7. manejo y acondicionamiento de gas (1a parte).ppt

Ing. Edgar X. Blsquez Gonzlez

V. PROCESOS PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE GAS

El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre y se encuentra mezclado con el petrleo crudo cerca de los yacimientos.

Como se trata de un gas, puede encontrarse slo en yacimientos separados. La manera ms comn en que se encuentra este combustible es atrapado entre el petrleo y una capa rocosa impermeable. En condiciones de alta presin se mezcla o disuelve aceite crudo.

El gas natural arrastra desde los yacimientos componentes indeseables como son: el cido sulfhdrico (H2S), bixido de carbono (CO2) y agua en fase gaseosa, por lo que se dice que el gas que se recibe es un gas hmedo, amargo e hidratado; amargo por los componentes cidos que contiene, hmedo por la presencia de hidrocarburos lquidos e hidratado por la presencia de agua que arrastra desde los yacimientos.

Existen diversas denominaciones que se le da al gas natural y por lo general se asocia a los compuestos que forman parte de su composicin. Por ejemplo cuando en el gas natural hay H2S a nivel por encima de 4 ppm por cada pie cbico de gas se dice que es un gas amargo y cuando la composicin desciende a menos de 4 ppm se dice que es un gas dulce.

GENERALIDADES

Dentro de la industria petrolera se reconoce y designa al gas natural de acuerdo a sus hidrocarburos constituyentes (etano, propano, etc.) y a sus impurezas (agua y cido sulfhdrico) y est comprendido dentro de la norma ASTM D4150 de la siguiente manera:

Gas rico.

Gas pobre.

Gas hmedo.

Gas seco.

Gas amargo.

Gas dulce.

Es un gas natural con un contenido tal de etano mas pesados que econmicamente sea rentable su recuperacin.

Es un gas natural con un contenido de etano mas pesados tan bajo que no es recomendable su recuperacin.

Es un gas natural con alto contenido de agua.

Es un gas natural con un contenido mnimo de agua o con ausencia de la misma.

Es un gas natural con alto contenido de H2S y CO2, de tal manera que no puede ser usado directamente hasta que no se reduzca al mnimo su contenido.

Es un gas natural con un contenido mnimo de H2S y CO2 y que no ofrece ningn problema en su uso directo.

GENERALIDADES

No existe una composicin o mezcla que se pueda tomar para generalizar la composicin del gas natural. Cada gas tiene su propia composicin, de hecho dos pozos de un mismo yacimiento puede tener una composicin diferente entre si.

Tambin la composicin del gas varia conforme el yacimiento va siendo explotado, es por eso que se deber hacer un anlisis peridico al gas que es extrado, para adecuar los equipos de explotacin a la nueva composicin y evitar problemas operacionales.

Cuando el gas natural es extrado de los yacimientos presenta impurezas las cuales hay que eliminar ya que pueden provocar daos al medio ambiente, corrosin en equipos o disminuir el valor comercial del gas.

GENERALIDADES

La composicin de una mezcla de gas natural puede ser expresada tanto en fraccin mol, fraccin volumen o fraccin peso de sus componentes, aunque tambin puede ser expresada en porciento mol, en porciento volumen o porciento peso.

GENERALIDADES

GENERALIDADES

Al H2S y al CO2 se les denomina gases cidos del gas natural. En muchos campos de donde es extrado el gas natural la presencia de estos compuestos es elevada los cuales le dan la denominacin de amargo al gas natural.

El cido sulfdrico, tambin conocido como sulfuro de hidrgeno, tiene la caracterstica de tener un desagradable olor y ser muy txico.

El dixido de carbono es un gas incoloro e inodoro, que a concentraciones bajas no es txico pero en concentraciones elevadas incrementa la frecuencia respiratoria y puede llegar a producir sofocacin. El dixido de carbono es soluble en agua y la solucin resultante es cida dando como resultado la formacin de cido carbonilo.

Los gases cidos (H2S y CO2) forman soluciones cidas en presencia de agua libre, por lo que se requiere reducir su contenido en el gas natural hasta cantidades mnimas, para evitar la corrosin que provocan en el equipo y ductos que se emplean para su manejo.

Tambin es importante reducir y/o eliminar el contenido de H2S en corrientes de gas que se ventea a la atmsfera, ya que este gas es extremadamente txico y mortal desde bajas concentraciones.

GENERALIDADES

ENDULZAMIENTO DE GAS
CompuestosGas a procesarCorrosinSeguridad y proteccin IndustrialCO23% molManejable cualquier composicin si se garantiza que no hay agua lquida H2S4.5 PPM. 10 PPM (Mximo en un ..ambiente por 8 horas) . 0.03 PPM segn MARNR (Promedio de 1 hora continua) RSH5 PPM------COS + CS210 PPM------H207 LBS/MMPCN(32 F)No debe existir agua lquida ---

GENERALIDADES DE PROCESOS PARA EL MANEJO Y ACONDICIONAMIENTO DE GAS

El proceso de Endulzamiento consiste en eliminar el gas cido presente en las corrientes de gases y/o lquidos amargos que se reciben de diferentes plantas. El proceso de Deshidratacin de gas consiste en reducir su contenido de agua, para evitar la presencia de agua libre durante su transporte.

El gas natural tratado (gas dulce) puede utilizarse como gas combustible, as como fuente de obtencin de materias primas para el desarrollo de la Industria Petroqumica.

GENERALIDADES

GENERALIDADES

Gases cidos: CO2 y H2S Agua Compuestos de azufre: Sulfuro de Carbonilo (COS),
Disulfuro de Carbono (CS2), Mercaptanos (RSH)
Compuestos inorgnicos gaseosos: N2, He, O2 Compuestos inorgnicos slidos: NaCl, Hg Otros: aceite de compresores, inhibidores, parafinas y
asfaltenos


Actualmente en las instalaciones de produccin de aceite en Mxico uno de los principales problemas es el transporte de gas amargo hmedo a travs de grandes distancias a las plantas de procesamiento de gas (Complejos Petroqumicos).

Los problemas que se presentan durante el transporte de gas hmedo y amargo en los sistemas de ductos de PEP son los siguientes:
Altas cadas de presin durante el transporte Altos consumos de energaReduccin en la capacidad de transporte de los gasoductos.Instalaciones adicionales (separador, compresin, bombeo etc.)Frecuentes corridas de diabloAltas tasas de corrosinEquipo sobre diseado Productos entregados, fuera de las especificaciones por contener hidrocarburos lquidos y agua en el gas.Perdidas econmicas importantes al no recuperar los condensados obtenidos del gas natural o comercializarlos como petrleo crudo que tiene un menor valor comercial que el condensado.Operacin insegura
GENERALIDADES

En PEP, estos problemas se deben a la carencia de instalaciones para el acondicionamiento y proceso de hidrocarburos especficamente de gas y condensado, ya que esta actividad depende exclusivamente de los Complejos Petroqumicos en donde se enva el gas natural para su procesamiento y los Complejos envan gas dulce seco para su uso como gas combustible en los equipos dinmicos y para los sistemas de BN a pozos productores de los campos petroleros.

La clasificacin del gas en Mxico de acuerdo a las especificaciones comerciales entre los organismos de PEMEX es:

Gas Dulce Seco

GENERALIDADES

SEPARACIN Y RECTIFICACIN DE GAS

COMPRESIN DE GAS


DESHIDRATACIN DE GAS

ENFRIAMIENTO DE GAS (CONTROL DEL PUNTO DE ROCIO)

GENERALIDADES

GENERALIDADES

El primer proceso despus de la separacin de gas del aceite es la rectificacin de gas, el cual tiene la finalidad de separar el arrastre de lquidos y pequeas partculas de aceite que van en el gas y que no se pudieron separar en los equipos de separacin convencional.

Los rectificadores pueden separar partculas de lquido mayores de 10 micras, las partculas menores de 10 micras normalmente se van arrastradas en el gas pero son separadas en los filtros coalescedores que se instalan antes de los equipos de compresin.

Los equipos de compresin se utilizan para proporcionar la energa y presin que requiere el gas para poder ser desplazado a largas distancias de un lugar a otro. El gas producido de las bateras de separacin se succiona a baja presin (< 10 kg/cm2) o presin intermedia (10 a 30 kg/cm2), para incrementar su presin a alta presin con la finalidad de que pueda enviarse y llegar a los Complejos Petroqumicos de Gas para su procesamiento a una presin de 70 kg/cm2.

En las Bateras de separacin tambin se instalan compresores recuperadores de vapor que succionan los vapores separados en las etapas de estabilizacin del aceite (menor de 1 kg/cm2) para incorporarlos en baja presin a la succin de los equipos de compresin.

GENERALIDADES

Los mtodos de endulzamiento del gas consisten en la remocin del HS hasta 4.5 ppm mximo y CO2 hasta 2 % mol , esta condicin es alcanzado con el uso de los diferentes procesos de endulzamiento, tal como:

Adsorcin (tamices moleculares).

Proceso por lotes (esponja de hierro, sulfatreat y sosa caustica).

Soluciones acuosas de aminas ( MEA, DEA, DGA, DIPA, MDEA).

Solventes Fsicos (Sulfinol, Selexol, Rectisol etc.)

La seleccin de estos procesos es tomado en cuenta las siguientes consideraciones:

Volumen del gas a tratar.

Porcentaje de HS/CO presente en el gas.

Existencia de instalaciones para su regeneracin.

La necesidad de remover HS es eliminar sus caractersticas corrosivas en presencia de agua libre.

GENERALIDADES

Los procesos de deshidratacin consisten en la eliminacin del agua hasta alcanzar las especificaciones para el gas dulce seco en las lneas de distribucin, debe de ser: 7 Ib de HO/mmpcs (147ppm) , las razones para la deshidratacin son: formacin de hidratos, mezcla corrosiva (agua y gas acido), condensacin en la tubera causando flujo bache, erosin y corrosin.

El gas puede deshidratarse en las lneas de transporte por medio de algunos procesos como:

Lquidos desecantes (glicoles).

Desecantes slidos (almina, slice gel, tamices moleculares).

Cloruro de calcio.

Sistemas de enfriamiento.

GENERALIDADES

la recuperacin de lquidos del gas natural es un proceso comn en la industria del petrleo y el gas, esas y mas aplicaciones tiene una gran importancia tcnica y econmica. Las razones mas importantes para el uso de procesos para la recuperacin de lquidos mediante la aplicacin de sistemas de enfriamiento son:

Obtener lquidos que no son generados durante la condensacin en el

transporte de gas.

Obtener gas con las especificaciones de los puntos de venta.

Maximizar la recuperacin de lquidos (condesados).

Dentro de los procesos bsicos de la recuperacin de lquidos tenemos:

Refrigeracin mecnica

Vlvulas y turbinas de expansin (efecto Joule Thomson)

GENERALIDADES

GENERALIDADES

LPG

GENERALIDADES

Convencionalmente en PEP en donde se han aplicado procesos para el acondicionamiento de gas se han utilizado AMINAS para endulzarlo, GLICOLES para deshidratarlo y SISTEMAS DE REFRIGERACIN (CHILLER) para enfriarlo.

La seleccin de estos sistemas se ha justificado tcnica y econmicamente por la selectividad y eficiencia de los productos qumicos para remover el H2S y el CO2 y por los bajos costos y con respecto a los procesos de recuperacin de lquidos, se han utilizado plantas de punto roci porque son ms econmicas que turbinas de expansin y no tienen problemas por la formacin de hidratos, as mismo no es necesario un proceso criognico ya que lo que se requiere recuperar es propano y mas pesados y no etano.

Se minimizan las cadas de presin.Se evita el represionamiento de gasoductos.Se evita la corrosin de los ductos y el desgaste de las tuberas. Se maximiza la capacidad de transporte de los gasoductos.Se evitan las corridas de diablos. Se maximiza la recuperacin de condensados.Se obtienen beneficios econmicos por la comercializacin de condensados.Se incrementa la produccin de aceite al integrar los condensados al petrleo crudo.Se obtienen gas dentro de especificaciones del contenido de H2S, CO2 y H2O.Se minimizan condiciones inseguras de operacin y daos al medio ambiente.
GENERALIDADES

GENERALIDADES
OPERACINTECNOLOGAS Endulzamiento de gas natural (eliminacin de H2S y CO2)Carbonato de potasio: benfienld, catacarbProceso girbotol: Aplicacin aminas (MEA, DEA, TEG Y DIPA)Empaques ferrosos: sulfa treat, esponja de fierro proceso lo-catProceso base causticaProceso base formaldehdoLodo oxido de zincDeshidratacin de gas naturalDeshidratacin con glicol (optimizacin)Deshidratacin con DGAMallas molecularesDesecantes slidosSeparacin de altos contenidos de CO2 del gas naturalGirbotol: TEAMembranasFluorSelexolSulfinolPurisolDestilacin extractiva.Enfriamiento del gas naturalCompresin y enfriamiento de gasEnfriamiento (refrigeracin) y expansin.
PROCESOS PARA EL TRATAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO DE GAS NATURAL

*

PROCESOS PARA EL ENDULZAMIENTO DE GAS

Las razones para la eliminacin del H2S estn justificadas por sus propiedades txicas y corrosiva y por los efectos negativos sobre catalizadores en plantas petroqumicas.

Adems es un contaminante del aire, pudindose transformar por oxidacin en la atmsfera a SO2 (dixido de azufre) y por contacto con la humedad en cido sulfhdrico, ambos corrosivos y causantes de acidificacin en el ambiente.

El CO2 es un gas no considerado como txico pero puede causar asfixia en ambientes con elevadas concentraciones.

Desde el punto de vista de manejo y utilizacin del gas, el CO2 tiene efectos negativos al disminuir el poder calorfico del gas y causa problemas de corrosin en instalaciones cuando hay presencia de agua.


PORQU ENDULZAR EL GAS?

Entre los problemas que se pueden tener por la presencia de H2S y CO2 en un gas se pueden mencionar:
Toxicidad del H2S.Corrosin por presencia de H2S y CO2.En la combustin se puede formar SO2 que es tambin altamente txico y corrosivo. Disminucin del poder calorfico del gas. Promocin de la formacin de hidratos. Cuando el gas se va a someter a procesos criognicos es necesario eliminar el CO2 porque de lo contrario se solidifica.Los compuestos sulfurados (mercaptanos (RSR), sulfuros de carbonilo (SCO) y disulfuro de carbono (CS2) tienen olores bastante desagradables y tienden a concentrarse en los lquidos que se obtienen en las plantas de gas; estos compuestos se deben eliminar antes de que los compuestos se puedan usar.
PROBLEMAS POR LA PRESENCIA DE H2S Y CO2 EN EL GAS


EFECTOS TXICOS DEL H2S
Concentracin en el AireEfectoPorcentaje (%)PPM0.000020,2Olor perceptible y desagradable.0,00110Lmite mximo permisible para 8 horas de exposicin. 0,01100Dolores de cabeza, mareos, nauseas, vmitos, irritacin de ojos .y garganta. Se puede producir parlisis oIfatoria despus de 3 a 15 minutos de exposicin. 0,015150Paraliza el sentido de olfato en poco tiempo. 0,025250Exposiciones prolongadas puede producir edema pulmonar.0,05500Prdida de equilibrio y conocimiento. La parlisis respiratoria se puede producir despus de 30 a 45 minutos de exposicin. 0,07700Colapso rpido. La parlisis .respiratoria se producir en pocos minutos. 0, 101000Parlisis respiratoria. 0,505000Muerte.

Principios

Absorcin Mediante Solventes Quimicos

Absorcin Mediante Solventes Fsicos

Absorcin Mediante Solventes Fsico - Qumicos

Adsorcin : Lecho Seco y Conversin Qumica

Permeacin

PRINCIPIOS DE OPERACIN EN PROCESOS DE ENDULZAMIENTO DEL GAS NATURAL

PROCESOS Y TECNOLOGAS PARA EL ENDULZAMIENTO DE GAS

Consiste en la absorcin de gases cidos a travs de una reaccin qumica.

Dentro de los solventes qumicos ms utilizados se encuentran las alcanolaminas (MEA, DEA, TEA, MDEA, DGA, DIPA) y soluciones de sales alcalinas como el carbonato de potasio, estos solventes se regeneran mediante la aplicacin de calor.

La absorcin con aminas es uno de los ms extendidos procesos en la industria (en su mayora la MDEA o formulados disolventes basados en esta son los ms empleados). Una caracterstica importante de este proceso a tomar en cuenta, es que el gas endulzado sale del proceso saturado con agua.

ABSORCIN MEDIANTE SOLVENTES QUMICOS

Consiste en la absorcin fsica de los gases CO2 y H2S mediante solventes orgnicos que se regeneran mediante calor y expansin, tales como Selexol, Rectisol, Plurisol, Fluor Solvent, etc.

Estos procesos se caracterizan por su capacidad de absorber, de manera preferencial, diferentes componentes cidos de la corriente de hidrocarburos.

Tambin llevan asociado calor de solucin, el cual es considerablemente ms bajo que el calor de reaccin en los procesos con solventes qumicos. La carga de gas cido en el solvente es proporcional a la presin parcial del componente cido del gas que se desea tratar.

ABSORCIN MEDIANTE SOLVENTES FSICOS

Absorcin Mediante Solventes Fsico - Qumicos

Los procesos de absorcin hbridos presentan un intento por aprovechar las ventajas de los procesos qumicos, alta capacidad de absorcin y por tanto de reducir los niveles de los contaminantes, especialmente H2S, a valores bajos, y de los procesos fsicos en lo relativo a bajos niveles de energa en los procesos de regeneracin.

La regeneracin se logra por separacin en mltiples etapas y fraccionamiento. Dependiendo de la composicin del solvente, puede remover CO2, H2S, COS, CS2 y mercaptanos. La selectividad hacia el H2S se logra ajustando la composicin del solvente y/o el tiempo de contacto.

El proceso hbrido fsico-qumico ms usado es el Sulfinol que usa un solvente fsico, sulfolano (dixido de tetrahidrotiofeno), un solvente qumico (DIPA MDEA) y agua.

ABSORCIN MEDIANTE SOLVENTES FSICO - QUMICOS

Consiste en la adsorcin de H2S y CO2 al hacer pasar el gas amargo a travs de una malla molecular (tamiz molecular). La malla tiene afinidad por los gases cidos y en general por las molculas polares presentes en el gas entre las que tambin se encuentra el agua, por lo que cuando hay presencia de agua puede endulzar y deshidratar simultneamente.

En los procesos como el Hierro Esponja y el Sulfatreat, el gas pasa a travs de un lecho de madera triturada que ha sido impregnada con oxido frrico a fin con el H2S; en ste proceso se tienen reacciones qumicas y adsorcin fsica y al final del ciclo se debe de cambiar o regenerar el medio de solucin.

ADSORCIN: LECHO SECO Y CONVERSIN QUMICA

Consiste en la separacin de los gases cidos mediante el permeo selectivo a nivel molecular a travs de membranas, aprovechando la ventaja de las diferencias de afinidad/difusividad, ya que el H2O, H2S y CO2 son altos difusores (esto indica que pueden pasar a travs de una membrana con mayor facilidad que los hidrocarburos, con la misma fuerza motriz) y las presiones parciales de los contaminantes como fuerza motriz de la transferencia de masa

Es el proceso ms simple y ms compacto, pero cuando las concentraciones de H2S son altas a la entrada por si solo no puede bajar el H2S a valores menores de 4 ppm.

PERMEACIN

Tipo de impurezas a ser removidas del gas Concentracin de gases cidos y agua a la entrada Grado de remocin de H2S, CO2 y H2O a la salida Flujo de gas, temperatura , presin de entrada y presin parcial de
componentes cidos
Volumen, presin y temperatura requerida del gas endulzado Disposicin final del gas cido y agua obtenida Presencia de hidrocarburos lquidos recuperables en la corriente de
entrada
Complejidad del proceso Facilidad operativa y requerimientos de mantenimiento Disposicin del gas cido y/o de residuos generados (consideraciones
ambientales)
Requerimientos de Inversin y costos de operacin y mantenimiento
CRITERIOS PARA LA PRESELECCIN DE PROCESOS

Funcionamiento del proceso en trminos de la especificacin del gas
tratado y la composicin del gas cido (si es conveniente un proceso Claus).
Prdidas de hidrocarburos ligeros o pesados (o componentes valiosos).Experiencia e ingenio del diseador en adaptacin del proceso.Experiencia y mtodo de tratamiento de impurezas que puedan estar
presentes, tales como COS, NH3, aromticos, etc.
Experiencia respecto a la corrosin, espuma u otros problemas operativos.Costo de carga inicial del solvente.Condiciones de operacin en los puntos de entrega y de recepcin.Requerimientos de energa y gas de arrastre.Costo por regalas del proceso.
OTROS FACTORES A CONSIDERAR PARA LA PRESELECCIN DE PROCESOS

CONCENTRACIN DE GAS CIDO

Presin Parcial del Gas cido

PRESIN PARCIAL DEL GAS CIDO

Uno de los procesos ms importantes en el endulzamiento de gas natural es la eliminacin de gases cidos por absorcin qumica con soluciones acuosas con alcanolaminas.

De los solventes disponibles para remover H2S y CO2 de una corriente de gas natural, las alcanolaminas son generalmente las ms aceptadas y mayormente usadas que los otros solventes existentes en el mercado.

ENDULZAMIENTO DEL GAS NATURAL

PROCESOS DE AMINA


Este proceso consiste en la absorcin selectiva de los contaminantes, mediante una solucin acuosa, a base de una formulacin de amina, la cual circula en un circuito cerrado donde es regenerada para su continua utilizacin, este proceso consta de dos secciones.

Seccin de absorcin de gases cidos: Es la parte del proceso donde se lleva a cabo la retencin del H2S (cido sulfhdrico) y el CO2 (bixido de carbono) de una corriente de gas natural amargo utilizando una solucin acuosa de aminas (o sus formulados) a baja temperatura y alta presin.

Seccin de regeneracin de la solucin absorbente: Es el complemento del proceso donde se lleva a cabo la desorcin de los compuestos cidos, diluidos en la solucin mediante la adicin de calor a baja presin, reutilizando la solucin en el mismo proceso.

PROCESOS DE AMINA

El gas amargo es alimentado por el fondo de la torre Absorbedora a una presin de 84 Kg/cm2 y 35C, para ponerse en contacto a contracorriente con la solucin de Dietanolamina regenerada (DEA pobre), misma que es alimentada por el primer plato de la torre. Antes de entrar a la torre Absorbedora la DEA pobre pasa por un enfriador tipo soloaire donde se abate la temperatura hasta unos 40C aproximadamente.

La seccin de absorcin cuenta con los siguientes equipos:

- Torre Absorbedora de gases cidos

- Separador de gas combustible

A esta seccin se le alimenta dos corrientes, una de gas amargo proveniente de los mdulos de compresin y otra de solucin acuosa de Dietanolamina.

Absorcin de Gases cidos


DESCRIPCIN DEL PROCESO

*

El gas dulce abandona la torre por el domo dirigindose al separador del gas combustible, el cual cuenta con una malla separadora para asegurar la recuperacin de la DEA que el gas haya podido arrastrar.

El gas dulce despus de pasar por la vlvula de control que regula la presin a esta seccin es enviado a la red de gas combustible.

La DEA recuperara sale del separador de gas combustible y se une a la corriente de DEA proveniente del fondo de la torre Absorbedora (DEA RICA), que se enva de nivel a la seccin de regeneracin de la Dietanolamina.

Cont. Absorcin de Gases cidos.

La torre Absorbedora de gas amargo, cuenta con 20 platos en los cuales la solucin de DEA POBRE se pone en contacto ntimo con el gas, absorbindole casi la totalidad de los gases cidos presentes en la corriente de gas amargo alimentada a la planta endulzadora.



Regeneracin de Dietanolamina

Esta seccin cuenta con los siguientes equipos:
Torre Regeneradora de DEA Intercambiador DEA RICA/DEA POBRE Rehervidor de la Torre Regeneradora Enfriador de DEA y Gas Acido Tanque de Balance de DEA Tanque de Desosrcin de Hidrocarburos Acumulador de Reflujo de la Torre Regeneradora Bombas de Reflujo de la Torre Regeneradora Filtros de DEA pobre y DEA rica Bombas de DEA pobre


Cont. Regeneracin de Amina

La solucin de DEA RICA proveniente del fondo de la torre absorbedora y el separador de gas combustible se alimenta al tanque de desorcin (o de flasheo) con el fin de eliminar los hidrocarburos lquidos y parte de los gases cidos retenidos por la DEA que por efecto de presin se encuentren disueltos en esta solucin.

La amina rica acumulada en el tanque de desorcin, se enva por diferencia de presiones al Intercambiador de calor DEA RICA / DEA POBRE, donde se calienta por medio de contracorriente de DEA pobre procedente del Rehervidor de la torre regeneradora.

Una vez precalentada, la Amina pasa al filtro de DEA RICA tipo cartucho, con la finalidad de eliminar los slidos y partculas de sulfuro presentes en la solucin de DEA, formados por el ensuciamiento de la Amina con el gas. Una vez filtrada la solucin contina hacia la torre regeneradora.

La DEA rica procedente del filtro es alimentada al plato No. 3 de la torre regeneradora la cual consta de 20 platos de los cuales los 18 de la parte inferior son para efectuar la regeneracin de la solucin absorbente y en los dos restantes, fluye agua a contracorriente con los gases cidos con el fin de llevar a cabo el lavado de stos y evitar prdidas de DEA por arrastre.




El gas cido saturado con agua sale del domo de la torre regeneradora fluyendo hacia el enfriador tipo soloaire donde se disminuye la temperatura hasta unos 49c aproximadamente condensndose de esta manera los vapores de agua.

Una corriente de inhibidor de corrosin es suministrada a la lnea de alimentacin del enfriador, con la finalidad de minimizar la corrosin en este equipo.

La mezcla de cidos-agua condensada, entran al acumulador de reflujo de la torre regeneradora donde se lleva a cabo la separacin de esta mezcla, los gases cidos son e enviados al quemador a control de presin al quemador y el agua acumulada en este recipiente, se retorna al plato superior de la torre regeneradora en forma de reflujo siendo utilizado para determinar y eliminar el calor de la parte superior de la columna, para que se condensen los compuestos ms pesados.




La solucin de dietanolamina regenerada que sale por el fondo de la torre, entra al rehervidor que acta como un plato ms de la misma torre; la solucin es enviada al rehervidor con la finalidad de elevarle la temperatura producindose de esta manera los vapores necesarios para el agotamiento de los cidos, los cuales salen por la parte superior del rehervidor retornndose a la torre regeneradora donde a contracorriente son la solucin de Amina Rica descendente la despojan de los gases cidos.

El tanque de balance acta como tanque de carga para las bombas de inyeccin de dietanolamina. En este tanque se tiene una alimentacin de gas combustible para mantener una presin interna constante y proporcionar una carga neta positiva a las bombas.

La DEA pobre, es succionado del tanque de balance por las bombas de Amina tipo reciprocante de tres pistones, con el fin de mandar la solucin al domo de la torre absorbedora, la presin de descarga de las bombas es de 84.1 Kg/cm2. , en la descarga de las bombas se cuenta con un cartucho que sirve para inyectar agente antiespumante, que controle la formacin de espuma en la torre absorbedora.



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Ventajas:
Mnima degradacin trmica. Facilidad para recuperarse de soluciones
contaminadas.
Mayor capacidad de absorcin de gases cidos
por unidad de peso o de volumen.
Es posible la separacin selectiva del H2S y CO2
remover el H2S o bien el CO2.
Las presiones de vapor son bajas, con lo que se
tienen menores prdidas por vaporizacin de la

solucin.
Cuando se utiliza la DEA (dietalonamina), la
reduccin del H2S, en el gas como en el lquido

dulce, puede alcanzar hasta una concentracin

de 50 PPM, y el CO2 hasta 1000 PPM, sin

embargo, para el tratamiento de gas natural y

operando a presiones superiores a 220 psig se

obtiene el gas dulce con 4 ppm de H2S.

Desventajas:
Requiere de equipos muy grandes, adems de
continua supervisin y mantenimiento por su

complejidad.
Requiere de equipos auxiliares. Los procesos de aminas son los ms
sensibles a los cambios de capacidad, ya que

los costos del proceso se incrementan al

manejarse menor flujo de gas natural.

ENDUTAJASLZAMIENTO DEL GAS NATURAL

VENTAJAS Y DESVENTAJAS (PROCESO DE AMINAS)

PROCESOS FSICOS PARA EL ENDULZAMIENTO DE GAS

Descripcin del proceso:
El proceso fue desarrollado por Allied Chemical Corporation. Originalmente fue utilizado para remover CO2 de las plantas de amoniaco. Posteriormente se utiliz para remover H2S y CO2 del gas natural. El solvente utilizado es qumicamente estable, no txico y biodegradable. Puede utilizarse en operacin hasta 175C. El proceso es similar al de aminas. El gas dulce sale por el domo de la columna y se enva a la torre de absorcin de CO2, esta seccin opera similar a la seccin de remocin de H2S.El solvente rico sale por el fondo de la torre y se enva al flash para separar el gas, comprimirlo y recircularlo al absorbedor. El liquido del flash se precalienta y se enva a la columna de agotamiento a baja presin que utiliza vapor para regenerar el solvente. El solvente pobre del fondo de la regeneradora se recircula a la torre de absorcin, enfriando previamente esta corriente.
Descripcin del proceso (contina):
El solvente pobre del fondo de la regeneradora se recircula a la torre de absorcin, enfriando previamente esta corriente. El gas cido de domo de la regeneradora se enva a recuperacin de azufre.
PROCESO FSICO SELEXOL

CONDICIONES DE OPERACIN DEL PROCESO SELEXOL

Este proceso representan un intento por aprovechar las ventajas de los procesos qumicos, alta capacidad de absorcin para reducir los niveles de los contaminantes, especialmente H2S, a valores bajos, y de los procesos fsicos en lo relativo a bajos niveles de energa en los procesos de regeneracin, el solvente fsico reduce los requerimientos de calor a niveles menores que los requeridos en procesos con aminas. El proceso hbrido ms usado es el Sulfinol que usa un solvente fsico, sulfolano (dixido de tetrahidrotiofeno), un solvente qumico (amina DIPA MDEA) y agua.

El gas dulce sale por la parte superior de la columna; el solvente rico abandona la torre por el fondo de la misma, el gas dulce obtenido debe cumplir con especificaciones de venta, o se enva a deshidratacin en caso de que el contenido de agua sea alto.

La mezcla de solventes rica se enva a regeneracin a una columna de agotamiento a baja presin, precalentando la carga con la corriente de solvente pobre, el solvente pobre del fondo de la regeneradora se recircula a la torre de absorcin, enfriando previamente esta corriente.

PROCESO HBRIDO ABSORCIN FSICO QUMICA: SULFINOL

Condiciones de Operacin del Procesos Sulfinol

CONDICIONES DE OPERACIN DEL PROCESO SULFINOL

El mecanismo principal de transporte de masa a travs de una membrana permeable es la solubilidad, los gases se absorben y difunden a travs de los materiales slidos.

La separacin de gases es posible debido a las diferentes velocidades de transporte de cada gas a travs del polmero, es decir, que al pasar una corriente de gas natural por una membrana, el H2S, el CO2, y el H20 se solubilizarn y difundirn a velocidades tan altas a travs de las membranas en comparacin con los hidrocarburos, que la mayor parte de estos contaminantes se obtendrn por separado de los hidrocarburos.


PROCESO DE MEMBRANA

Ventajas
Mxima flexibilidad de Operacin. Proceso pasivo y Simple. Alta eficiencia Operativa (tpicamente mayor al 98%) Mnima o ninguna atencin de Operacin y Mantenimiento. Muy compacto y ligero (ideal para uso en plataformas) Mltiples aplicaciones a temperatura ambiente. Paros de Planta Mnimos y en el largo plazo. Mnima demanda de servicios de Mantenimiento. Bajos costos de Inversin y de Operacin.
Desventajas
Requiere alimentacin libre de slidos o lquidos. Existe altas cadas de presin, por lo que puede requerirse compresin.
PROCESO DE MEMBRANA

El proceso consiste en la separacin de los gases cidos mediante el permeo selectivo a nivel molecular a travs de membranas, aprovechando la ventaja de las diferencias de afinidad/difusividad, ya que el H2S, CO2 y H2O son altamente difusores (esto indica que pueden pasar a travs de una membrana con mayor facilidad que los hidrocarburos, con la misma fuerza motriz) y las presiones parciales de los contaminantes como fuerza motriz de la transferencia de masa. A concentraciones altas la membrana por si sola no puede bajar la concentracin de H2S hasta 4 ppm, por lo que ste sistema considera adicionalmente la instalacin de mallas moleculares.

El sistema con malla molecular, consiste en la adsorcin de H2S y CO2 haciendo pasar el gas amargo a travs de esta. Esta malla molecular tiene afinidad por los gases cidos y en general por las molculas polares presentes en el gas entre las que tambin se encuentra el agua, por lo que cuando hay presencia de agua puede endulzar y deshidratar simultneamente (al igual que las membranas).

PROCESO HBRIDO PERMEACIN:

MEMBRANAS Y MALLAS MOLECULARES

PROCESOS PARA LA DESHIDRATACIN DE GAS

Proceso que permite remover el agua presente en el gas para evitar problemas de corrosin, capacidad de transporte del gas y formacin de hidratos.

DESHIDRATACIN DEL GAS NATURAL

DESHIDRATACIN

1. FORMACINDE HIDRATOS QUE OCASIONAN TAPONAMIENTO DE LNEAS, VLVULAS E INSTRUMENTOS DE CONTROL.

2. ACUMULACIN DE AGUA LQUIDA EN TUBERAS CON LA CONSIGUIENTE REDUCCIN DEL DIMETRO EFECTIVO.

3. CORROSIN INTERNA DE EQUIPO Y LNEAS DE PROCESO.

4. REDUCCIN DEL PODER CALORFICO DEL GAS.

PROBLEMTICA

UNA DE LAS DIFICULTADES MS FRECUENTEMENTE ENCONTRADAS EN EL PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL ES LA CONDENSACIN DEL VAPOR DE AGUA CONTENIDO EN EL GAS. EL AGUA CONDENSADA PUEDE DAR LUGAR A:

Sustancia cristalina, parece hielo, conformada por molculas de Hc atrapadas en estructura de molculas H2O.Para su existencia, hace falta hidrocarburos livianos, agua, alta presin y baja temperatura.A alta presin, pueden coexistir en equilibrio a temperaturas superiores al hielo (18-20 oC)
HIDRATOS


Para evitar la formacin de hidratos existen varios mtodos que pueden aplicarse:
Mantener la temperatura del gas por encima del punto de hidratos a una condicin dada de presin.Remover agua del gas hasta niveles tales garanticen que el agua contena en el gas no condense.Aadir o inyectar productos qumicos al gas para que al combinarse con el agua evite la formacin del hidrato.
Los productos comnmente utilizados son el Etilenglicol, para procesos continuos y Metanol utilizado para caso de emergencia.

Estos dos compuestos, de acuerdo a la Agencia de Proteccin Ambiental (EPA) de USA, tendrn un uso restringido en los prximos aos, debido a sus caractersticas txicas y contaminantes (CLEAN AIR ACT, 1990).

HIDRATOS

El agua puede condensarse en la tubera causando flujo slug (Baches) y una posible erosin y corrosin

EFECTOS DEL AGUA

En el secado de gases, se define como la temperatura de saturacin de un gas a una presin dada. Tambin podemos describirlo como la temperatura a la cual se presenta la condensacin del agua o de hidrocarburos, bajo condiciones de presin constante.


PUNTO DE ROCO

Calidad del gas a clientes:
Los requerimientos de contenido mximo de agua en el gas destinado a su uso industrial, comercial y domstico se ubican en un rango comprendido entre 5 y 7 lbs. de agua/MMPCN.

B.Plantas de extraccin de lquidos del gas.

Como se indic anteriormente, en las plantas de extraccin de lquidos se pudiese someter al gas a temperaturas de hasta -200F, por lo cual es necesario reducir el contenido de agua del gas hasta niveles menores de 10 ppmv de agua, a fin de evitar el congelamiento y el consiguiente taponamiento de lneas, intercambiadores de calor, torre y otros equipos.

C.Condensacin en lnea de transmisin

Cuando se transmite gas natural y ocurre condensacin parcial de agua, sta con el CO2 y/o H2S pueden causar problemas serios de corrosin en las paredes del tubo y tambin puede acumularse en las partes bajas de los gasoductos, ocasionando restricciones al flujo de gas. Normalmente el contenido de agua aceptado en Venezuela es de 7 lbs/MMPCN.

NIVELES MXIMOS PERMISIBLES DEL CONTENIDO DE AGUA

PRINCIPIOS DE OPERACIN EN PROCESOS DE DESHIDRATACIN DEL GAS NATURAL

SELECCIN DE TECNOLOGAS DE DESHIDRATACIN DE GAS


CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL PROCESO

Alta capacidad de adsorcin en equilibrio. Esto reduce el volumen requerido de adsorbente, permitiendo recipientes ms pequeos con gastos de capital reducido y reduccin de calor requerido para la regeneracin. Alta selectividad. Esto reduce la remocin indeseable de componentes valiosos y reduce costos de operacin global. Fcil regeneracin. Una baja temperatura de regeneracin minimiza los requerimientos de energa y costos de operacin. Baja cada de presin. Buenas propiedades mecnicas (tales como alta aglomeracin, bajo desgaste, baja formacin de polvos, y alta estabilidad anti envejecimiento). Estos factores disminuyen el mantenimiento reduciendo la frecuencia de cambio del adsorbente, y minimizan las prdidas de produccin por tiempos muertos. No costoso, no corrosivo, no txico, inerte qumicamente, densidad alta y sin cambios significantes de volumen durante la adsorcin y desorcin del agua.
Propiedades Deseables de los Desecantes

Factores p/ Seleccin de los Desecantes
Temperatura de operacin. Punto de roco deseado del gas Composicin del gas.
CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL DESECANTE

Un gran nmero de lquidos poseen la habilidad de absorber el agua del gas. Sin embargo hay pocos que cumplen con los criterios para un proceso comercial: son altamente higroscopicos. No solidifican en una solucin concentrada, no son corrosivos, no forman precipitados con constituyentes del gas, son fcilmente regenerados a altas concentraciones, pueden ser separados fcilmente, son esencialmente no solubles en hidrocarburos lquidos y son relativamente estables en la presencia de componentes sulfurosos y dixido de carbono, por debajo de las condiciones normales de operacin.

Diversos tipos de glicoles llegan a cumplir estos criterios: dietilenglicol (DEG), Trietlenglicol (TEG) Tetraetilenglicol (TREG), sin embargo, casi el 100% de los deshidratadores de glicol utilizan TEG.

A continuacin se presenta un esquema tipo simplificado de un sistema de deshidratacin a base de TEG.


DESHIDRATACIN CON GLICOLES

Deshidratacin de Gas por Absorcin (Glicol-TEG)

Este proceso consiste en la absorcin del agua, por medio de glicol (TEG el ms usado). El proceso consta de los siguientes equipos: separador a la entrada de la torre, torre de absorcin, intercambiadores de calor, torre de regeneracin de glicol, rehervidor, bomba de glicol, filtros, tanque acumulador. Consta de dos secciones.

Seccin de absorcin: El gas hmedo entra por la parte inferior de la torre de absorcin, mientras el glicol regenerado entra por el domo de la columna. El glicol absorbe el agua y fluye hacia el fondo de la torre en contracorriente con el gas. El glicol rico se remueve del fondo de la torre, pasa por un serpentin de calentamiento, flashea la mayor parte del gas soluble en el separador, y fluye al intercambiador de calor y posteriormente al regenerador de glicol.

Seccin de regeneracin de glicol: El agua es removida del glicol a presin cercana a la atmsferica por aplicacin de calor. El glicol pobre regenerado pasa al intercambiador de calor y precalentar el glicol rico. El glicol pobre se recircula a la torre de absorcin mediante bombeo. El glicol se regenera con una pureza de 98.5 a 98.9 %.


LC

LC

PC

LC

GAS SECO

GLICOL POBRE

GLICOL RICO

TANQUE FLASH

ACUMULADOR

REBOILER

VAPOR DE AGUA

GAS

HUMEDO


Los tamices moleculares se obtienen sintticamente de compuestos de zeolita. Las zeolitas son cristales formados por unidades tetradricas que contienen tomos de silicio o aluminio rodeados por cuatro tomos de oxgeno que se unen compartiendo vrtices. La mayor ventaja de estos materiales es que poseen una estructura tridimensional. Tienen poros bien definidos de dimensiones moleculares con alta superficie interna, extraordinaria estabilidad trmica y elevada capacidad de intercambio inico.

DESHIDRATACIN CON TAMICES MOLECULARES

Esta ltima caracterstica aparece como resultado de sustituir algunos de los tomos de silicio de su estructura cristalina, por tomos de aluminio, lo que origina una carga negativa en la estructura que hay que compensar con cationes y protones.

Ideales cuando es necesario adsorber humedad con gran rapidez, los tamices moleculares poseen caractersticas de adsorcin nicas:

Absorben las molculas basndose en el principio de la diferencia de polaridad debida a la atraccin electroesttica.

Poseen una estructura porosa uniforme que permite la separacin de las molculas por tamao.



Las mallas moleculares tienen la capacidad ms alta de remocin de agua, y producir puntos de roco ms bajos; pueden ser usados simultneamente en endulzamiento y secado de gases y lquidos. Son generalmente ms costosas. Consiste en la adsorcin de agua, H2S y CO2 haciendo pasar el gas amargo a travs del lecho slido.


Descripcin del Proceso

El proceso consiste bsicamente en pasar gas atraes de un lecho el cual esta compuesto principalmente por alumino siliaticos. Al circular el gas, el vapor de agua es atrapado en las cavidades del material que conforma el lecho. A medida de que el tiempo transcurre el lecho el lecho va saturndose con agua hasta que finalmente pierde su capacidad de retencin de agua. El tiempo transcurrido desde el inicio del proceso hasta que se satura el lecho se conoce como Ciclo de Absorcin el cumplirse el ciclo de absorcin y mediante un sistema automatizado de control, el gas se desva hacia otra torre absorbedora cuyo lecho ha sido previamente regenerado, y el cual se encuentra en condiciones de iniciar un nuevo ciclo de absorcin.


ADSORCIN CON TAMICES MOLECULARES


ADSORCIN CON TAMICES MOLECULARES

Normalmente un sistema de adsorcin con lecho puede estar integrado por un mnimo de dos torres adsorbedoras, de manera que cuando una est ya adsorbiendo agua, la otra est en proceso de regeneracin.

La regeneracin del lecho se realiza circulando gas seco y caliente (400-600 F) a travs de l en sentido contrario al flujo de gas, cuando el lecho se encuentra el ciclo de adsorcin. El gas de regeneracin se calienta en un horno antes de entrar a la torre adsorbedora, al salir del lecho el mismo es enfriado para condensar el agua que desadsorbi el lecho y luego se separa para ser enviado bien sea al sistema de gas combustible de la planta o directamente a unirse con el gas de alimentacin de la planta.

En la mayora de los casos las mallas moleculares pueden ser usadas, aunque combinaciones de un material de alta capacidad de absorcin como la alumina H-151 y mallas moleculares tambin son satisfactorios, ya que cualquier tipo de desencante coadsorbe hidrocarburos.

Las aluminas son absorbentes de mxima capacidad de absorcin y se encuentran en diferentes variedades, siendo la mas comn, la alumina gel H-151 de alcoa, principalmente para el secado de gases a alta presin, lquidos y refrigerantes; su facilidad de manejo y la carencia de toxicidad lo hacen adecuado para aplicaciones de secado esttica.

La capacidad esttica de absorcin de la gel alumina H-151 a 60% de humedad relativa es de 22 a 25 % del peso en seco de la alumina. La resistencia a la abrasin y a la compresin es buena, se quiebra poco cuando se sumerge en agua.

Por practica de diseo de un lecho combinado de alumina y de mallas moleculares usa una capacidad de diseo de 2 a 4 lb H2O/100 Ib de desecante. Mientras que para un lecho de nicamente mallas, se pueden utilizar capacidades entre 8 y 11 Ib H2O/100 lb de desecante.


UTILIZANDO ALUMINA

Antes de procesarse el gas que carga a los deshidratadores, se pasa a travs de un tanque Knock-out con extractor para separar los lquidos (principalmente agua) que pudiesen venir arrastrados en el, esta practica evita el deterioro prematuro del adsorbente.

El gas entra en los deshidratadores por la parte superior de la columnas. Los lechos de deshidratacin de esta planta (operan ocho horas de absorcin y luego se regeneran) estn constituidos por dos secciones, la parte superior contiene alumina H-150 de alta capacidad de absorcin y la inferior mallas moleculares que dan el punto de roco requerido de -150F.

El secado se lleva a cabo en 2 deshidratadores operando en paralelo, mientras que los otros son regeneradores con gas residual seco. Se requiere adems equipo adicional para la operacin de regeneracin de los lechos de adsorbente


UTILIZANDO ALUMINA


PROPIEDADES DE AGENTES DESHIDRATANTES

APLICACIONES DE LAS MALLAS MOLECULARES
AplicacinTipoGradoComentariosDeshidratacin del Gas Natural3A3A / 3A EPGDehidratacin a menos de 0.1 ppmv mientras se minimiza el metanol y/o co-adsorcin de propano. Reduce los requerimientos de regeneracin de calor y mejora el rendimiento con menos hidrocarburo.Deshidratacin del Gas Natural4A4 A / 4 A DGDeshidratacin a menos de 0.1 ppmv antes de la licuefaccin o extraccin de lquidos del gas natural.Desulfurizacin de gas Natural / NGL / LPG.5 A5 ARemocin de H2S, COS, y mercaptanos ligeros para especificaciones de transporte. Endulzamiento y Deshidratacin de Gas13XSecado comercial de gas, purificacin de aire (remocin de H2O y CO2), remocin simultnea de H2O, H2S, y mercaptanos del gas natural.


NIVEL REQUERIDO PARA LA REMOCIN DE AGUA

ste es el factor ms determinante para seleccionar el proceso de deshidratacin, ya que establece la capacidad de agua requerida del proceso. Como se indic anteriormente el nivel de remocin de agua es funcin directa del destino o uso posterior del gas.

Aplicaciones de procesos en funcin del uso del gas

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Glicol
ProcesoVentajasDesventajasGlicol (absorcin)Costo instalado ms bajo. 50 % menos que los desecantes para cap. 10 mmpcd y 33 % menos para 50 mmpcd.Cada de presin ms baja 5 a 10 psi vs 10 a 50 psi. Es un proceso continuo.Las unidades de glicol requieren menos calor de regeneracin por libra de agua removida, esto reduce costos de servicios auxiliares.Las unidades de glicol operan en presencia de materiales que pueden ensuciar los desecantes slidos.Las unidades de glicol pueden deshidratar el gas hasta 0.5 lb H2O/mmpcs gas. Algunas veces se ha logrado 0.25 lb H2O/mmpcs con gas de arrastre y una columna Stahl. Las unidades de glicol son de fcil operacin y mantenimiento. Son automatizadas fcilmente para operaciones en localizaciones remotas. Para un punto de roco menor a -25 F se requiere gas de arrastre y una columna Stahl.Es susceptible a contaminarse por presencia de materia suspendida (tierra, escamas, y xido frrico). El glicol es corrosivo cuando se contamina o descompone.El sobrecalentamiento de la solucin puede producir productos de descomposicin de bajo y alto punto de ebullicin. La presencia de agua, hidrocarburos lquidos, o aceites lubricantes puede requerir la instalacin de un separador eficiente antes del absorbedor. La formacin de espuma en la solucin puede generar un arrastre de lquido. Esto se soluciona adicionando una pequea cantidad de antiespumante.La presencia de oxgeno y cido sulfhdrico puede originar un problema de corrosin debido a la formacin de material cido en la solucin de glicol. Emisiones de metano, VOCs como BTEX a la atmsfera y otro contaminantes peligrosos del aire (HPAs) por regeneracin del glicol.

Desecantes Slidos (adsorcin)

ProcesoVentajasDesventajasDesecantes Slidos (Adsorcin)Se puede alcanzar puntos de rocos tan bajos como -150 F (1 ppmv de H2O). Eficiencia alta de remocin.Se ven menos afectados por pequeas variaciones en la presin, temperatura o el flujo del gas. Son menos susceptibles a la corrosin o a formar espuma.Se pueden tolerar temperaturas de contacto ms altas con algunos adsorbentes. Rpida puesta en operacin de la planta. Fcil instalacin y mantenimiento. Variedad de adsorbentes disponibles en el mercado.El proceso de puede automatizar completamente. Baja emisin de metano, BTEX y otros contaminantes peligrosos del aire (HAPs). Costo de capital y cadas de presin ms altos.Envenenamiento del desecante por hidrocarburos pesados, H2S, CO2, etc.Rompimiento de las partculas de desecante.Requerimientos altos de espacio y peso.Altos requerimientos de calor de regeneracin y alto costo de servicio auxiliar. Los slidos en la alimentacin pueden causar problemas. El adsorbente debe reemplazarse cada 3 aos aprox. Existe riesgo de fuego en lecho por abatimiento de VOCs.


Separacin a Baja Temperatura y Membranas
ProcesoVentajasDesventajasSeparacin a baja temperatura.El consumo de energa es mnimo. Costos de operacin bajos.La corrosin es mnima, en especial cuando no se usan inhibidores de hidratos. Este proceso no es atractivo cuando no se dispone de alta presin.El uso de inhibidores de hidratos y refrigeracin externa incrementa los costos de capital y de operacin. MembranasNo requiere calentamiento. De fcil operacin. De bajo peso y menor requerimiento de espacio.De fcil instalacin. No tiene partes mviles. Flexibilidad. Modular.Cero emisiones de metano y BTEX al aire con diseos especficos. Capacidad para controlar el grado de remocin de agua. Se puede alcanzar 7 lb H2O/mmpcs. Requiere alimentacin libre de impurezas. Alta cada de presin. Puede requerir compresin del gas.Para esta aplicacin la tecnologa no es madura. No hay evidencia de su aplicacin a nivel mundial.La membrana se degrada con los hidrocarburos pesados y aromticos.

PROCESOS PARA EL ENFRIAMIENTO DE GAS

En un sistema multi-componente, el enfriamiento gradual de la mezcla ocasiona la formacin de condensados cuando se alcanza la temperatura de roco, sin embargo no todos los componentes de la mezcla condensan simultneamente, por lo que la composicin del liquido formado inicialmente contiene una mayor proporcin de los compuestos de mayor peso molecular.

Se considera una mezcla de hidrocarburos en estado gaseoso proveniente de los mdulos de compresin de una batera, como consecuencia del trabajo mecnico de compresin la temperatura del gas comprimido corresponde a la de un gas sobrecalentado.

En estas condiciones el gas esta exento de lquidos. Sin embargo, si este gas se introduce a un ducto para su transporte, en su trayectoria disminuir gradualmente la presin y la temperatura alcanzndose la temperatura de roci, ocasionando con esto la formacin de condensados dentro del ducto.

Lo anterior no es conveniente ya que el flujo a dos fases representa problemas de operacin en el gasoducto, por la formacin de tapones en las partes bajas de su trayectoria.

Para evitar lo anterior es conveniente extraer los condensados que pudieran formarse se en la trayectoria del ducto, esto puede lograrse mediante el enfriamiento del gas para alcanzar un punto de roco que sea difcil de alcanzar en la trayectoria: retirando desde el origen los condensados formados.

GENERALIDADES

GENERALIDADES

La recuperacin de lquidos a partir del gas natural (NGL) es algo comn en el procesado de gas, y puede llegar a tener una gran importancia econmica, sin embargo, este aspecto puede pasar a segundo plano cuando la NGL se convierte en algo necesario cuando se tiene que cumplir con especificaciones de calidad en los puntos de venta del gas.Un sistema de refrigeracin disminuye la temperatura del fluido que es enfriado por debajo de lo que es posible obtener mediante agua o aire a condiciones ambientales. La temperatura producida depende de la meta a cumplir.
GENERALIDADES

Administrar la energa de yacimientos de alta presin y temperatura.Evitar al mximo la condensacin de lquidos durante el transporte de gas en ductos.Alcanzar especificaciones del gas en los puntos de venta.Maximizar la recuperacin de lquidos para su comercializacin (aceite y/o condensaciones).Disminuir costos de operacin y mantenimiento por concepto de corridas de diablos instrumentados y de limpieza en ductos de transporte.
RAZONES PRNCIPALES PARA LA RECUPERACIN DE LQUIDOS

Vlvula de Expansin (Efecto Joule-Thompson)Refrigeracin externa o mecnica ( ciclos de expansin compresin de vapor)Turbinas de expansin o expansin criognica.
PROCESOS PARA LA RECUPERACIN DE LQUIDOS

En la Expansin Joule Thompson el gas pasa primero por un intercambiador de calor para recibir un pre-enfriamiento, y posteriormente a travs de una vlvula de expansin o estrangulador. Esta expansin es un proceso isoentlpico dnde la cada de presin genera una disminucin de temperatura, la cual provoca una separacin de los lquidos condensables.

Generalmente en este tipo de procesos, el gas debe comprimirse para alcanzar la presin requerida para su transporte.

Esquema de procesos de enfriamiento de gas natural mediante expansin con vlvula

(efecto de Joule Thompson).

EXPANSIN JOULE - THOMPSON

La refrigeracin es el proceso mas directo para la recuperacin de lquidos, en la cual la refrigeracin externa o mecnica es proporcionada por un ciclo de expansin compresin de vapor, que generalmente utiliza al propano como agente refrigerante.

Esquemas de procesos de enfriamiento de gas natural mediante refrigeracin mecnica o externa

(ciclo de refrigeracin de propano)
El liquido refrigerante saturado se expande en la vlvulaDebido a la expansin se vaporiza parcialmente y entra en el Chiller a una temperatura menor a la de la corriente de gasSale de Chiller totalmente vaporizadoEste vapor se comprime y se enva a un condensador donde se transforma en liquido al 100% y posteriormente se almacena en un acumulador para repetir el ciclo.
REFRIGERACIN EXTERNA O MECNICA

Este equipo recibe dos corrientes, la del gas caliente del proceso (corriente 1) y la corriente fra proveniente del separador trifsico (corriente 4). Ambas corrientes intercambian calor, logrando que la corriente de gas del proceso se enfre a cierta temperatura (corriente 2) y siga su trayecto al intercambiar de calor con el equipo Chiller y que la corriente de gas fra proveniente del trifsico se caliente ligeramente y siga su camino a travs del proceso (corriente 5). Este equipo tiene la funcin principal de optimizar al mnimo la carga trmica total requerida por el ciclo de enfriamiento.

ENFRIAMIENTO DEL GAS NATURAL

INTERCAMBIADOR DE CALOR GAS - GAS

Este equipo recibe dos corrientes, la del gas del proceso proveniente del intercambiador de calor Gas-Gas (corriente 2) y la del gas del refrigerante (corriente 6). Ambas corrientes intercambian calor, logrando que el gas del proceso se enfri a la temperatura requerida (corriente 3) y con esto lograr condensar los componentes ms pesados que lleva el gas incluyendo el agua. El gas del refrigerante sigue su ciclo de refrigeracin (corriente 11). Este equipo tiene la funcin principal de enfriar el gas del proceso a la temperatura requerida por el sistema.


INTERCAMBIADOR DE CALOR GAS GAS/LQUIDO (CHILLER)

La funcin principal de este equipo es lograr separar las fases de la corriente del proceso previamente enfriada (corriente 3). Este equipo tiene 3 corrientes de salida, por la parte superior sale la corriente gaseosa fra (corriente 4), la cual es enviada al intercambiador de calor Gas-Gas. Por la parte inferior salen las corrientes de los condensados la cual es enviada a proceso (corriente 13), y la corriente del agua (corriente 14) la cual es enviada a tratamiento.


SEPARADOR TRIFSICO

Este equipo recibe una corriente de gas del refrigerante que proviene del Chiller (corriente 11) el cual almacena en su interior. A su vez, por la parte superior tiene una corriente de salida de gas que abastece la carga mnima requerida de refrigerante al compresor (corriente 8).


TANQUE DE CARGA DE REFRIGERANTE (SEPARADOR BIFSICO)

Este equipo tiene la funcin principal de aumentar la presin del gas del refrigerante. Recibe la corriente del tanque de almacenamiento (corriente 8) y de el sale una corriente que va al condensador del refrigerante (corriente 7).


COMPRESOR

Este equipo tiene la funcin principal de cambiar de fase al refrigerante, de pasar de gas a lquido. Recibe la corriente gaseosa proveniente del compresor (corriente 7) y de el sale una corriente lquida que va haca la vlvula de expansin (corriente 12).


INTERCAMBIADOR DE CALOR GAS LQUIDO (CONDENSADOR)

Este equipo tiene la funcin de expandir el gas del refrigerante (cada de presin), y a travs de este proceso poder enfriar el gas e introducirlo al Chiller. Recibe la corriente lquida proveniente del condensador (corriente 12) y de este equipo sale una corriente gas-lquido fra que va hacia el Chiller (corriente 6).


VLVULA DE EXPANSIN

En este proceso, el gas se hace pasar a travs de una turbina de expansin. Es esta misma expansin del gas la que genera potencia a travs de una flecha, reduciendo de esta manera la entalpia del gas. Esta disminucin de entalpia provoca una mayor cada de presin que en las vlvulas de expansin, con lo que se alcanzan menores temperaturas, por lo tanto, una mayor recuperacin de lquidos.

Este proceso se ha vuelto muy popular debido a su relativo bajo costo y simplicidad. La temperatura final que se alcanza en la salida depende de la cada de presin, de la cantidad de lquidos recuperados y de la potencia alcanzada en la flecha. Esta potencia se puede utilizar para impulsar un comprensor y/o cogenerar energa elctrica.

Esquema de proceso de enfriamiento de gas natural mediante turbinas de expansin.

TURBINAS DE EXPANSIN O EXPANSIN CRIOGNICA

COMPONENTES DEL GAS NATURAL

CLASE COMPONENTE FORMULA

Hidrocarburos Metano CH4

Etano C2H6

Propano C3H8

i-Butano iC4H10

n.Butano nC4H10

i-Pentano iC4H10

n-Pentano nC4H10

Ciclopentano C5H10

Hexanos y

pesados

Gases inertes Nitrgeno N2

Helio He

Argn Ar

Hidrgeno H2

Oxgeno O2

Gases cidos Acido sulfrdrico H2S

Dixido de

carbono

CO2

Compuestos de

azufre

Mercaptanos R-SH

Sulfuros R-S-R

Disulfuros R-S-S-R

Otros Vapor de agua

Agua dulce o

salada

100%

100%

10%

10%

1%

1%

1000 ppm

1000 ppm

100 ppm

100 ppm

1 ppm 10 ppm

100 ppm

1000 ppm

1%

10%

Concentracin de Gas cido en Producto

Concentracin de Gas cido en Alimentacin

Gua para seleccin de procesos de endulzamiento de gas

Procesos batch, Tamices moleculares

Aminas,

Tamices moleculares,

Procesos batch

Membranas

Solventes fsicos, Solventes mixtos, Aminas

Membranas seguidas por Aminas

Membranas,

Solventes fsicos

Solventes fsicos,

Carbonato de potasio

Solventes fsicos,

Solventes mixtos,

Aminas

Aminas, Solventes mixtos, Solventes

fsicos, Carbonato de potasio

Aminas, Solventes mixtos

7. manejo y acondicionamiento de gas (1a parte).ppt

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