)
Lapsos del proceso de regeneración Tiempo normal de adsorción: 12 horas Tiempo normal del ciclo de regeneración: 3 horas Tiempo despresurización, represurización, etc.: 2
horas Tiempo de espera: 7 horas Tiempo de adsorción obtenido en la prueba de
saturación: 18 horas Tiempo de regeneración obtenido en la prueba de
saturación: 4 horas
