3 Deshidratacion 2008 Color

PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL

3.- DESHIDRATACION

INSTITUTO ARGENTINODEL PETROLEO Y DEL GAS

En todo gas natural existe un conjunto de pares de valores En todo gas natural existe un conjunto de pares de valores PP--T a partir de los cuales el agua contenida comienza a T a partir de los cuales el agua contenida comienza a pasar de su estado de vapor al estado lpasar de su estado de vapor al estado lííquido quido (condensaci(condensacióón). Ann). Anáálogamente sucede con los logamente sucede con los hidrocarburos pesados contenidos en el gas.hidrocarburos pesados contenidos en el gas.

Se denomina Punto de RocSe denomina Punto de Rocíío a aquella temperatura a la o a aquella temperatura a la cual aparece la primera gota lcual aparece la primera gota lííquida.quida.

La representaciLa representacióón grn grááfica de dicho conjunto de puntos, nos fica de dicho conjunto de puntos, nos muestra las curvas de puntos de rocmuestra las curvas de puntos de rocíío de agua y la de o de agua y la de hidrocarburos de un determinado gas natural.hidrocarburos de un determinado gas natural.

PUNTO DE ROCIO DE AGUA E HIDROCARBUROS

HydrateFormationCurve

Lhc+Lw+G+H

HydrocarbonPhase Envelope

WaterDewpointCurve

Lhc+G

Lhc+Lw*G

Lw+G

G

Pres

sure

Temperature

Phase Phase behaviorbehavior of waterof water--natural gas mixtures: usual casenatural gas mixtures: usual case(after Maddox and (after Maddox and ErbarErbar , 1983), 1983)

A

DESHIDRATACION DE GAS NATURAL

• OBJETIVOS:

–Prevenir la formación de hidratos.–Cumplir con los requerimientos del

gasoducto.–Prevenir la corrosión.

HIDRATOS(COMPLEJOS CRISTALINOS: AGUA - HIDROCARBUROS)

«estructura de jaula» donde la malla fundamental está constituida por moléculas de agua apuntaladas por moléculas de hidrocarburos

ocupando las cavidades• CONDICIONES PARA SU FORMACION:

– Agua libre ( ej. 5¾ H2O:CH4, 17 H2O:C3H8) – Temperaturas menores que la de formación de hidratos a la correspondiente

presión de operación (Bajas Temperaturas - Altas Presiones)• FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE FORMACION:

– Composición del gas.– Altas velocidades.– Pulsación de presión.– Pequeños cristales.– Existencia de lugares apropiados.

CONDICIONES PARA LA FORMACION DE HIDRATOS

PRESIONPRESIONPARA LAPARA LA

FORMACIONFORMACIONDE HIDRATOSDE HIDRATOS

kPakPa ((absabs))

0 5 10 15 20 25 3017ºC

TEMPERATURA TEMPERATURA °°CC

30000

20000

10000

5000

1000

500

100

Metano

0,6 Dens,. Rela

t.

0,70,8

0,91,0

HIDRATOS(COMPLEJOS CRISTALINOS: AGUA - HIDROCARBUROS)

• ACCIONES PARA EVITAR SU FORMACION:– Modificar condiciones de presión.– Llevar el punto de rocío de agua por debajo de la temperatura de operación

(deshidratación).– Introducir sustancias que bajan la temperatura de formación de hidratos

(inhibición).

• METODOS CORRECTIVOS (cuando se ha formado el hidrato):– Elevación de la Temperatura en el lugar de formación.

– Variación de la Presión en la cañería (despresurizar).

– Introducir sustancias inhibidoras de formación de hidratos.

AbsorciAbsorcióón:n: con un lcon un lííquido higroscquido higroscóópico con el cual se pone en pico con el cual se pone en ííntimo contacto la corriente de gas. ntimo contacto la corriente de gas. El vapor de agua, presente en un gas serEl vapor de agua, presente en un gas seráá "absorbido" por una "absorbido" por una

solucisolucióón mientras la presin mientras la presióón parcial del vapor de agua en el gas en n parcial del vapor de agua en el gas en contacto con la solucicontacto con la solucióón, exceda la presin, exceda la presióón de vapor del agua en la n de vapor del agua en la solucisolucióón.n.

AdsorciAdsorcióón:n: con un lecho de material scon un lecho de material sóólido de estructura porosa lido de estructura porosa por el cual se hace circular la corriente de gas.por el cual se hace circular la corriente de gas.El adsorbente retendrEl adsorbente retendráá en forma selectiva sobre su superficie, agua en forma selectiva sobre su superficie, agua y/o hidrocarburos, hasta su saturaciy/o hidrocarburos, hasta su saturacióón, mediante fuerzas n, mediante fuerzas intermoleculares. Sobre la superficie activa del desecante tambiintermoleculares. Sobre la superficie activa del desecante tambiéén n actactúúan fenan fenóómenos de polaridad, difusimenos de polaridad, difusióón y condensacin y condensacióón. n.

DESHIDRATACION - Métodos

ABSORBENTESMOH EOH MEG DEG TEG

Formula CH3OH CH3CH2OH HOC2H4OH HOC2H4O- -C2H4OH

HO(C2H4O)2--C2H4OH

Peso Molecular 32 46,1 62,1 106,1 150,2

Densidad Relat. a 25°C

0,792 0,785 1,11 1,113 1,119

Pto. Ebullición a 760 mmHg (°C)

64,7 78,4 197,3 244,8 285,5

Tensión Vapor a 25°C (mmHg)

122 55 0,12 0,01 < 0,01

Pto. Congelación a 760 mmHg (°C)

-97,8 -112 -13,3 -8,3 -7,2

Viscosidad Abs. a 25°C (cp)

0,56 1,1 16,5 28,2 37,3

Pto. de Flash PMCC (°C)

116 124 204

Pto. Inflamación C.O.C. (°C)

118,5 143,3 165,6

Temp. Descomposición a 760 mmHg (°C)

165 164 207

Contenido de Aguaen el Gas

UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS CON TEG:

• DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO– Absorción

• Del agua contenida en el gas con circulación contra corriente de “TEG”, en una torre con internos de platos o relleno

– Recuperación• Del “TEG”, a presión atmosférica con calentamiento

suficiente para evaporar el agua y llevarlo a la concentración requerida por el proceso de absorción.

DESHIDRATACION CON TEGDESHIDRATACION CON TEG

Diagrama de FlujoDiagrama de Flujo

UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS CON TEG

Punto de Rocío de Agua en equilibrio

con distintas concentraciones

de TEG

Temperatura de contacto (Temperatura de contacto (°°CC))

Punto de RocPunto de Rocíío de Aguao de Agua((°°CC))

%w%w TEG

TEG

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

90 95 9697

98

99

99,5

99,7

99,8

99,9

99,95

99,97

• PARAMETROS DE DISEÑO DE LOS EQUIPOS• Separador de entrada:

– condiciones del gas de entrada• Columna:

– Condiciones del gas de entrada– Caudal y concentración de glicol– Tipos de internos (Platos o relleno)– Eficiencia de los platos– Plato chimenea

• Expansor: – vertical/horizontal– temperatura de operacion– tiempo de residencia del liquido– venteos seguros


– Filtros: • succión de bomba • de partículas y carbón activado

– Intercambiador gas-glicol: • temperatura de aproximación

– Intercambiador glicol-glicol:• máxima temperatura de bombeo

– Regenerador: • condensador• Columna despojadora• gas de stripping


Circulaciónde TEG 95

90

85

80

75

70

65

60

55

RemociRemocióón de Agua (% n de Agua (% en peso)en peso)

(para N = 1)(para N = 1)

99,9

99,5

99,0

98,5

%w%w TEG TEG

CirculaciCirculacióón de TEG (n de TEG (m3TEGm3TEG//kgkg H2O)H2O)0 ,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055

00 11 22 33 44 55 66 77

11

22

33

44

55

66

77

88

99

1010

1111

1212

88

5555°°FF

6565°°FF

7575°°FF

8585°°FF

9595°°FF

105105°°FF

Depresión dePunto de Rocío

GAL TEG/LB H2O ABSORBIDAGAL TEG/LB H2O ABSORBIDA

CANTIDAD DE PLATOSCANTIDAD DE PLATOSO PIES DE ALTURAO PIES DE ALTURADE RELLENODE RELLENO

PLATOS O RELLENOS REQUERIDOSPLATOS O RELLENOS REQUERIDOSDESHIDRATACIONDESHIDRATACIONCON TEGCON TEG

Gas de Stripping

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

m3 Gas / m3 TEGm3 Gas / m3 TEG

%w%w TEG TEG

100

99,9

99,8

99,7

99,6

99,5

99,4

99,3

88,2

99,1

99,0

N = de platos de equilibrio N = de platos de equilibrio teteóóricos por sobre el ricos por sobre el reconcentradorreconcentrador de TEGde TEG

N = 0N = 0

N = 1N = 1N = 2N = 2

N = 3N = 3

• CONDICIONES QUE AFECTAN EL DISEÑO Y LA OPERACION

– Temperatura del gas de entrada.– Presión del gas de entrada.– Caudal y composición del gas.– Temperatura del Glicol que entra a la columna.– Concentración del glicol que entra a la columna.– Número de platos de la columna.– Caudal de circulación del glicol.

UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS CON TEG:CON TEG:

DESHIDRATACIONDESHIDRATACIONCON TEGCON TEG

INFLUENCIA DE LAINFLUENCIA DE LATEMPERATURA DEL GASTEMPERATURA DEL GAS

BASE: BASE:

1MMSCMD1MMSCMDMW = 17,4MW = 17,4P = 70,3 P = 70,3 KgKg/cm/cm22 ((absabs))Agua a la salida: 65mg/SmAgua a la salida: 65mg/Sm33

74

47

2712

01020304050607080

20 30 40 50

Temperatura del gas (°C)

Agu

a a

extr

aer (

l/h)

10,5

1,6

6,5

0,62,2

0,50

2

4

6

8

10

12

20 30 40 50


Cau

dal d

e TE

G (G

PM)

99,5

99,198,6

97,8

96,597

97,598

98,599

99,5100

20 30 40 50


Con

cent

. de

TEG

(%)

6 platos

5 platos

CONSIDERACIONES OPERATIVAS• PERDIDAS DE GLICOL

– Arrastre de gotas en el gas de salida– Pérdidas en la columna despojadora– Como vapores en el gas de salida

• DESCOMPOSICION DEL TEG– Temperatura máxima 400°F ~ 204°C

• EFECTOS DE LA CONDICION DEL GAS DE ENTRADA– Aceites– Hidrocarburos líquidos– Sales– Otros sólidos– Temperaturas muy bajas


EJEMPLOAlimentaciónQ= 1 MMSCMDP= 70,4 kg/cm2 (a) = 1000 psia.T = 38 ºC = 100 °FM = 17,4 SG = 0,6Contenido de agua: 61 lb/MMSCFRequerimientoAGUA < 65 mg/ Sm3 = 4,0 lb/ MMSCF ( -8 ºC = +18 ºF)DEPRESION DE PUNTO DE ROCIO = 100 ºF - 18 ºF = 82 ºFSelecciónCantidad de platos: 6Circulación: 3 gal TEG/lb H2OConcentración requerida: 99,2 % (TEG POBRE)(Asumiendo 20 ºF de aproximación en el último plato)

UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS CON TEG:CON TEG:

DESHIDRATACION POR ADSORCIONDESHIDRATACION POR ADSORCION

Diagrama de FlujoDiagrama de Flujo

DESHIDRATADORAS DE LECHO DESHIDRATADORAS DE LECHO SOLIDOSOLIDO


Transferencia de MasaTransferencia de Masa

CH3OH,H2S, CO2if present

INLETINLET

BBEEDD

LLEENNGGTTHH

EXITEXIT

DRYNG

START

SATURATION

Multicomponentadsorption zonesH2O

C6+

C5

C4

C3

C2

C1

H2O

C7+

C6

C5

C4


Esquema TorreEsquema Torre


Silica Gel

Molecular Sieves

Actvated Alumina

Temperature, 0F (0C)

Wat

er A

bsor

bed,

gm

/100

gm

25

20

15

10

5

00 100 200 300 400 500

(-18) (38) (93) (149) (204) (260)

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