teg reg rate

7/23/2019 TEG Reg Rate

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TECNOLOGA

Programa Computarizado calcula el caudal de circulacinde glicol trietileno (TEG por sus siglas en Ingls! " lacantidad de #ande$as

P. Gandhidasan, A. A. Al-Farayedhi, Ali A. Al-Mubarak Universidad de Petrleo y Mineral del Rey FahdDhahran

Un programa computarizado ha sido desarrollado que permite que los ingenieros ydiseadores de procesos calculen el caudal de glicol trietileno magro (TEG) necesario parasecar el gas natural en los deshidratadores de glicol que utilizan una columna de bandejas.

El programa (TEG.TR!) determina el monto total de "apor de agua a ser remo"ido del gasnatural para lograr el contenido de agua requerido en el gas de salida y el caudal decirculaci#n de TEG magro requerido para este prop#sito.

Tambi$n calcula la cantidad de bandejas requeridas para el deshidratador de glicol junto conel di%metro de la columna.

qu& se presentan los c%lculos en cuales se basa el programa junto con un ejemplo.

%eemplaza los c&lculos 'ec'os a mano

'os procedimientos de diseo in"olucran c%lculos para la racci#n molecular de agua enambas corrientes el coe*ciente de acti"idad para el agua en soluciones de TEG+agua laconstante de equilibrio para el agua en el sistema TEG+agua la cantidad m%,ima de aguaabsorbida la e*ciencia de absorci#n el actor de absorci#n y el caudal de circulaci#n de TEGmagro requerido en litros - ilogramo de agua absorbido.

Estos procedimientos tambi$n in"olucran c%lculos para la cantidad de bandejas requerida yel di%metro del deshidratador o el absorbedor./ara ejecutar estos c%lculos es necesario reerirse a "arios cuadros y tablas y se hacenc%lculos a mano tedios.

01 de 2unio de 1333 4 5il 6 Gas 2ournal


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TECNOLOGA

'a "entaja de TR!.TEG es que reemplazar% el uso de tablas cuadros y c%lculos a mano yes m%s r%pido. qu& se comparan los resultados del programa computarizado con los datosdisponibles en la literatura para demostrar que el programa predice con precisi#n el caudalde circulaci#n de TEG magro y el di%metro de la columna de bandejas.

'a concentraci#n de TEG magro el caudal "olum$trico de 7ujo del gas natural la presi#n ytemperatura del gas natural la e*ciencia de las bandejas y el contenido requerido de aguaen el gas de salida in7uyen la cantidad de bandejas requeridas y el caudal de circulaci#n deTEG.

ig) * +NI,A, ,E ,E-.I,%ATACI/N ,E TEG

8emister E,tractor de neblina9ubble cap :asquete de burbujeo8o;ncomer ,,,,,,,,

bsorber bsorbedormedo?crubber 8epuradora de gas8ehydrated Gas Gas deshidratado'ean TEG TEG magroRich TEG TEG rico@ycrocarbon "apor Aapor de hidrocarburos:ooling ;ater gua de enriamiento

ig) * (cont) +NI,A, ,E ,E-.I,%ATACI/N ,E TEG

:ooler EnriadorBlash tan Tanque de destilaci#n por e,pansi#ninstant%neaBilter Biltro


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TECNOLOGA

(L) /ara LHJ...(3) /ara 3FJ...(1M) /ara 3LJ...(11) :antidad "erdadera de bandejas(10) :onstante de equilibrio para el agua en un sistema de TEG+agua

(1) /eso molecular de TEG magro(1F) :audal de 7ujo en masa de TEG que ingresa a la bandeja superior g TEG-hora(1) :audal de circulaci#n de TEG =.-hora(1H) :antidad de agua absorbida g @05N-hora(1I) :audal de circulaci#n de TEG por g de agua absorbida =.-g de agua absorbida(1L) Aelocidad super*cial del gas con LMJ de inundaci#n m-segundo(13) :audal "olum$trico de 7ujo del gas metros c>bicos - segundos(0M) ?ecci#n trans"ersal de la torre de bandejas metros cuadrados(01) 8i%metro de la torre de bandejas cm

OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

Nomenclatura N Bactor de absorci#nto;er N Prea de la torre de bandejas metros cuadrados:TEG= N :audal de circulaci#n del TEG =.-hora

:TEG N :audal de circulaci#n del TEG =.-hora de agua absorbidadto;er N 8i%metro de la torre de bandejas cmB'RTE N :audal de 7ujo del gas DDscmdQ N :onstante de equilibrio para el agua en un sistema de TEG+aguam N :audal de 7ujo en masa de TEG magro que ingresa a la bandeja superior g

TEG-horaD=TEG N Dasa molecular de TEG magroDTEG N Dasa molecular de TEGD; N Dasa molecular de agua

Nomenclatura (cont)

N :antidad de bandejas teor$ticasact N :antidad de bandejas "erdaderas/ N /resi#n del gas D/a/s N /resi#n est%ndar /a

T N Temperatura del gas S:.Ts N Temperatura est%ndar S:.A N :audal de 7ujo "olum$trico del gas metros c>bicos - segundoAB N Aelocidad super*cial de gas m-segundo


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TECNOLOGA El gas que ingresa a la bandeja inerior es de 1 mole - tiempo de unidad. Esto permite

que se haga el calculo con el actor de absorci#n de la cantidad de moles de TEGmagro que ingresa en la bandeja superior por tiempo de unidad.

'a densidad del TEG y el gas son 110 y MMF1H g-l. respecti"amente. 'os rangos de la presi#n de operaci#n y la temperatura del gas natural son 0.1M D/a y

0M+FMS: respecti"amente.

'a /resi#n (/s) y la temperatura (Ts) est%ndar son 1MM /a (absoluto) y 1S:respecti"amente. 'a cantidad correspondiente de moles en un mill#n de metrosc>bicos est%ndar - d&a (DDscmd) del gas es 1.I3 mol-hora.

El rango del TEG magro "aria de 3I a 33.LJ. 'a masa molecular del agua y del TEG es 1L y 1M respecti"amente. 'a "elocidad de inundaci#n es LMJ para calcular la "elocidad super*cial del gas.

E2E3PLO

8atos de ingreso:oncentraci#n de TEG magro (g1) N 3L.I J de peso:audal de 7ujo del gas (B'RTE) N 1 DDscmd/resi#n del gas / N I D/aTemperatura del gas T N FMS::ontenido de agua del gas de salida b. N 1M31.1FLF:5TE=85 8E GU 8E' G? 8E ?'=8 g-1MEH std m-c>b.N 11I.MMMMMM

:5TE=85 8E GU 8E' TEG EVU=' G? g-1MEH st m-c>b. N M.I3HLFEB=:=E:= 8E 9?5R:= J N 3.HM31:5EB=:=ETE 8E :T=A=88 N .FIMMB:T5R 8E 9?5R:= N 1.MF113EB=:=E:= 8E '? 98E2? J N 0.MMMMMM:T=88 AER88ER 8E 98E2? N F.MMMMMM:5?TTE 8E EVU='=9R=5 /R @0M E TEG N .MMMHL:U8' 8E B'U25 E D? 8E TEG Qg TEG-hora N 0FF.LHF1H:U8' 8E :=R:U':= 8E TEG litros - hora N 01L0.M00HLF:T=88 AER88ER 8E GU 9?5R9=8 g @05- hora N FM.LH0I



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TECNOLOGA:U8' 8E :=R:U':= 8E TEG litros - g @05 absorbida N .IL8E?=88 8E' G? g - litro N .MF1HMM8E?=88 8E 'WVU=85? g - litro N 1.10MMMMAE'5:=88 ?U/ERB=:=' 8E' G? :5 LMJ 8E =U8:= m-s N .00FM0B'U25 A5'UDXTR=:5 8E' G? metros c>bicos - segundo N .1HLMI1?E::= TR?AER?' 8E ' T5RRE metros cuadrados N MIM0H

8=PDETR5 8E ' T5RRE cm N 3I.IH

El secado de gas natural

El gas natural contiene muchas impurezas de cuales la menos deseable es el "apor deagua.1 Todos los gases naturales contienen "apor de agua a cierta medida. El gas naturaldebe ser secado antes de la combusti#n o la transmisi#n por distancias largas degasoductos por las siguientes razonesK

'os hidratos de gas tapan el equipo y los gasoductos El "apor de agua disminuye la temperatura de combusti#n y por lo tanto reduce la

e*ciencia de combusti#n. El gas natural que contiene agua es corrosi"o particularmente cuando e,iste :50y

@0?. 'as condiciones de 7ujo de tarugos causadas por la condensaci#n de "apor de agua

en el gas natural. El "apor de agua incrementa el "olumen y disminuye el poder calor&*co del gas

naturalC esto reduce la capacidad del ducto. Un requerimiento para el punto de roc&o del agua para una especi*caci#n de un

contrato de "enta de gas tiene un rango de entre 0.L y 11I g - mill#n de metrosc>bicos est%ndar (DDscm).

-istemas de ,es'idratacin

El contenido de agua del gas natural est% indirectamente indicado por el punto de roc&oK la

temperatura en cual el gas natural es saturado con "apor de agua en una dada presi#n.E,isten dierentes m$todos para deshidratar a los gases pero actualmente solo se utilizandos principales tipos de equipo de deshidrataci#n para el gas natural0K 8eshidratador de desecantes s#lidos 8eshidratador de desecantes l&quidos

:ada m$todo tiene sus propias "entajas y des"entajas para su utilidad en el campo deaplicaciones.

,es'idratador de desecantes slidos

?#lidos como el gel s&lice tamices moleculares zeloita y otros que tienen una a*nidad para

el "apor de agua se llaman desecantes s#lidos.

:uando el gas natural 7uye por un cauce de dichos s#lidos granulares el agua es retenidaen la super*cie del material s#lido. Este proceso se llama adsorci#n.

Dientras un adsorbedor deshidrata el otro adsorbedor est% siendo regenerado por unacorriente caliente de gas de ingreso del calentador a gas de regeneraci#n. E,isten algunosproblemas operati"os con los sistemas de deshidrataci#n de desecantes s#lidos que incluyenlos siguientesK



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TECNOLOGA 'os adsorbentes de espacio degeneran con el uso y e"entualmente deben ser

reemplazados. 'a cantidad de "apor de agua adsorbida por regeneraci#n disminuyecon el uso continuo.

'a p$rdida de capacidad puede ser acelerada por los contaminantes (como el aceitedel cilindro del compresor) que se recolectan y son depositados en los cauces dedesecantes.

Una torre debe ser regenerada enriada y alistada para ser operada mientras otratorre se agota. Esta operaci#n es relati"amente di&cil cuando hay m%s de dos torres. ?e puede descargar las torres y recargarlas con nue"os desecantes antes de la

estaci#n de operaci#n. /ara asegurar la operaci#n continua cuando m%s seanecesario puede ser necesario desechar el desecante antes del *nal de su "idaoperati"a normal.

?urges repentinas en presi#n pueden perturbar el cauce de desecantes y des"iar lacorriente de gas con poca deshidrataci#n.

?i una planta es operada por encima de su capacidad clasi*cada la p$rdida depresi#n se incrementar% y puede ocurrir desgaste.

,es'idratador de desecantes l45uidos

El "apor de agua puede ser remo"ido del gas natural al burbujear el gas en la direcci#nopuesta al sentido del reloj a tra"$s de ciertos l&quidos que tienen una a*nidad por el aguaCesta operaci#n se llama Yabsorci#nZ.

Un sistema de deshidrataci#n de desecantes l&quidos tiene las siguientes "entajas contra unsistema de deshidrataci#n de desecantes s#lidosK

El proceso de deshidrataci#n es continuo en "ez de intermitente o por lotes. Elproceso de reemplazo del desecante es m%s %cil que "aciar y rellenar las torres dedesecantes s#lidos.

El costo de instalaci#n es apro,imadamente la mitad que el de sistemas dedesecantes s#lidos.

'a ca&da en presi#n en el absorbedor es menor que en el adsorbedor. ?e requiere de menos calor para regenerar por cada ilogramo de agua remo"ida. 'os desecantes l&quidos son m%s resistentes a la contaminaci#n.

lgunos l&quidos como el cloruro de calcio cloruro de litio bromito de litio y el glicol puedenabsorber el agua del gas natural. 'os siguientes son los requerimientos generales de losdesecantes l&quidos con una reerencia en particular a la deshidrataci#n del gas natural.

8ebe ser altamente higrosc#pico y no corrosi"o. 'a "iscosidad debe ser baja y la solubilidad debe ser su*cientemente alta a lo largo

de un rango considerable de temperaturas para asegurar que no haya solidi*caci#n. o debe ormar precipitados con constituyentes de gas. 8ebe ser %cilmente regenerado a una alta concentraci#n. o debe ser soluble en hidrocarburos l&quidos. 8ebe ser relati"amente estable en la presencia de compuestos de suluro y carb#n

di#,ido bajo condiciones normales de operaci#n.

Entre estos desecantes el glicol es preerido por lo general y "arios de ellos se apro,iman acumplir con todos los criterios pre"iamente mencionados. El glicol dietileno (8EG) el glicoltrietileno (TEG) y el glicol tetraetileno (TREG) poseen caracter&sticas adecuadas.

El 8EG es m%s barato para comprar pero tienen una mayor p$rdida de e,ceso orece menosdepresi#n en el punto de roc&o y es m%s di&cil regenerarlo a una alta concentraci#n.



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TECNOLOGAEl TREG es m%s "iscoso y m%s caro que los otros glicol. 'a >nica "entaja es que su presi#nde "apor menor reduce las p$rdidas de e,ceso del absorbedor. /uede ser utilizado enaquellos casos relati"amente raros en cuales la deshidrataci#n con glicol es empleada en ungas natural cuya temperatura e,cede apro,imadamente los MS:.

1ande$as con cas5uetes de #ur#u$eo:asi el 1MMJ de los deshidratadores de glicol utilizan el TEGFdebido a los bajos costos deequipo y operaci#n la alta estabilidad termal p$rdidas reducidas por "aporizaci#n y laregeneraci#n e*ciente en temperaturas altas de la reher"idora.

'a cantidad total de agua transerida del gas natural al TEG depende de la calidad delcontacto entre los dos 7uidos (el %rea interacial el coe*ciente de transerencia de masa) yel poder impulsor que mue"e el sistema hacia un estado de equilibrio termodin%mico (5G20H o"iembre 13LF p%g. 1MM).

En el deshidratador de TEG el "apor de agua es remo"ido del gas natural por medio delcontacto &ntimo con el TEG. El gas 7uye en el sentido opuesto que la corriente de glicol. El

contacto generalmente ocurre en torres empacadas o de bandejas.unque las torres empacadas ortuitas han sido utilizadas para el contacto de gas [ l&quidosen un absorbedor de glicol generalmente no es recomendadoporque pueden ocurrirproblemas con la distribuci#n de l&quidos. ?i ocurre la espuma innecesaria la torre se puedeinundar en caudales de gas menores a los normales y puede causar p$rdidas e,cesi"as deglicol.

:on las torres de bandejas se escoge entre "%l"ulas o casquetes de burbujeo. 'as primerasson m%s e*cientes en la capacidad de diseo pero en caudales de 7ujo menores el YllorarZdel glicol puede producir puntos de roc&o de agua no satisactorios.

'os casquetes de burbujeo son seguros en %reas donde se anticipan caudales de 7ujo de gasque 7uct>an ampliamente. unque las bandejas de casquetes de burbujeo son menose*cientes que las de "%l"ulas (0J "s. J) son preeridas porque son adecuadas para losl&quidos "iscosos y las relaciones de 7ujo bajas de l&quidos - gas.

'a Bigura 1 presenta un diagrama de 7ujo para un deshidratador de TEG t&pico con bandejasde casquetes de burbujeo. 'a presi#n y la temperatura del gas de ingreso controlan elcontenido de agua y la cantidad de agua a ser remo"ida.

'as presiones altas y las temperaturas bajas son las condiciones de operaci#n preeridasporque reducen el contenido de agua el tamao del equipo y los costos de abricaci#n.HTome nota que el enriar el TEG incrementa de tendencia de ormar espumaC no serecomienda una temperatura de gas de ingreso de menos de 1S:.

/ara disear una unidad apropiadamente es necesario calcular el caudal de circulaci#n delTEG magro requerido para recoger del gas la cantidad de agua necesaria para cumplir con laespeci*caci#n de contenido de agua en el gas de salida.

El caudal de circulaci#n del glicol debe ser adecuado para la buena distribuci#n del glicol enel gas de ingreso y para mantener la concentraci#n de glicol rica.

unque "arios caudales de circulaci#n son posibles el m&nimo que sea "iable debe serutilizado porque mientras incrementa el caudal de circulaci#n tambi$n aumenta el costo deoperaci#n.



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TECNOLOGAEl tamao requerido de una bomba de circulaci#n de glicol puede ser %cilmentedeterminado utilizando el caudal de circulaci#n de glicol y la m%,ima presi#n de operaci#ndel absorbedor.

E$emplo

En este ejemplo una columna de bandejas de casquete de burbujeo que utiliza el TEG comoel desecante l&quido para producir un gas seco es utilizado para calcular el caudal decirculaci#n del TEG magro necesario para secar 1 DDscmd de gas.

Tambi$n calcula la cantidad de bandejas y el di%metro de la columna requerido para undeshidratador que opera con los datos de ingreso demostrados en el cuadro de ejemplo quelo acompaa.

TEG.TR! calcula el caudal de circulaci#n necesario para secar 1 DDscmd de gas para lascondiciones de operaci#n dadas para lograr el contenido de agua requerido en el gas desalida.

/ara el presente estudio la presi#n y la temperatura del gas de ingreso y la concentraci#n de

TEG magro son *jados. El programa tambi$n calcula el di%metro de la columna y la cantidadde bandejas requeridas.

El ejemplo demuestra los datos ingresados y los resultados computarizados con el caudal de7ujo "olum$trico del gas de M.1HL metros c>bicos por segundo (HM metros c>bicos - hora) yel caudal de 7ujo del TEG de 0.FFLI g - hora. 'a cantidad de bandejas requeridas escuatroC el caudal de circulaci#n de TEG es 0.1L0 l.-hora. El caudal de circulaci#n de TEG porcada ilogramo de agua absorbida es .IH l. y el di%metro de la columna de bandejas es3IIH cm o apro,imadamente un metro.

'os c%lculos hechos a mano est%n disponibles en la literaturapara calcular el caudal decirculaci#n del TEG magro necesario para secar 1 DDscmd de gas para los mismos datos deingreso.

'os c%lculos hechos a mano calculan el caudal de circulaci#n de TEG para cada ilogramo deagua absorbida como l. mientras el programa predice IH l.

dem%s se inormaque el c%lculo hecho a mano rinde un caudal de circulaci#n mayor alc%lculo m%s riguroso. Esta comparaci#n aclara que el programa predice el caudal decirculaci#n de TEG magro con precisi#n. 8e hecho es con*able y m%s r%pido.

El di%metro de la columna de bandejas tambi$n es calculado para ser comparado con lapredicci#n del programa utilizando el cuadro disponible en la literaturaFpara el mismo caudalde 7ujo de gas y su presi#n y rinde FM pulgadas (1 metro) tal como predicho por elprograma.

Los Autores/. Gandhidasan es un proesor asociado de ingenier&a mec%nica en la Uni"ersidad de /etr#leoy Dinerales del Rey Bahd 8hahran. 'leg# a ormar parte del departamento en 1330. Tieneun t&tulo de doctorado (/h8) (13I3) en ingenier&a mec%nica del =nstituto de Tecnolog&a enDadras =ndia. Tambi$n ue locutor sobre la ingenier&a mec%nica en la Uni"ersidad de lasntillas en ?t. ugustine Trinidad de 13IL a 13LF y luego ue locutor principal de 13LF a1330.

Gandhidasan recibi# un premio Bulbright - 'aspau para 13LF+13L y estudi# en laUni"ersidad 6D en :ollege ?tation Te,as como un estudiante de pos+doctorado en



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TECNOLOGAingenier&a mec%nica. ! sir"i# como un catedr%tico "isitante en ingenier&a mec%nica en 'aUni"ersidad T$cnica de Te,as en 'ubboc 133M+1331.

bdulghani . l+Barayedhi es un catedr%tico asistente y presidente del departamento deingenier&a mec%nica en la Uni"ersidad de /etr#leo y Dinerales del Rey Bahd en 8hahranrabia ?audita. 'leg# a ormar parte del departamento como un estudiante asistente en13IH luego de recibir un t&tulo en :iencias (9?) en ingenier&a mec%nica obtu"o un t&tulo deposgrado (D?) en 13I3 y sir"i# como locutor en el departamento. En 13LI recibi# un t&tulode doctorado en las ciencias termales de la Uni"ersidad de :olorado en 9oulder.

li . l+Dubara es un estudiante en su >ltimo ao en ingenier&a mec%nica en la Uni"ersidadde /etr#leo y Dinerales del Rey Bahd.

%econocimientos

'os autores est%n agradecidos por el apoyo *nanciero y las instalaciones pro"istas por laUni"ersidad de /etr#leo y Dineral del Rey Bahd.

%e6erencias

1. Grosso ?. Bo;ler .E. y /earce R.'. Y8ehydration o natural and industrial gasstreams ;ith liquid desiccantsZ in 8rying \LM (13LM) Aol. 1 .?. Dujumdar ed.


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