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DESHIDRATACIÓNDEL GAS CON

GLICOLJAVIER REINALDO MANTILLA HERNANDEZ

JOHN EDINSON DOMINGUEZ CARDONA

Ingeniería de Petróleos

Ingeniería de Gas

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CONTENIDO

•. Concepto Básicos•. Introducción•. Proceso de deshidratación con glicol•. Diagrama del proceso•. Descripción del equipo de deshidratación•. Guías de diseño y operación para inhibición de hidratos y

deshidratación con glicol•. Problemas de operación•. Bibliografía

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CONCEPTOS BÁSICOS

Ingeniería de Gas

• Deshidratación del gas: Retiro de agua de para prevenir la formaciónde hidratos y la corrosión en la recolección del gas en el sistema detransmisión o en la planta de tratamiento.

• Absorción: Operación unitaria que consiste en la separación de uno omás componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente

líquido con el cual forma solución.

• Glicol: Se denomina sistemáticamente etano-1,2-diol. Se trata del diolmás sencillo, su nombre deriva del griego glicos (dulce) y se refiere alsabor dulce de esta sustancia.

• Higroscopia: Palabra que deriva del griego hygros 'húmedo, mojado' yskopein 'observar, mirar' es la capacidad de algunas sustancias deabsorber o ceder humedad (agua en forma de vapor o liquido) almedioambiente.

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INTRODUCCIONDESHIDRATACION CON GLICOL

El proceso más común paradeshidratación de gas es poneren contacto el gas con unlíquido higroscópico. Se trata

de un proceso de absorción,donde el vapor de agua en lalínea de gas se disuelve enuna corriente de líquidodisolvente puro (glicol).

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INTRODUCCION

Los glicoles que puedenser usado para ladeshidratación del gasson:

1. Dietilen-glicol (DEG)

2. Trietilen-glicol (TEG)

3. Tetraetilen-glicol (TREG)

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DIAGRAMA DEL PROCESO

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

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SEPARADOR DE ENTRADA

Se busca poderseparar:

A fin de evitar su paso a la absorbedora o contactorapues aun en pequeñas cantidades de estos materiales,causan perdidas excesivas de glicol debido a la forma-ción de espuma, reducen la eficiencia e incrementan elmantenimiento.

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

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ABSORBEDORA

A medida que el glicol regenerado se bombeaal platode la cima de la torre y a medida que fluyehacia abajova absorbiendo el agua del gas que luye encontra-

corriente desde el plato de fondo. 

Es una vasija que pude ser:

1. Platos de burbujeo.2. De válvulas.

3. Con empaques.

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

Una opción a las columnas en bandeja es utilizlos empaques en donde el contacto entre las fasde vapor y líquido se logra en toda la columna y nen niveles específicos.

En general existen tres tipos de empaques:

• Empaque al Azar.

• Empaque Estructurado.

• Empaque Rejilla.

ABOSERBEDORA CON EMPAQUES

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DESCRIPCION DEL SISTEMAEMPAQUE AL AZAR

• Las piezas discretas del empaquesonpuestas de manera aleatoria entre la

carcasa de la columna.

• Poseen una variedad de diseños.

• Cada diseño tiene una característica

particular de área de superficie,caída de presión y eficiencia.

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DESCRIPCION DEL SISTEMAEMPAQUE ESTRUCTURADO

Se logra una configuración geométrica específica. Estos tipos deempaques, también puede ser un tipo de malla tejido o camaseccionada hecha de capas corrugadas.

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

EMPAQUE DE REJILLA

• Es una disposición sistemática deempaquesel cual usa una estructura de red

abierta.

• Aplica en operaciones de vacío y bajoaplicaciones de la caída de presión.

• Es poco el uso de estos tipos deempaquesen servicios de alta presión

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

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 TAMBOR FLASH

 

La mayor parte del gasdisuelto se separa de lasolución de glicol rico y seenvía a gas combustible.

La presión de operación debeser lo suficientemente bajapara promover la separación

del gas, pero losuficientemente alta para quepueda entrar al sistema degas combustible. 

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

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REGENERADORA O DESPOJADORA DE AGUA

Reflujo que minimiza las perdidas de glicolen el vapor de agua despojada.

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

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REHERVIDOR

 Temperatura del TEGNo puede exceder los 400 ºF

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DESCRIPCION DEL SISTEMA

BOMBA DE GLICOL

• Circula el glicol a través de los equipos

• Puede ser manejada por motor eléctricoo con gas de alta presión

• Si se bombea glicol en exceso, no se alcanzala temperatura requerida de regeneración en el re hervidor.

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GUIAS DE DISEÑO YOPERACIÓN PARA INHIBICIÓN

DE HIDRATOSYDESHIDRATACIÓN CONGLICOL

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Criterios GeneralesFLUJO REAL = DOBLE DEL

FLUJO CALCULADO INHIBICIÓN

REGENERACIÓN DELGLICOL

99,5 % PESOÓ MAS

DESHIDRATACIÓN

60 – 80 %PESO

PREVENCIÓNDE HIDRATOS

INHIBICIÓN +DESHIDRATACIÓN

DOS SISTEMASINDEPENDIENT

ES

REGENERACIÓN DELGLICOL

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Pureza

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  E  n  f  r i  a   m i  e  n  t  o  d  e l   G l i  c  o l

  P  o  b  r  e

    •  5  –  1  0   º  F  p  o  r  e  n  c i   m  a  d  e l  a  T  d  e  e  n  t  r  a  d  a  d  e l  g  a  s   h  ú   m  e  d  o

   D i  s  e  ñ  o  s  E  c  o  n  ó   m i  c  o  s     •  2  –  5  g  a l  T  E   G  / l  b   H  2   O

  a  b  s  o  r  b i  d  a

     P  l    a  t    o    s

    •  P l  a  t  o  s  T  e  ó  r i  c  o  s :  1  –  3

    •  P l  a  t  o  s   R  e  a l  e  s :  4  –  1  2    •  E  s  p  a  c i  a   m i  e  n  t  o  t í  p i  c  o :  2  4

  p  u l  g  a  d  a  s

Absorbedora

Para Platos de

Burbujeo: Asumir 25%

de eficiencia

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Ingeniería de Gas

 Altura teórica

Extractor deniebla

Platos

Casquetes deburbujeo

Presión de operación

500 – 1000 psi

Tª = 60 – 120 ºF

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Para Empaque

Estructurado

EMPAQUES < 1 pulgada: Paratorres de 1 ft o menos diámetro.

 EMPAQUES = 1 a 11/2 de

pulgada: Torres de 1 – 3 ft endiámetro.

 EMPAQUES = 2 – 3 pulgadas: Torres de 3 ft de diámetro.

La relación de altura equivalente deempaque a plato teórico (HETP) varíacon la tasa de circulación de TEG, elflujo y la densidad del gas.Generalmente están en el rango de36 – 60 pulgadas.

 DISTRIBUCIÓN DEL LÍQUIDO: Debeser redistribuido cada 20 ft de alturade empaque ó cada 10 veces eldiámetro de la columna, que sea

menor.Ingeniería de Gas

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El diámetro de la absorbedora se fija con la velocidad delgas v o G. Valores recomendados para los factores K y C

se dan en la tabla 3-1.

Para platos,

Para empaque estructurado,

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Los vendedores de empaque estructurado utilizan unavariable Fs, para dimensionar absorbedoras de glicol,definida como:

Valores de Fs= 2.5 -3.0generalmente suministran un buenestimativo del diámetro de laabsorbedora con empaque

estructurado.

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K factor

Ft/s

C factor

Ft/hPlatos deburbujeo,

espaciamiento

20”

24”30”

0.140.16

0.17

504576

612

Empaque

Estructurado

Al azar1 inch pall rings2 inch pall rings

0.3 a 0.4*

0.13-0.180.19-0.26

1080 a 1440*

468-648684-936

FACTORES K-C PARA VELOCIDAD DE VAPOR

*Depende de la densidad del empaque y el vended

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REGRESO 1

REGRESO 2

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 Tiempo de RetenciónPresión de Operación

 Temperatura de

Operación

•

3 – 5 min.(Desgasificación)• 20 – 30 min.

(Remover HClíquido)

• 60 psia

• 140 – 160 ºF

 Tambor Flash

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Intercambiador Glicol Rico –Glicol Pobre

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Despojadora de Agua

Presión ≈Atmosférica

 Temperatura deFondos

 TEG <400 F (Preferible 320ºF)

DEG <340 F (Preferible 320ºF)

 Temperatura de cima paraminimizar perdidas de glicol

=210 ºF

La cantidad de calor (duty) delrehervidor esta en el orden de1,500 Btu/gal de glicol

recirculado

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Ingeniería de Gas

EMPAQUES vs PLATOS

• Caída de presión es menor.

• Alta carga de líquido.

• Corrosión: Materialescerámicos o plásticos.

• Los platos pueden operarcon menos capacidad.

• En las columnas de platosse asegura el contacto dela fase líquida con el gas.

• Es menos propenso ataponarse por la suciedad.

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PROBLEMAS OPERACIONALES

PERDIDAS DE GLICOL

• El nivel aceptable de perdidas esta en en elorden de 0.1 gal/MMscf de gas tratado,esto equivale a 1 lb de glicol por MMscf.

on influenciadas por:Espumas.Degradación.Sal en la columna de destilación del regenerador.Extracción inadecuada de la niebla.Diseño inadecuado del absorbedor para las condiciones de flujo.Vertido de glicol o fuga en la bomba.El glicol al absorbedor es muy caliente.

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PROBLEMAS OPERACIONALESLa espuma puede no sercritica si la unidad escuidadosamente diseñada.La espuma tiende a ser masestable cuando están presentescompuestos aromáticos y/o deazufre.Sulfuros metálicos y sulfatos, yproductos de degradación, todo

ello contribuye al problema.

Las espumas se rompen sólousando “surface” y tiempo, oquímicos.

El espaciamiento de la bandejadebe ser lo suficientementegrande para que la espuma nopueda llenar el espacio entre lasbandejas y formar una fase líquidacontinua.

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Espuma

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PROBLEMAS OPERACIONALES

Se acelera en la presencia decompuestos de azufre.

La respuesta es una filtración efectiva.

Los productos de degradacióncontribuyen al foaming pero tambiénson los mejores recursos para losproblemas de corrosión.Se usa un filtro regular para remover

los grandes “trozos” y después unfiltro de carbón remueve loshidrocarburos, así como,contaminantes finos que pasan através del primer filtro.

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Degradación

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PROBLEMAS OPERACIONALES

La sal es un problema continuopara el cual se debe hacer unabuena separación antes de entrar a laabsorbedora.

El vapor de agua en el gas esrelativamente fresco pero esligeramente salino.

NaCl es soluble en TEG en ciertogrado. A 50ºC alrededor de 3.3 kg sedisolverán en 100 kg de TEG.

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Salinidad

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PROBLEMAS OPERACIONALES

• Son reactivos concomponentes deazufre.

• Los materiales resultantestiendena polimerizar y formar

“mugre” quees muy corrosivo.

• La solución es un buendiseñomecánico y buena filtracióncomplementada por el

inhibidorde corrosión.

•

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Corrosión - Erosión

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PROBLEMAS OPERACIONALES

ASPECTOS AMBIENTALES

El agua absorbida se libera en laregeneradora y se libera a la atmosfera.

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PROBLEMA

Un flujo de gas natural húmedo de 51.4 MMscfd congravedad especifica γ =0.6564 y z= 0.8629 entra a unacontactora con TEG a 950 psia y 100ºF.

La especificación de humedad para el gas de salida es 7 lbde H20 / MMscf.

Calcular el número de platos reales, el diámetro y la alturapara platos de burbujeo y empaque estructurado. Usar unatemperatura de aproximación de 10ºF para el punto derocío.

Para la torre despojadora de agua o regeneradora, calcular lacantidad de calor “duty” del rehervidor, si la carga a ladespojadora entra a 280ºF y la temperatura del rehervidor es

370ºF.Ingeniería de Gas

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DESARROLLO

1. Determinar el contenido deagua en el gas de entrada a P y T.

En Fig. 20-4 (@ 100ºF,950psia), Win =64 lbH2O/MMscf.

2. Determinar el contenido deagua a ser removida.

∆H20 = Win - Wout =64-Ingeniería de Gas

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DESARROLLO5. Determinar la concentraciónde TEG para la temperatura deequilibrio

del punto de rocío conaproximación:

En Fig. 20-68 (@Pto. Rocíodel equilibrio = 21ºF y Tcontactora = 100 ºF),

concentración de TEG =Ingeniería de Gas

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DESARROLLOComo ninguno de los valores leídos resultó igual al

calculado, entoncessuponemos otra tasa de circulación de TEG y se realiza el

mismoprocedimiento:

Con una tasa de circulación de TEG = 2.5 gal TEG/lb H2O ycon la

pureza de TEG = 98.5%, se tiene:

En Fig. 20-69 (N=1), ( Win - Wout )/ Win = 0,72En Fig. 20-70 (N=1.5), ( Win - Wout )/ Win = 0,84En Fig. 20-71 (N=2), ( Win - Wout )/ Win = 0,89

Como el valor de la eficiencia para la figura de N=2coincidió con el valor

calculado, entonces el número de platos teóricos es 2,luego los platos

reales son:Ingeniería de Gas

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8. Determinar la tasa mínima de circulación de TEG:

GPM = (QMMscf/d*(∆H20) lb/MMscf*(TEG)gal/lb H2O

24h/d*60min/h 

GPM = (51.4) MMscf/d*(57)lb/MMscf*(2.5)gal/lb H2O= 5.1 gpm24h/d*60min/h

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DESARROLLO

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DESARROLLO

9. Determinar la densidad del TEG:En Fig. 20-40 (@Tcontactora=100 ºF y concentración

de TEG = 98.5%peso), Densidad relativa de TEG = 1.109

ρTEG= 1.109 * 62.4 lb/ft3 =69.2 lb/ft3 

10. Determinar la densidad del gas:Ingeniería de Gas

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DESARROLLO

12. Determinar diámetro de lacontactora y altura de platos yempaque:

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DESARROLLO

Para empaque estructurado,

De la tabla de factores K-C (@ Espaciamiento platos de burbujeo24”), C= 576 ft/h

De la tabla de factores K-C (@ Empaque estructurado), C= 1200 ft/h

 

Altura de empaque = N*5 ft/ plato teórico = 2*5=10 ft

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DESARROLLO13. Determinar la cantidad de

calor “duty” del rehervidor,a. Calor sensible para elevar la temperatura

del glicol desde la T de entradahasta la T del rehervidor.

 Se toma como base 1 gal de TEG,De la fig. 20-40m = 9.38 lb/gal

se determina Cp a T promedio=(370+280)/2=325De la fig. 20-46Cp= 0.655 Btu/lbQs= mCp∆T= 9.38*0.655*(370-280)=553

Btu/gal de TEGIngeniería de Gas

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DESARROLLOc. Calor de reflujo o “duty” del condensador:

Qr= 0.25(Qv) = 0.25(382) = 95.5 Btu/ gal de TEG

d. Cantidad de calor “duty” del rehervidor

incluyendo 10% de perdidas:Qrb= (Qs + Qv + Qr) * 1.1 =

(553+382+95.5)*1.1Qrb = (1,133.6 Btu/ gal de TEG

El nivel de deshidratación del gas depende de lacomposición del glicol pobre alcanzada en laregeneradora. Como la temperatura en el

rehervidor no puede ser superior a 400 paraIngeniería de Gas

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ANEXOSGráficas Tomadas de la

GPSA

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Ingeniería de Gas

REGRESO100

64

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Ingeniería de Gas

REGRESO31

7

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Ingeniería de Gas

REGRESO

21

100

98.5

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3.0

0.76

REGRESO

Ingeniería de Gas

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3.0

0.86

REGRESO

Ingeniería de Gas

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Ingeniería de Gas

3.0

0.90

REGRESO

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2.5

0.72

REGRESO

Ingeniería de Gas

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2.5

0.84

REGRESO

Ingeniería de Gas

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Ingeniería de Gas

2.5

0.89

REGRESO

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Ingeniería de Gas

1.109

100 REGRESO

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Ingeniería de Gas

9.38

60REGRESO

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Ingeniería de Gas

REGRESO

0.655

325

98.5

REFERENCIAS

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REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS 

Ingeniería de Gas

• ARNOLD, Ken; Surface Productions Operations, Gulf Publishing

Company.

• CAMPBELL, Jhon; Gas Conditioning; Campbell Petroleum Series

• GPSA

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GRACIAS

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