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UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA
FACULTAD DE TECNOLOGIA
TECNICO SUPERIOR PETROLEO Y GAS NATURAL
TEMA: Deshidratación del Gas NaturalMATERIA: Ingeniería del GasDOCENTE: Ing. Erzika Illanes Alvarado FECHA: 12/ 06/ 2013UNIV.: Jhonny Sandoval Santeyana
Franz Reinaldo Montero GonzalesDiego Cerezo Pereyra
MONTEAGUDO - BOLIVIA
DESHIDRATACIÓN DEL GAS NATURAL
INTRODUCCIÓN
La deshidratación del gas natural es un proceso mediante el cual se remueve el
agua del Gas Natural. Constituye una de las etapas fundamentales en el
tratamiento del gas.
La deshidratación del gas natural juega una parte importante en la producción de
gas natural. Una deshidratación efectiva previene la formación de hidratos de gas
y la acumulación de agua en los sistemas de transmisión.
En general, la corriente de gas natural posee, impurezas o contaminantes como
nitrógeno, hidrógeno, anhídrido carbónico, y sulfuro de hidrógeno. El hidrógeno y
el nitrógeno son gases inertes que solo van a afectar el poder calorífico del gas y
también, lógicamente, el costo de transporte. Mientras que el anhídrido carbónico
(CO2) y el sulfuro de hidrógeno, forman ácidos o soluciones ácidas en presencia
del agua contenida en el gas. Estas sustancias son muy indeseables y deben
eliminarse del gas natural.
El contaminante al que hay que prestarle suma importancia es el agua, siempre
presente en el gas proveniente del yacimiento, ya que produce corrosión y
formación de hidratos. Los hidratos son inclusiones sólidas que se forman cuando
los hidrocarburos del gas natural están en contacto con el agua líquida bajo ciertas
condiciones de presión y temperatura.
Tipos de métodos o procesos de deshidratación del gas natural.
En general, para remover el vapor de agua presente en el gas natural existen
diversos métodos de deshidratación que, de acuerdo a su principio de operación,
pueden ser clasificados de la forma siguiente:
Absorción con solventes físicos: desecantes líquidos (glicoles).
Deshidratación de Gases con Glicoles (TEG):
La deshidratación de gas es el proceso de remoción de vapor de agua en una
corriente gaseosa para reducir la temperatura a la cual el agua condensará en la
línea. Esta temperatura se denomina punto de rocío del gas.
Además, la deshidratación a punto de rocío por debajo de la temperatura operativa
del gas, previene formación de hidratos y corrosión por agua condensada.
La capacidad de una corriente gaseosa para mantener vapor de agua es reducida
si se comprime o enfría luego el agua puede también ser removida de la corriente
gaseosa comprimiendo o enfriando la misma.
El proceso con glicol se basa en el contacto del gas con un líquido higroscópico tal
como un glicol. Es un proceso de absorción donde el vapor de agua presente en el
gas se disuelve en la corriente de glicol líquido puro.
La performance de una unidad deshidratadora es medida por su habilidad para
reducir el punto de rocío del gas. En un proceso típico el gas húmedo pasa a
través de un (scrubber) removedor de líquidos libres.
Luego, el gas ingresa al contactor e “intercambia” el agua con el glicol que circula
en contracorriente. El agua es absorbida por el glicol y el gas deja el contactor a
través de un removedor de niebla (demister) para reducir el transporte de glicol en
el gas de salida a la línea de venta.
El glicol rico (en agua) es bombeado a través de un filtro y luego a un
intercambiador glicol – glicol que eleva la temperatura del glicol rico antes que
ingrese al regenerador.
El glicol es separado del agua y los contaminantes de bajo punto de ebullición en
la columna del regenerador (reboiler) reteniéndose estos últimos. El reboiler
usualmente es del tipo tubos de fuego y funciona produciendo la temperatura
requerida para alcanzar la eficiencia de remoción de agua buscada. Un
acumulador almacena el glicol reconcentrado que luego pasa al intercambiador
glicol – glicol que reduce la temperatura a un nivel que no dañe las bombas.
Usualmente, antes de las bombas se intercala un filtro para remover
contaminantes que cause excesivo desgaste de la bomba.
Ventajas de deshidratación con glicol
Bajo costo de instalación.
Baja caída de presión (5-10 lpc) en comparación con de descantes sólidos
(10-50 lpc).
La reposición del glicol se realiza fácilmente.
La unidad de glicol requieren menor cantidad de calor de regeneración por
libra de agua removida.
Las unidades de glicol pueden deshidratar el gas natural hasta obtener un
contenido de agua de 0,5 lbs de agua/MMPCS.
Desventajas:
Sin embargo, la deshidratación con glicol tiene las siguientes desventajas:
Los puntos de rocío del agua por debajo de – 25 °F requieren gas de
despojamiento en la columna de regeneración.
El glicol es susceptible a contaminación
Las torres de descantes sólidos consume mucho tiempo.
El glicol es corrosivo cuando está contaminado o descompuesto
Adsorción en lecho sólido: desecantes sólidos (alúmina, silica gel, tamices
moleculares)
Disolventes sólidos:
La deshidratación con desecantes o con lecho sólido constituye una alternativa
cuando se desea remover el contenido de agua a una cantidad mínima ya sea el
caso para ingresar el gas a una planta.
Entre los disolventes solidos tenemos los siguientes:
Alúmina Activa: La estructura del producto es amorfa y no cristalina. La alúmina es una forma
hidratada del óxido de aluminio (Al2O3). Es usado para deshidratación de líquidos
y gases y data pontos de rocío a la salida aproximadamente de -90ºF.
Características Menos calor es requerido para regenerar alúmina y gel de sílice que para
los tamices moleculares
La temperatura de regeneración es más baja.
Los tamices moleculares dan menores puntos de rocío del agua a la salida,
es decir deshidratan más.
La alúmina activada se utiliza para secar gases y líquidos.
No han sido probadas en campo. La alúmina activada es usada raramente
en plantas de gas natural.
Gel de Silice:
Es dióxido de silicio amorfo (SiO2). Se fabrica mediante la adicción de silicato de
sodio acuoso al ácido sulfúrico. Es usado para la deshidratación de gas y líquidos
y el recobro de hidrocarburos (iC5+) del gas natural. Cuando se usa para eliminar
hidrocarburos, las unidades son frecuentemente llamadas HTUs (unidades de
recobro de hidrocarburos) o SCUs (unidades de ciclo corto). Cuando se usa para
deshidratación, el gel de sílice dará punto de rocío de salido de aproximadamente
-60ºF. Ampliamente usado como desecante, el cual puede ser usado para
deshidratación de gas y recobro de líquidos del gas natural.
Características: Más adecuada para deshidratación del gas natural.
El gel de sílice se utiliza principalmente como un desecante es
menos catalítico que la alúmina activada o los tamices moleculares.
Debido a que es amorfo, Absorberá todas las moléculas. Éste tendrá
una capacidad reducida para el agua si se utiliza para secar un gas
saturado.
Debido a su capacidad de adsorción de varios tipos de moléculas, la
gel de sílice es usada a menudo para control del punto de roció de
hidrocarburos, corrientes de gas natural de altas presiones.
El gel de sílice adsorbe la mayoría de las moléculas de C5+ así
como las del agua, alcanzando efectivamente los dos puntos de
rocíos específicos.
Se regenera más fácilmente en comparación con los tamices
moleculares.
Alta capacidad de adsorción, puede adsorber el 45% de su propio
peso en agua.
Menos costoso que el tamiz molecular.
Poca capacidad para el recobro de líquidos.
Tamiz Molecular: Los tamices moleculares son fabricados en dos tipos de cristal, un cubo simple o
un cristal tipo A y un cubo centrado en el cuerpo o cristal tipo X. El tamiz tipo A
esta disponible en sodio, calcio y potasio. Los tipo X están disponible en sodio y
calcio. Los tamices de sodio son los más comunes y se muestran a continuación
en las fórmulas de óxido.
Características Capaz de deshidratar el gas a un contenido de agua menor de 0,1 ppm
Se prefiere para deshidratar el gas antes de procesos criogénicos
especialmente para GNL.
Excelente para remover el ácido sulfúrico, CO2, deshidratación, altas
temperaturas de deshidratación, líquidos hidrocarburos pesados y alta
selectividad.
Más costosos que el gel de sílice, pero ofrece mayor deshidratación.
Requiere altas temperaturas para regeneración, lo que resulta en un alto
costo de operación.
Los tamices moleculares deshidratadores son usados comúnmente
antes de las plantas de recuperación de LGN diseñadas para recuperar
etano. Los puntos de rocío del agua menores de -150ºF pueden ser
logrados con un diseño especial y parámetros de operación estricta.
Ventajas de deshidratación con desecantes solidos son:
Se pueden obtener puntos de rocío del gas tan bajos como –150°F (1 ppmv
de agua).
Son pocos afectados por pequeños cambio en la presión, la temperatura y
el caudal de gas.
Son menos susceptibles a formación de espuma o corrosión en los equipos.
Desventajas:
Las desventajas de los desecantes sólidos son:
Alto costo
Alta caída de presión (10-50 lpc)
Se contaminan fácilmente con hidrocarburos pesados, CO2, H2S, agua libre,
etc.
Las instalaciones ocupan gran espacio y los equipos son muy pesados
Altos requerimiento de calor de regeneración en los lechos
Altos costos de operación.
Planta deshidratadora:
Una Planta Deshidratadora es una instalación compuesta fundamentalmente por
equipos destinados a separar el agua que el petróleo puede contener en el
momento de su extracción. Estos equipos están complementados con los de
bombeo, calentamiento y accesorios necesarios.
Problemas comunes en plantas de deshidratación:
Gran parte de los problemas encontrados en plantas de deshidratación con
glicoles están asociados al “estado de salud” del solvente, por lo cual resulta
imprescindible mantenerlo en las mejores condiciones operativas posibles. Entre
los problemas relacionados con el solvente se destacan:
Presencia de hidrocarburos, los cuales potencian la formación de espuma y por
ende pérdidas innecesarias de solvente por el tope de la torre absorbedora.
Acumulación de sólidos suspendidos, que ocasionan aumento de los
índices de corrosión en la planta, además de promover la formación
de espuma y el taponamiento de unidades y equipos.
Presencia y acumulación de sales, las cuales promueven la
corrosión, el taponamiento de unidades y equipos, así como también
en la disminución de la eficiencia térmica de la planta, ya que tienden
a depositarse en la superficie de los intercambiadores de calor.
pH fuera de especificaciones, lo que puede generar problemas de
espuma o corrosión dependiendo del caso.
Glycolex®
El Glycolex® es un sistema de limpieza en línea, consistente de un equipo móvil
montado sobre un patín, que puede ser desplazado y ubicado en la planta donde
se requiera realizar la limpieza y purificación del glicol a fin de obtener un producto
libre de contaminantes y bajo condiciones óptimas de uso. En efecto, haciendo
recircular por el proceso Glycolex®, un porcentaje del flujo de glicol que circula en
la planta durante un período de tiempo determinado, se puede llegar a purificar la
totalidad del glicol de la planta. El tiempo requerido para la purificación del glicol
dependerá de las condiciones iniciales de calidad en que se encuentre el glicol
antes de iniciar la limpieza y de las especificaciones finales de calidad requeridas
por el usuario.
Entre los beneficios del sistema de limpieza en línea Glycolex® se tienen:
Limpieza en línea del glicol, lo cual implica que NO se requiere una parada
de planta para llevar a cabo las labores de limpieza.
El tiempo empleado para la limpieza es relativamente corto.
Remoción de sólidos, disminuyendo incrustaciones y espumación.
Eliminación de sales estables al calor, disminuyendo corrosión,
ensuciamiento y espumación.
Eliminación de hidrocarburos y por ende disminución de problemas de
espuma, asociados a esta causa.
Disminución apreciable de costos, ya que limpiar el glicol es más
económico que reemplazarlo.
La utilización del Glicolex® ofrece no sólo beneficios a nivel técnico, sino también
a nivel económico, pues el costo de la limpieza del glicol es apreciablemente
menor al costo asociado a la compra de glicol nuevo más la disposición del
existente, en el caso de que el servicio de disposición tenga un costo asociado.
Trietilenglicol:
Es un líquido claro, transparente e inodoro, libre de partículas en suspensión.
Miscible en agua en todas las proporciones cuyo peso específico es de 1,124 –
1,126.
Equipos de la Planta de Trietilenglicol.
o Quemador
o Absorbedora
o Tanque de Expansión
o Regenerador
o Bomba
o Intercambiador de Calor
Proceso de la Planta de Trietilenglicol
Descripción del Proceso
Para simular el proceso de deshidratación de gas natural con TEG, se utilizó el
simulador de proceso HYSYS 3.2. Los criterios de simulación utilizados fueron:
ecuación de estado [8] Peng-Robinson, la cual se seleccionó en función de los
componentes de las corrientes y de los rangos de temperatura y presión
manejados, la eficiencia de la columna absorbedora 62%, la columna de
destilación consta de un condensador total. un rehervidor y tres platos ideales, la
temperatura del rehervidor se fijó en 400°F y del condensador en 212°F. Las
variables de diseño y operación fueron tomadas de una planta de deshidratación
con TEG, existente en el Oriente de Venezuela y que a su vez también sirvieron
como referencia en la aceptación del modelo de simulación [9]. Los equipos
involucrados en el proceso que fueron simulados en el caso diseño son:
Filtro/separador de gas de entrada, contactor TEG, desasfaltenizador TEG, flash
tank de glycol. Tambor KO. De glicol. columnas destiladoras de glicol,
despojadores de glicol, acumulador de glicol, intercambiadores de glicol
pobre/glicol rico No. 1, intercambiadores de glicol pobre/ glicol rico N",
rehervidores de glicol, bombas de glicol y enfriador de aire del glicol pobre.