Guas de Diseo y Operacin para Inhibicin de Hidratos y Deshidratacin con Glicol

1. Como criterio de diseo el flujo real de inhibidor debe ser aproximadamente el doble del flujo calculado en forma terica.

2. Cuando se utiliza el glicol para prevenir formacin de hidratos, la regeneracin se hace hasta 60-80 % peso.

3. Cuando se utiliza glicol en el proceso de deshidratacin, la regeneracin se hace a la mayor pureza posible 99 .5 % peso o ms.

4. Si en una instalacin existen los procesos de inhibicin de hidratos y deshidratacin con glicol, se requieren dos sistemas independientes para su regeneracin.

5. Como en la operacin real no se da la condicin de equilibrio sino una condicin dinmica, para diseo se usan aproximaciones como por ejemplo, si el objetivo es una depresin hasta O F, se trabaja con -10 / -20 F o sea una aproximacin de 10/20 F. Si los clculos dan que se requiere una pureza de glicol de 99 %, se trabaja con 99.5 %.

Absorbedora

6. El enfriamiento del glicol pobre que se recicla a la cima de la absorbedora se debe hacer alrededor de 5 10 F por encima de la temperatura de entrada del gas hmedo en el fondo, a fin de evitar condensacin de hidrocarburos del gas que causen formacin de espuma.

7. Diseos econmicos utilizan ratas de circulacin de 2 5 gal TEG/lb H2O absorbida.

8. El nmero de platos tericos tpicos entre 1 3, los platos reales entre 4 y 12. La conversin de etapas de equilibrio a platos reales puede hacerse asumiendo una eficiencia global de plato entre 25 % para platos de burbujeo y 33 % para platos de vlvulas. Para empaque, la relacin de altura equivalente de empaque a plato terico (HETP) vara con la rata de circulacin de TEG, el flujo y la densidad del gas; pero un valor de 36 60 pulgadas es normalmente adecuado.

9. La temperatura de entrada del gas hmedo debe estar entre 60 120 F. Cuando la temperatura de la absorbedora est por debajo de 60 F, el incremento en la viscosidad del TEG puede reducir la eficiencia en la transferencia de masa.

10. El espaciamiento tpico entre platos en la absorbedora es 24 pulgadas. Sin embargo, la altura total de la torre estar de acuerdo con el nmero de platos o la altura de empaque requerida, ms de 6 10 adicionales para permitir el retiro de vapor al lquido por encima del plato de cima, distribucin del gas de entrada por debajo del plato de fondo y espacio para colectar glicol rico en el fondo.

11. Tradicionalmente se han usado platos de burbujeo en absorbedores de glicol, porque permiten bajas ratas de lquido vs. Flujo de gas; sin embargo, el empaque estructurado est siendo muy aceptado, porque permite reduccin significativas en dimetro, y alguna reduccin en altura.

12. El dimetro de la absorbedora se fija con la velocidad del gas v o G, en forma similar a como se hace para separadores. Valores recomendados para los factores K y C se dan en la Tabla 1.

v = , ft/s G = ; lb/(h-ft2)Para platos,

, inEc. 3-9

Para empaque estructurado,

Ec. 3-10

13. Los vendedores de empaque estructurado utilizan una variable F, para dimensionar absorbedoras de glicol, definida como:

Fs = vEc. 3-11

Valores de Fs = 2,5 3,0 generalmente suministran un buen estimativo del dimetro de la absorbedora con empaque estructurado.TABLA 3-1 Factores k c para velocidad de vapor

K factores ft/sC factorft/h

Plato de burbujeo, espaciamiento

20 24 30

0,140,160,17

504576612

Empaque Estructurado Al azar 1 inch Pall rings 2 inch Pall rings0,3 a 0,4 *0,13 0,180,19 -0,261080 a 1440 *468 - 648684 - 936

* Depende de la densidad del empaque y el vendedor.

Tambor Flash

14. Para desgasificacin se requiere un tiempo de retencin mnima de 3 5 minutos. Si se va a remover hidrocarburo lquido, se requiere un tiempo de retencin de 20 30 minutos.

15. Presin de operacin = 60 psig.

16. Temperatura de operacin = 140 160 F si a continuacin se en encuentra el intercambiador glicol rico glicol pobre.

Intercambiador glicol rico glicol pobre

17. Temperatura de alimento a la despojadora de agua 300 F.

18. Temperatura del glicol pobre fro 150 F.

19. Aproximacin approach lado caliente 40 F.

Despojadora de agua

20. Presin atmosfrica.

21. Temperatura de fondos: TEG < 400 F (preferible 380 F)

TEG > 340 F (preferible 320 F)

22. Temperatura de cima para minimizar prdidas de glicol = 210 F.

23. Reflujo para minimizar prdidas 30 % del efluente de la absorbedora.

24. Cantidad de calor Duty en condensador para minimizar prdidas 25% del calor de vaporizacin del agua absorbida.

25. Nmero de platos tericos 3 4 (Rehervidor, 1 2 platos tericos y condensador).

26. La cantidad de calor Duty del rehervidor est en el orden de 1 500 Btu/gal de glicol recirculado.

Enfriador de glicol pobre

27. Temperatura del glicol pobre a la absorbedora = Temperatura de entrada del gas hmedo + 5 a 10 F.

A continuacin con el Ejemplo 12, se explican los clculos paso a paso para el dimensionamiento de una torre absorbedora de trietilen glicol con platos de burbujeo y con empaque estructurado.

Fig. 3-21 (Fuente: GPSA)

FIGURA 3-22

FIGURA 3-23

FIGURA 3-24

Lista de pasos sencillos para el diseo de una absorbedora de TEG.-

1. Hallar la cantidad de agua presente en el gas (puede usarse el Mtodo de Mcketa).

2. Determinar la cantidad d agua removida

H2O = Win - Wout

3. Hallar el Punto de Roco del Gas (Tr ) , usar grfica del Mtodo de Mcketa.

4. Definir el Punto de Roco por aproximacin.

Tra = Tr - Ap

5. Hallar la pureza del TEG mediante la Figura 20-54 del GPSA.

6. Determinar el nmero de platos tericos de la absorbedora.

N = NR * EF

Para platos de burbujaEF = 0,25Para platos tipo vlvulaEF = 0,33

7. Hallar la relacin:

8. Hallar la Tasa de TEG con la Figura 20-57 del GPSA.

9. Calcular el caudal de TEG:

10. Calcular la densidad del TEG

De la Figura 20-32 , hallar: TEG

TEG = TEG * 62,4 [lb/ft3]

11. Calcular la densidad del gas:

gas = (2,7*P*gas) / (z*T)

12. Hallar la velocidad

v = [ft/s] , hallar K de Tabla 1.

13. Calcular el dimetro de la torre:

14. Hallar la altura de la torre: H = espaciamiento (20-60) * NR

15. Para empaque estructurado:

Altura de empaque = N * 60 in/plato terico

Ejemplo 3-13

Para el gas y las condiciones del anterior, con viscosidades de 0,014 cP, calcular el dimetro, la altura, la cada de presin y la cantidad en lbs de desecante slido para una absorbedora con tamiz molecular de 1/8 cilindro comprimido (extrudate).Solucin:

Calcular el flujo real de gas q (@ 950 psia y 560 R) en ft3/min.

q = (19,44 * MMscfd * Z * T) / P , ft3/minq = (19,44 * 51,4 * 0,08629 * 560) / 950 = 508,3 ft3/min

Calcular la velocidad superficial V en ft/min,

De la Figura 3-29 (@ 950 psia y 1/8 extrudante) V = 22 ft/min

Calcular el dimetro del lecho D en ftDe la Ec. 3-13,

Calcular la cantidad de agua en el gas,

De la Fig. 3-1 (@ 950 psia y 100 F)W = 64 lb H2O/MMscf

Calcular el factor de correccin de saturacin para tamiz Css.

De la Fig.3-30 (@ 100 F)Css = 1,0

Calcular el factor de correccin por temperatura CT,De la Fig. 3-31 (@ 100 F)CT = 0,93

Calcular la cantidad de tamiz molecular requerida en zona de saturacin Ss, se asume que se remueve toda el agua presente en el gas y un ciclo de 12 hrs (0,5 das):

De la Ec. 3-14,

Wr = W * Q * t

Ss = 13605 lb de tamiz molecular en zona de saturacin Determinar la densidad del tamiz molecular, ms

De Figura 20-67 del GPSA (@ 1/8 y Linde 4A Extrude Cylinder) ms = 42 lb/ft3

Calcular la longitud del lecho empacado en la zona de saturacin LS,De la Ec. 3-15,

Calcular la longitud del lecho empacado en la zona de transferencia LMTZ,

De la Ec. 3-16,

LMTZ = (V/35)0,3 * (Z)

Donde, Z = 1,70 para tamiz molecular de 1/8

Z = 0,85 para tamiz molecular de 1/16

LMTZ = (22/35)0,3 * (1,70) = 1,48 ft.

Calcular la longitud total del lecho empacado, LT

LT = Ls + L MTZ

LT = 13,63 + 1,48 = 15,11 ft.

Usar LT = 15,5 ft (se redondea a fraccin 0,0 0,5) y dejar 6 ft por encima y 6 ft por debajo del lecho.

Calcular la cada de presin a travs del lecho,

(gas) = PM(gas) / PM(aire) 0,6564

PM(aire) = 28,9625 lb/lb mol

PM(gas) = 0,6564 * 28,9625 = 19,01 lb/lb mol

R = 10, 73 psia ft3/ R lb mol

Densidad del gas,

De la Ec. 3-12 y la Tabla 3-2,

P = 0,2311 psi/ft * 15.5 ft = 3.58 psi

Valor de Diseo es 5 psi, por lo que el clculo esta en norma.

Calcular volumen total de tamiz,

Vms = 368 ft3

Calcular masa total de tamiz,

Mms = Vms * ms = 368 * 42 = 15,456 lb.

Fig. 3-29

Fuente: GPSA (Gas Processors Suppliers Association)

FIGURA 3-30

Fuente: GPSA (Gas Processors Suppliers Association)

FIGURA 3-31

Fuente: GPSA (Gas Processors Suppliers Association)