procesos del gas natural parte 3

www.inegas.edu.bo

MÓDULO 5 PROCESOS DEL GAS III

Docente: Msc Ing. Christian Viladegut

Correo: cviladegut06@yahoo.es

Fecha: Abril / 2015

1

T

•

Dos fases Gas

Punto critico

Liquido

P

90 %

80 %

Zona

retrograda

Liquido

Vapor

P

t

100 %

a

b

c

d

e

f

Crico

nd

en

term

ico

Cricondenbarico

Gas Natural – Curva de Fases

Punto Critico:

• Lugar donde convergen las curvas de burbuja y rocío

• Las propiedades intensivas de las fases son idénticas: ρ, μ, h, s

• Cambio de fases sin calor latente

Gas Natural – Curva de Fases

Cricondentérmico:

• Máxima temperatura a la cual pueden coexistir dos fases

Cricondenbárico

• Máxima Presión a la cual pueden coexistir dos fases

Condensación Retrograda

Gas Natural – Curva de Fases

• Es la formación de hidrocarburos líquidos cuando la presión disminuye por debajo del punto de rocío.

• Es retrograda porque una parte del gas se condensa en un liquido en condiciones isotérmicas, en lugar de expandirse o evaporarse cuando baja la presión. (Ver recta a-b-c-d-e-f)

T

P

•

•

Gas

condensado

•

Gas Seco

•

Petróleo

liviano Petróleo

pesado

Gas Natural – Curva de Fases

• El Gas Natural Bruto que viene de los campos de producción es muy rico y contiene Hidrocarburos Condensables y Compuestos Contaminantes que lo hacen inadecuado para el transporte y utilización final.

• La presencia de hidrocarburos líquidos y agua ocasionan serios problemas a las instalaciones de transporte (Tubería, Compresores, Medidores, etc)

Gas Natural

•

T

P

P B

P R

C

Pentrada

Tentrada

Psalida

Tsalida

•

• • •

• •

•

•

Gas procesado

En el transporte se puede producir una condensación retrograda si el gas es muy rico (X Y)

Gas Natural

X X

Y

Y

• El Gas Natural Bruto debe ser ACONDICIONADO y TRATADO para:

- Cumplir con las especificaciones de venta.

- Requisitos de Seguridad y Medio Ambiente

- Requisitos de Transporte (Tuberias,

Compresores)

Gas Natural

ACONDICIONAMIENTO

Extraer Hidrocarburos Condensables del Gas

• Expansión Joule-Thompson (LTS)

• Refrigeración Mecánica

• Absorción Refrigerada

• Refrigeración por Turbo Expansión

Gas Natural

Tiene por objetivo separar los componentes mas pesados

del gas (componentes condensables) en una corriente

liquida, volviendo al gas mas liviano.

La corriente liquida es conocida como LGN (Liquido del Gas

Natural) de la cual se puede fraccionar: GLP, Gasolinas,

Diesel y otros. Estas corriente liquidas poseen mayor valor

energético.

Al acondicionar el gas se sale de la “zona retrograda” a las

condiciones de transporte.

Gas Natural - Acondicionamiento

El gas, denominado gas procesado, gas seco o gas residual

esta compuesto básicamente de C1 y C2. Tiene menor valor

energético.

El principio básico del acondicionamiento es promover la

condensación de los Hidrocarburos mas pesados (condensables)

por REDUCCION de la temperatura.

Si la finalidad es solo acondicionar el gas para transporte las

unidades se conocen como “Unidades de Ajuste de Dew Point”

El “parámetro de control” se conoce como “ Punto de Rocío “ o

“Dew Point”

Gas Natural - Acondicionamiento

La “Temperatura de Rocío” se define como:

La temperatura a la cual se forma la primera gota de liquido a una presión dada en un proceso de condensación.

La especificación de venta en Bolivia establece que:

A una presión de 640 psig la temperatura de Rocío del gas NO debe ser mayor a 32 F

Gas Natural - Acondicionamiento

A través del proceso de enfriamiento, se pueden

recuperar sub-productos de mayor valor agregado como

ser GLP, gasolinas, etano, etc.

Para ello existen varias Tecnologías de Proceso.

La selección de la mejor Tecnología de Proceso depende

básicamente de tres factores:

- Composición del Gas

- Presión Disponible

- Recuperación deseada

Gas Natural - Acondicionamiento

N2 CO2 C1 C2 C3 C4 C5 C6

C7+

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N2 CO2 C1 C2

C3 C4 C5 C6

C7+

Gas Acondicionado

LGN

Gas Natural - Acondicionamiento

Separación típica en un proceso de acondicionamiento donde los hidrocarburos mas pesados son separados del gas

N2 CO2 C1 C2 C3 C4 C5 C6

C7+

N2 CO2 C1 C2

C5 C6

C7+

Gas Acondicionado

GLP

Gas Natural - Acondicionamiento

C3 C4

Condensado

Con un mayor enfriamiento se puede además separar GLP

N2 CO2 C1 C2 C3 C4 C5 C6

C7+

N2 CO2 C1

C5 C6

C7+

Gas Acondicionado

GLP

Gas Natural - Acondicionamiento

C3 C4

Condensado

C2 Etano

Con un mayor enfriamiento se puede además separar GLP y etano

Las Tecnologías de Proceso enfocadas solo al ajuste del

punto de rocío son:

• Expansión Joule-Thompson

• Refrigeración Mecánica

• Absorción Refrigerada

• Refrigeración por Turbo Expansión

Las Tecnologías de Proceso que además pueden generar

sub-productos son:

Gas Natural - Acondicionamiento

Sistema de procesamiento Componentes removidos

Recobro aproximado

Separación de líquidos

•Enfriamiento con agua

•Enfriamiento con propano

Condensado, C5+

30-70%

C5+,C4,C3 30

Propano 70

Absorción

•Aceite pobre, Tambiente

•Aceite pobre @ 0 oF

•Aceite pobre @ -45 oF

Propano 85

Etano 15

Etano 60

Turbo expansión Etano 50-90

GNL Metano 100

Gas Natural - Acondicionamiento

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Gas Natural - Acondicionamiento

El enfriamiento a través de un ciclo de Refrigeración mecánica es prácticamente a presión constante a diferencia de la expansión con una válvula J-T y un Expander donde el enfriamiento se da por una disminución de la presión

Hidrocarburos Líquidos

Gas Natural - Acondicionamiento

- Liquido a alta presión y baja temperatura: 800 psia, -131 o F

- Plantas de etileno … el mas importante y versátil petroquímico

• Etano

- Liquido a > 200 psia, -44 oF

- Plantas de propileno, y GLP

• Propano

- Liquido a temperatura < 11 oF

- Uso principal para alquilato, componente clave en la producción de GLP y gasolinas

• i-Butano

Productos Claves

Gas Natural - Acondicionamiento

- Liquido a presión moderada (52 psia)

- Proveen volatilidad en gasolinas. Gas combustible (solo o mezclado con propano). Plantas de butadieno (cuero sintético) y olefinas

• n-Butano

- Mezcla de pentanos y mas pesados

- Presión de vapor a 100 oF: 10-34 psia. Porcentaje evaporado: 25-85% a 140 of

- Principal utilización como mezcla para el pool de gasolinas

• Gasolina Natural

Productos Claves

Gas Natural - Acondicionamiento

• El objetivo principal es el ajustar el Punto de Rocío del gas para efectos de transporte.

•Es el proceso mas sencillo y de menor inversión inicial.

• Es un proceso ineficiente.

•Se aplica cuando el gas esta a alta presión.

• El enfriamiento se realiza a través de la expansión del gas por una válvula de regulación de presión (Choke - valvula JT Valve).

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)

Gas Natural - Acondicionamiento

• La disminución de la temperatura depende principalmente de la caída de presión del gas (cerca de 0,3 °C/bar [0,04 °F/psi])

•La expansión es isoentalpica y se conoce como “Efecto Joule Thompson”

• En este proceso se promueve la condensación de los componentes a partir del Butano (C4).

• Baja recuperación de propano (25%) por lo que no se maximiza la producción de GLP

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)

Gas Natural - Acondicionamiento

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)

Gas Natural - Acondicionamiento

• Proceso Isoentalpico • Es un proceso irreversible que no genera trabajo

Gas Natural - Acondicionamiento

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)

Gas Natural - Acondicionamiento

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)

• El gas crudo proveniente de los campos contiene hidrocarburo líquido y agua libre. Estos son separados al ingreso de la unidad de acondicionamiento en un separador trifasico (Separación Primaria)

• Si el gas no tuviera la presión necesaria entonces antes de ingresar a la etapa de enfriamiento este debe ser comprimido.

• El gas rico es pre-enfriado en un intercambiador de calor también conocido como “Recuperador de Calor” ya que intercambia calor con la corriente fría de gas ya acondicionado. (Intercambiador Gas/Gas)

• El gas sufre una expansión adiabática (H = 0 ) en la válvula J-T y como consecuencia es enfriado provocando la condensación de los componentes más pesados de la corriente.

• La mezcla bifásica formada es separada en un separador llamado LTS (Low Temperature Separator).

• El gas ya acondicionado que sale por la parte superior del separador LTS se calienta en el recuperador de calor (Gas/Gas)

• Si el gas de venta no tiene la presión suficiente para ingresar al gasoducto este debe ser comprimido.

• Los hidrocarburos condensados (gasolinas) son estabilizados (control del contenido de butanos a través de la Tension de Vapor Reid) en una columna denominada “Estabilizadora”

Gas Natural - Acondicionamiento

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)

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Gas Natural - Acondicionamiento

Expansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)