INGENIERIA Y SIMULACION DE PROCESOS ENLA INDUSTRIA DE HIDROCARBUROS
PROCESAMIENTO GAS NATURAL
MARZO 2015
• El Gas Natural Bruto que viene de los campos deproducción contiene Hidrocarburos Condensables yCompuestos Contaminantes que lo hacen inadecuadopara el transporte y utilización final.• La presencia de hidrocarburos líquidos y aguaocasionan serios problemas a las instalaciones detransporte (Tubería, Compresores, Medidores, etc)• La presencia de compuestos contaminantes encantidades mayores a los establecidos por Ley puedenocasionar contaminación medioambientales, riesgos a lasalud y problemas de transporte (corrosion)
Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Especificación Gas de Venta
Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Especificación Condensado
Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
PLANTA Carrasco Vuelta Grande Santa Rosa San Antonio San Alberto
CAUDAL (MMscfd) 45 80 45 436 420COMPONENTESN2 0.61 1.6291 2.14 0.43 0.55CO2 1.55 0.0966 10.44 2.3 2.33C1 87.84 84.56 86.39 83.75 85.95C2 6.29 8.95 0.416 6.44 5.5C3 2.29 2.71 0.257 2.34 1.94i-C4 0.297 0.387 0.046 0.47 0.42n-C4 0.642 0.796 0.096 0.79 0.63i-C5 0.167 0.248 0.035 0.41 0.36n-C5 0.169 0.262 0.043 0.31 0.26C6+ 0.145 0.362 0.137 2.84 2.06
Composición de algunos campos
Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
• El Gas Natural Bruto contiene HidrocarburosCondensables y Compuestos Contaminantes.• El Gas Natural Bruto debe ser ACONDICIONADOy TRATADO para:
- Cumplir con las especificaciones de venta.
- Requisitos de Seguridad y Medio Ambiente
- Requisitos de Transporte (Tuberias,Compresores)
Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ACONDICIONAMIENTO
Extraer HidrocarburosCondensables del Gas
TRATAMIENTORemover o Reducir elcontenido decontaminantes
• Expansión Joule-Thompson (LTS)• Refrigeración Mecánica• Absorción Refrigerada• Refrigeración por Turbo Expansión
Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Los productos líquidos del gas son agrupados según su composiciónde la siguiente manera:
• Gas Natural Licuado, GNL (Liquefied Natural Gas, LNG): porción dehidrocarburos ligeros del gas natural, principalmente metano, que hasido licuado
• Gas Licuado de Petróleo, GLP (Liquefied Petroleum Gas, LPG):principalmente propano y butano, mezclados o separados, los cualesson mantenidos en estado líquido bajo presión en un recipiente.)
• Líquidos de Gas Natural, LGN (Natural Gas Liquids, NGL):hidrocarburos licuados en las instalaciones de superficie o en lasplantas de procesamiento de gas. Los líquidos de gas natural incluyenetano, propano, butanos y gasolina natural.
ProcesamientoHidrocarburos Líquidos
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ProcesamientoHidrocarburos Líquidos
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Tiene por objetivo separar los componentes mas pesados delgas (componentes condensables) en una corriente liquida,volviendo al gas mas liviano.
La corriente liquida es conocida como LGN (Liquido del GasNatural) de la cual se puede fraccionar: GLP, Gasolinas, Diesel yotros. Estas corriente liquidas poseen mayor valor energético.
El gas, denominado gas procesado, gas seco o gas residualesta compuesto básicamente de C1 y C2. Tiene menor valorenergético.
ProcesamientoAcondicionamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
La separación del LGN del gas natural se hace por condensación.Este proceso se logra enfriando la corriente de gas.
ProcesamientoAcondicionamiento
UnidadGasNaturalRico
Calor
GasNatural
LGN
EL parámetro de control es la temperatura de rocío (Dew Point). Poreso estas unidades se llaman “Unidades de ajuste de Dew Point”.
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Los principales tipos de Proceso son:
• Expansión Joule-Thompson (LTS)• Refrigeración Mecánica
ProcesamientoAcondicionamiento
• Absorción Refrigerada• Refrigeración por Turbo Expansión
Si se quieren obtener sub-productos como GLP o etano sedeben utilizar los siguientes procesos:
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
• Se aplica cuando el gas esta a alta presión.• El enfriamiento se realiza a través de la expansión del gaspor una válvula de regulación de presión (Choke - valvula JTValve).• La disminución de la temperatura depende principalmentede la caída de presión del gas (cerca de 0,3 °C/bar [0,04°F/psi])• La expansión es isoentalpica y se conoce como “EfectoJoule Thompson”• En este proceso se promueve la condensación de loscomponentes a partir del Butano (C4).
ProcesamientoExpansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Metanol oGlycol
ProcesamientoExpansión Joule Thompson
• El enfriamiento se realiza a través de un Ciclo deRefrigeración Standard, produciéndose el enfriamiento en el“evaporador”.• En este proceso se promueve la condensación de loscomponentes a partir del Propano (C3).• El Fluido refrigerante mas utilizado es el Propano puro quepermite alcanzar temperaturas hasta de -40 C.
ProcesamientoRefrigeración Mecánica
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Metanol oGlycol
Metanol oGlycol
ProcesamientoRefrigeración Mecánica
• Este proceso es una modificación del LTS donde la válvula deexpansión es reemplzada por un Turbo Expander (Turbina).• El enfriamiento se realiza a través de la expansión del gas enel Turbo Expander con la consecuente realización de TRABAJO.• El trabajo generado puede ser utilizado para restaurarparcialmente la presión del gas.• Por las bajas temperaturas alcanzadas en este proceso sepromueve la condensación de los componentes a partir delPropano (C2).
ProcesamientoTurbo Expander
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ProcesamientoTurbo Expander
De URC yEndulzamiento
Gas-Gas3 E-1 (A/B/C)
Separador Frío
(Trifásico)
3-V-2A
A Estabilización
A Regeneración MEGGas-Gasolina
3-E-3 (A/B)
Chiller Propano3-E-2A
Filtro Salida
3-F-2A
Gas deVenta
A Sub-TrenB
A Sub-TrenA
Inyección deGlicol
Inyección deGlicol
Inyección deGlicol
ProcesamientoUnidad de Ajuste de Dew Point Típica
ProcesamientoTratamiento
AguaEl agua contenida en el gas natural en estado de vapor puedetener dos orígenes:
• Debido a la presencia de agua libre en los reservorios dehidrocarburos. A las condiciones del reservorio (presión ytemperatura), el gas natural siempre está saturado con agua.
• Debido a la contaminación accidental. Por ejemplo, laevaporación de agua que no ha sido removida correctamente deun equipo o una línea después de una prueba hidrostática.
El vapor en si no genera problemas, cuando se genera agua librepueden haber problemas de corrosión y formación de hidratos.
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Agua (H2O)
Deshidrataciónpor Absorción
Deshidrataciónpor Adsorción
Silica Gel
Alumina Activada
Tamiz Molecular
Glicoles
ProcesamientoTratamiento
Agua
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Ventajas• Menores costos de inversión• Menores caídas de presión• Proceso Continuo• Se requiere menos calor de regeneración por libra de
agua retirada
Desventajas• Glicol es susceptible a contaminación• Glicol es corrosivo• No logran eliminar el 100% del agua contenida
ProcesamientoTratamiento
Glicol versus agentes secantes
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
• Los sistemas de deshidratación de gas con glicol son muy usadospor la simplicidad de la operación y el mantenimiento.
• Los tipos de glicol usados pueden ser monoetileno glicol (MEG),trietileno glicol (TEG).
• El proceso está basado en la absorción del vapor de agua pormedio del glicol.
• El MEG es utilizado cuando el proceso tiene asociado una unidadde ajuste de dew point
• EL TEG es utilizado cuando el proceso cuando se requierenreducciones de agua mayores y no se tiene asociado una unidadde ajuste de dew point
ProcesamientoTratamiento – Deshidratación (Glicoles)
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ProcesamientoTratamiento – Deshidratación (Glicoles)
MEG y TEG
MEG TEGCorrosividad alta Corrosividad baja
Menor temperatura dedescomposición
Mayor temperatura dedescomposición
Mas volátil mayores perdidasdurante la regeneración
Menos volátil menor perdidadurante la regeneración
Menos viscoso (puede ser utilizado abaja temperatura)
Mas viscoso (no puede ser utilizadoa baja temperatura)
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Tratamiento – Deshidratación (Glicoles)Procesamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Mercurio (Hg)Quimisorción en lechos noregenerativos (adsorbentes).
Componente Activo : CuS
Remoción porAdsorción Química
CuS + Hg HgS + Cu
ProcesamientoTratamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Filtro Partículas
Precalentador Entrada
Reactor Mercurio
Gas
A Endulzamiento
A Dew Point
ProcesamientoTratamiento – Remoción de Mercurio
Al ser una proceso no regenerativo el lecho terminasaturándose obligando su cambio completo.El tratamiento del lecho saturado para recuperar elmercurio debe hacerse con empresa especializadasfuera del país.
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ProcesamientoTratamiento
Dióxido de Carbono (Gas Acido)
El agua libre combinada con CO2 presente en el fluidodel proceso, forma ácido carbónico (H2CO3):
CO2 + H2O H2CO3
El ácido carbónico causa la reducción del pH (corrosióndulce) del agua, la cual es muy corrosiva para el acerode las líneas y de los equipos.
También el ácido carbónico ataca el hierro formandobicarbonato de hierro, el cual es soluble en agua.
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ProcesamientoTratamiento
Dióxido de Carbono (Gas Acido)La presión parcial de CO2 (PCO2) se determina de la siguientemanera:
PCO2 = Presión total [unidad de presión absoluta] × Fracción molar de CO2
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
ProcesamientoTratamiento
Dióxido de Carbono (Gas Acido)Que puede ocasionar la corrosión????
Carlsbad, Nuevo Mexico (2000)
• Gasoducto 30”• Exploto y ardio.• 12 Fatalidades• Daños materiales : 1MM Usd• Sección de la tubería construida en 1950• La rotura se dio en un punto bajo donde
se podía dar acumulación de liquido• Se encontró corrosión significativa en el
punto de ruptura
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Dióxido deCarbón (CO2)
Sulfuro deHidrogeno
(H2S)
Absorción Química
Aminas
Carbonato de Potasio
Absorción Física
GasesAcidos
Sulfinol
ProcesamientoTratamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
La separación de los gases ácidos se hace por absorción en unasolución de amina.
Procesamiento
UnidadGas
NaturalAgrio
GasNaturalDulce
AminaRica
Endulz.
AminaPobre
Endulzamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
AguaSalBaseAcido
aASHOHaAdeSulfuroaASH minminmin 222
aACOOHaAdeCarbamatoaACO minminmin 222
Las Aminas son, desde 1930, los Solventes de mayor aceptación yamplia utilización para la Absorción se H2S y CO2 del Gas
ProcesamientoEndulzamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
C
H
N
H
C
H
H
OH
H
H
Grupo “ol”
Grupo “Amino”
MEA (Mono Etanol Amina)
• Amina Primaria• Peso Molecular : 61.1• Altamente Reactiva
ProcesamientoEndulzamiento
C
H
H
C
H
H
OH
C
H
H
C
H
H
OH
N HC
H
H
MDEA (Metil Dietanol Amina)• Amina Terciaria• Peso Molecular : 119• Principal componente de lossolventes formulados• Mas capacidad pararemoción de gas ácido
ProcesamientoEndulzamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
• Menor grado de degradación térmica
• Mayor capacidad para remoción de gas ácido
• Alta selectividad hacia el H2S o hacia el CO2
• Los menores requerimientos energéticos
• Concentraciones altas, (no presenta corrosión)
• Usos: Refinación, Gas Natural, Plantas H2, Plantas de NH3, PlantasEtano / Etileno, Liq/Liq, Hornos de reducción Acero,
Aminas Formuladas
ProcesamientoEndulzamiento
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Torre de Absorción
Filtro de Entrada
Filtro Separador
Scrubber Gas Dulce
De URC
Gas Dulce aDew Point
Amina Pobre
Amina Rica
Aeroenfriador Salida
ProcesamientoEndulzamiento - Absorción
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Torre deRegeneradoraT-3502
Flush Drum
Amina Pobre aTorre Absorción
Amina Rica deTorre deAbsorción
Surge Drum
Pre-FiltroPartículasF-3501
Post-FiltroPartículasF-3503
FiltroCarbónF-3502
Aero-EnfriadorAmina Pobre
IntercambiadorAmina Pobre/Rica
BoosterAminaPobre
BombaAmina Pobre
ReboilerE-3502
Condensador
Acumulador
K.O Gas Acido
BombaReflujo
GasCombustible
ProcesamientoEndulzamiento - Regeneración
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
El condensado proveniente de la separación primaria y lagasolina proveniente de la unidad de ajuste de dew pointno tienen condiciones de ser almacenados y transportados.
Elevada presion de vapor debido a componentes livianos(butanos)
La “Estabilización” es un proceso de separación de estoscomponentes livianos y la producción de condensadosuficientemente estable para su almacenamiento ytransporte.
ProcesamientoEstabilización de Condensado
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Unidad
Gasolina
Gas Residual(C1,C2,C3, C4)Recirculado alingreso de la
planta
Condensado Estabilizado aTanque de almacenamiento
Condensado
ProcesamientoEstabilización de Condensado
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Facilidadesde Entrada
Remoción deMercurio Dew Point Gas Venta
Circuito dePropano
Sistema deVenteos
ServiciosCircuito deGlicol
Circuito deAceite Térmico
Aire de *Instrumentos
Estabilizaciónde
Gasolina
ServiciosPlanta deTratamientoe Inyección Agua
Endulzamiento
Generación *E.E.
Tanques
Drenajes AguaDEMI
FuelGas
Almacen.Glycol yAmina
Red Contra *Incendio
Almacenamientode Condensado
Sistema *BombeoCondensado
AguaPotable
Condensado
Gasolina
Gas Reciclo
ProcesamientoUnidad Tipo
Fraccionamiento de Gas Natural
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Fraccionamiento de Gas NaturalSeleccion del Proceso
Dependerá:• Composición del gas• Presión disponible del gas• Recuperación de Líquidos deseados
Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015
Fraccionamiento de Gas Natural
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