DIPLOMADO DE OPERADORESDIPLOMADO DE OPERADORES DE PLANTA DE GAS

MODULO 3: PROCESOS DE GAS Y EQUIPOSGAS Y EQUIPOS

1 Ing. Carlos Abel

CONTENIDOCONTENIDO Fundamentos Deshidratación Recuperación de licuables Estabilización de líquidos Sistemas Auxiliares Control de procesos Sistemas y equipos de seguridad

P di i t d d Procedimientos de arranque y parada

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RECUPERACION DE LICUABLES

• Introducción• Efecto Joule-ThomsonEfecto Joule Thomson• Refrigeración Mecánica• Turboexpander

3 Ing. Carlos Abel

IntroducciónIntroducciónFluido del

CO2

Separación de Fasespozo

Sólidos Agua Condensado hacia la unidad

Endulzamiento

hacia la unidad de estabilización

Compresión Deshidratación

AguaCompresión

Gas de IngresoDeshidratación

Recuperación de licuables

Compresión Gas de Venta

Gas a gaseoductoReinyecciónQuema

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Licuables hacia fraccionamiento

IntroducciónIntroducciónEl objetivo básico del procesamiento del gas natural es

t d tseparar sus componentes en productos conespecificaciones definidas y controladas, para quepuedan ser utilizados con alto desempeño enp paplicaciones especificas, permitiendo la incorporaciónde mayor valor agregado a los productos generados.De modo similar a la destilación del petróleo queDe modo similar a la destilación del petróleo, quefracciona el petróleo en productos de especificacióndefinida, una unidad de procesamiento de gas naturaltiene como función básica fraccionar el gas enproductos especificados pera el cumplimiento de lasdiversas aplicaciones requeridas por el mercado.

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diversas aplicaciones requeridas por el mercado.

IntroducciónIntroducciónComponentesdel gas natural

Procesamiento(Separación) Productos

H2ON2

del gas natural (Separación)

N2CO2 Gas VentaN2

CO2C1C2

CO2

CO2C1

C2

Gas Venta

EtanoPetroquímico

C3C4C5C6

Procesamiento C3C4

C

Petroquímico

GLP

C6C7..

H2O C5C6C7.

GasolinaNatural(C5 )

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.Cn

.

.Cn

(C5+)

IntroducciónIntroducciónTipos de unidades de procesamiento de gas naturalEl t á i t t d l id d dEl punto más importante de las unidades deprocesamiento de gas natural es el sistema degeneración de criogenia (bajas temperaturas),

bl l li f ió d l tresponsables por la licuefacción de los componentespesados del gas natural. El proceso termodinámicoescogido para este fin define el tipo de unidad a ser

ili dutilizado.

- Efecto Joule-Thomson;Efecto Joule Thomson;- Refrigeración mecánica- Turbo-expansión

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IntroducciónIntroducciónProcesos de Recuperación de LicuablesEn el siguiente diagrama de fases se muestra elcomportamiento de los tres principales tipos deprocesos utilizados para la recuperación de licuables.procesos utilizados para la recuperación de licuables.

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Factores de Selección del ProcesoFactores de Selección del Proceso Calidad requerida del gas de ventaCa dad eque da de gas de e ta

Duración de las reservas

Caudal de gas disponibleCaudal de gas disponible

Presión, temperatura y composición del gas natural

Productos requeridos Productos requeridos

Proximidad de los centros consumidores

Condición del mercado para el proyecto y la adquisición de las Condición del mercado para el proyecto y la adquisición de las

instalaciones

Tiempo de retorno del capital invertido

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Tiempo de retorno del capital invertido

Efecto Joule ThomsonEfecto Joule - ThomsonEs el más simple y barato de los procesos, por tanto estambién el de uso más restringido debido a sustambién el de uso más restringido, debido a suslimitaciones técnicas.Es normalmente utilizado en proyectos donde la

i ió d l t l t t d tá bicomposición del gas natural a ser tratado ya está bienpróxima de la especificación del gas de venta, faltandoapenas un ajuste de las fracciones más pesadas, comobbutanos y pentanos.El fundamento termodinámico asociado a este procesoes la licuefacción de los componentes más pesadosp pdebido a la reducción de temperatura proporcionadapor expansión isoentálpica en una válvula de control depresión.

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p

Efecto Joule ThomsonEfecto Joule - Thomson

11Diagrama de Flujo Proceso de Recuperación de Licuables Mediante Efecto JT

Efecto Joule ThomsonEfecto Joule - ThomsonLas características más relevantes de este procesode licuefacción son:

Expansión isoentálpica (Δh = 0) Baja eficiencia de desempeno Bajo nivel de recuperación de propano Baja inversión

P l t tili d d i l Proceso normalmente utilizado para reducir elpunto de condensación del gas natural

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Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaEs considerado un proceso simple de inversión media,

d ifi d tpuede generar gas especificado para venta, aunquepresenta limitaciones técnicas en cuanto al contenidoresidual de propano en el gas de venta.p p gSi el objetivo del proyecto fuera maximizar laproducción de GLP, deberá considerarse la utilizaciónde un proceso más eficiente y ciertamente más carode un proceso más eficiente y ciertamente más caro.El fundamento termodinámico asociado a este procesoes la licuefacción de los componentes más pesados delp pgas natural por medio de reducción de temperaturaprovocada por el intercambio térmico del gas con unfluido refrigerante

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fluido refrigerante.

Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica

14Diagrama de Flujo Proceso de Recuperación de Licuables Mediante Refrigeración Mecánica

Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica

Di d Fl j Ci l R f i ió P

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Diagrama de Flujo Ciclo Refrigeración con Propano

Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica

Ciclo Refrigeración con Propano

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Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica

Chiller

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Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaLas características más relevantes de este procesode licuefacción son:

Exige deshidratación del gas natural Exige deshidratación del gas natural Logra bajas temperaturas Utiliza un cliclo de refrigeración con propanoUtiliza un cliclo de refrigeración con propano Proceso simple y robusto No necesita de presiones altas (no opera con

expansión del gas) Considerado de inversión media

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Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaLos principales problemas operacionales de estetipo de unidades están relacionados con:Formación de Hidratos

-Obstrucción de las toberas nebulizadoras-Baja eficiencia de la bomba de inyecciónBaja eficiencia de regeneración por falta de temperatura-Baja eficiencia de regeneración por falta de temperatura

-Incremento en el contenido de humedad del gas

Parada de compresores de propanop p p-Problemas con la calidad del propano-Problemas eléctricos

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TurboexpanderTurboexpanderEl proceso de turboexpansión es el más eficienteproceso termodinámico act almente tili ado enproceso termodinámico actualmente utilizado enplantas de procesamiento de gas natural.Posee un excelente rendimiento en la recuperaciónpdel propano, siendo capaz de reducirpracticamente a cero este componente en el gasde venta Además es el único capaz de separarde venta. Además es el único capaz de separaretano petroquímico.Es un proceso de alta inversión, por tanto serequieren volúmenes de gas superiores a 90MMscf/d para que tenga un retorno adecuado de lainversión.

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TurboexpanderTurboexpanderLa licuefacción de los componentes más pesadosdel gas natural en este proceso es garantizado porla expansión del gas natural en una turbina, la cuallibera energía que es utilizada para accionar unlibera energía que es utilizada para accionar uncompresor auxiliar del sistema principal decompresión.La expansión del gas es isoentrópica, congeneración de trabajo.Debido a la reducción de temperaturaproporcionada por la expansión isoentrópica con larealización de trabajo el proceso consigue

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realización de trabajo, el proceso consiguealcanzar temperatura abajo de -140 °F.

TurboexpanderTurboexpander

Diagrama de Flujo Proceso de Recuperación de Licuables

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g j pMediante Turboexpander

TurboexpanderTurboexpander

23Diagrama P-T para un proceso Turboexpander

TurboexpanderTurboexpanderLas características más relevantes del proceso deturboexpansión son:turboexpansión son:

Expansión isoentrópica (Δs = 0) Proporciona la temperatura más baja de todos los

procesos Mayor eficiencia (riqueza residual del gas de venta

tiene a cero) Único con la posibilidad de generar etano

petroquímico Total recuperación del propano Alta recuperación de etano Necesita alta inversión

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Necesita alta inversión

Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaLos principales problemas operacionales de estetipo de unidades están relacionados con:Falla del sistema de control

-La unidad posee un sistema de control altamente automatizado-Normalmente las fallas se dan en los PLC’s

Formación de Hidratos-Se requiere medición en línea de la humedad del gas aprocesarprocesar-Saturación de los tamices moleculares-Regeneración deficientes por baja temperatura del horno, obajo flujo del gas caliente

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bajo flujo del gas caliente.

Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaProblemas operacionales (cont.)

Parada del Turboexpansor-Como principal unidad del proceso, la falla del turboexpansorComo principal unidad del proceso, la falla del turboexpansorcausa la pérdida de obtención de bajas temperaturas-Se podría mitigar con expansión isoentálpica con una JT

éDaño del aislamiento térmico-Cuando ocurre algún hecho que impacta el nivel de aislamientotérmico del sistema de frio de la unidad.térmico del sistema de frio de la unidad.-La pérdida de eficiencia es inmediata y muchas veces requiereparadas no programadas para reparar el aislamiento.

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Comparación de procesosComparación de procesosObjetivos/Procesos JT RM TEObjetivos/Procesos JT RM TEReducir punto de rocio S S SCumplir especificaciones de gas de enta N S Sventa

Maximizar producción GLP N N SProducir etano petroquímico N N S

Expansión isoentálpica versus isoentrópica

Turboexpansión → ΔT / ΔP = -1 °C / atm

Efecto Joule-Thomson → ΔT / ΔP = -0.5 °C / atm

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