DIPLOMADO OPERADORES EN PLANTA DE GASMODULO VPROCESO DEL GAS III

TAREA: UN POCO DE TERMODINMICA1. INTRODUCCIONLa mayora del gas natural proveniente de yacimientos se procesa para eliminarle los hidrocarburos lquidos ms pesados. stos, comnmente llamados lquidos del gas natural (LGN, en ingls NGL), incluyen etano, propano, butanos, y gasolina natural (condensado).La recuperacin de los componentes NGL en el gas no slo se realiza como mtodo de control del punto de roco de la corriente de gas natural, sino tambin como una fuente de ingresos, ya que los LGN generalmente tienen un valor ms alto como productos separados que como parte de la corriente de gas natural.Las fracciones LGN ms livianas, como el etano, el propano y los butanos, pueden venderse como combustibles o materias primas de refineras y plantas petroqumicas, mientas que las porciones ms pesadas pueden utilizarse como cortes en el blending de naftas.Existen varios procesos para recuperar LGN pero los ms comunes son los de compresin, absorcin, adsorcin, y refrigeracin criognica (o turboexpansin).El proceso de refrigeracin criognica es el tipo de recuperacin de LGN ms avanzado que se utiliza hoy en da. Combina altos niveles de recuperacin (generalmente permite la recuperacin total de propano y componentes ms pesados y entre el 50 y el 90% del etano) con bajos costos de capital y fcil operacin. Sin embargo, es menos atractivo en el caso de procesamiento de gases muy ricos ya que estos pueden tratarse mediante refrigeracin simple o donde los productos livianos de LGN (C2 y C3) no son comercializables.2. OBJETIVOSEXPANSION ISOENTALPICAEn una planta turbo-expander, el chiller o la vlvula J-T de los procesos de refrigeracin simple se reemplazan por una turbina de expansin. A medida que el gas entrante se expande, le entrega trabajo al eje de la turbina por lo que se reduce la entalpa del gas. Esta disminucin de la entalpa causa una mayor cada de temperatura que la que se obtendra mediante una expansin Joule-Thompson simple (a entalpa constante). La turbina puede estar conectada a un compresor, el cual recomprime el gas con una slo una pequea prdida en la presin global. Esto genera una presin ms elevada del gas tratado, que puede aumentarse hasta la especificacin de transporte en gasoducto mediante una segunda etapa de compresin.A pesar de que existen muchas variantes en el diseo de plantas de turbo expansin, la mayora de las mimas tiene el mismo diagrama bsico que el que se muestra a continuacin.

El gas de entrada se enfra primero en un intercambiador gas/gas de alta temperatura y luego en un enfriador con propano (chiller). La alimentacin de gas parcialmente condensado se enva a un separador. El lquido del separador se alimenta a la desmetanizadora, el gas se enfra an ms en el intercambiador gas/gas de baja temperatura y se alimenta a un segundo separador fro. El gas del separador fro se expande a travs de la turbina hasta la presin de la desmetanizadora, que generalmente vara entre 100 y 400 psia (6,8 y 27,2 atm).El turbo expander produce simultneamente enfriamiento y condensacin del gas, y trabajo til que puede utilizarse para recomprimir el gas de salida. Generalmente entre el 10 y el 15 % del gas alimentado se condensa en el separador fro, a temperaturas entre -15 y 0 C. La turbina disminuye la presin del gas de entrada (generalmente 600 a 900 psia, o sea 40 a 60 atm) hasta la presin de la desmetanizadora. Las temperatura tpica del gas que ingresa a la desmetanizadora es -55 a -65 C, lo suficientemente baja como para que una parte importante del etano se encuentre licuado.La columna desmetanizadora es una columna de destilacin de baja temperatura que realiza la separacin entre metano y etano. El metano y los componentes ms livianos que l, como el nitrgeno, son los principales productos de cabeza de la torre, mientras que el etano y los componentes ms pesados, como el propano, butanos, e hidrocarburos ms pesados, son los principales componentes del fondo de la columna. La relacin molar de metano a etano en el producto de fondo es tpicamente 0,01 a 0,03. Debido a que la salida del turbo expander es un flujo bifsico, el lquido producido en este sirve como reflujo en la columna. El producto de fondo de la desmetanizadora puede ser fraccionado luego para producir corrientes de etano, propano, butanos, y gasolina natural. La temperatura de fondo del producto se encuentre frecuentemente por debajo de la temperatura ambiente, entonces el gas de alimentacin puede utilizarse como medio de transferencia de calor en el reboiler. Esto representa mayor refrigeracin de la alimentacin y origina rendimientos ms altos de recuperacin de etano, generalmente 80%. El producto de cabeza de la desmetanizadora, luego de intercambiar calor con el gas de entrada, se recomprime a la presin de gasoducto y se vende como gas residual.

Los procesos criognicos solo pueden utilizarse de la presin de gas luego de la expansin es suficientemente alta para que transcurra la condensacin de los componentes ms pesados. Sin embargo, si el gas llega a baja presin (digamos menos de 50 atm), debe utilizarse refrigeracin mecnica externa para enfriarlo hasta la temperatura especificada. Por otro lado, si el contenido del LGN del gas es relativamente bajo (menos de 2,5-3 GPM galones por mil pie cbicos), basta con auto-refrigeracin (intercambiador gas/gas). Sin embargo, para alimentaciones moderadamente ricas (>3GPM), debe considerarse la refrigeracin mecnica para obtener alta recuperacin de etano de forma ms econmica.Ntese que en esta aplicacin, se requiere una deshidratacin aguas arriba del gas para prevenir la formacin de hidratos. La tcnica generalmente utilizada es la deshidratacin sobre lecho slido. Algunas veces, se agregan pequeas cantidades de metanol o glicol antes del turbo expander.