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MDULO 3: PROCESOS DEL

GAS II

Docente: Msc Ing. Enrique J. Cuellar

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PROCESOS DEL GAS II

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AGENDA

1. Introduccin

2. Contaminantes del gas natural.

3. Remocin de compuestos no deseados.

4. Clasificacin de los procesos de remocin del gas natural

5. Definicin de procesos de Adsorcin

6. Definicin de procesos de Absorcin

7. Definicin de deshidratacin del gas

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DESHIDRATACIN DE GAS NATURAL

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POR QUE LA DESHIDRATACIN DE GAS NATURAL

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El vapor de agua asociado al gas natural, es uno de loscontaminantes ms comunes en el gas dado por los

inconvenientes que puede ocasionar tanto en procesos

posteriores a los que pudiere estar sometido, como para su

transporte a reas de tratamiento y consumo. Bajo condiciones

normales de produccin, el gas natural est saturado con agua.

Por los incrementos de presin o reduccin de temperatura el

agua en el gas natural se condensa.


y se forma en agua liquida.

Cuando el agua libre se combina con las molculas de gas

(metano, etano, propano, etc.), esta forma hidratos slidos el cual

puede taponar vlvulas, equipos y algunas lneas de gas.

La presencia de agua lquida puede incrementar la corrosividad

del gas natural, especialmente cuando el gas contiene H2S y

CO2. Sin embargo el contenido de agua en el gas natural puede

ser reducido para evitar la formacin de hidratos y reducir la

corrosin en tuberas antes que sea transportado.


La deshidratacin del gas natural se define como el proceso de

remover el vapor de agua que esta asociado al mismo.

Para lograr la deshidratacin se disponen de varios mtodos

operacionales entre los cuales el mas usado es el tratamiento del

gas con glicol o proceso de absorcin.

En este proceso se usa un liquido higroscpico para remover el

vapor de agua del gas, los lquidos que se usan son el dietilen

glicol y trietilen glicol.


El trietilen glicol tiene las siguientes ventajas:

Regeneracin mas fcil a altos niveles deconcentracin ( 98 99,5 % peso ) por su alto puntode ebullicin.

Temperatura de descomposicin alta , aprox. 404 F apresin atmosfrica.

Bajas perdidas por evaporacin. Sistema de regeneracin sencillo y de fcil operacin. Menores costos de inversin y operacin.


DESCRIPCIN DEL PROCESO

Diagrama general del proceso


La deshidratacin con glicol es relativamente econmica por que

el agua puede ser evaporada fcilmente del glicol mediante la

adicin de calor (regeneracin) y permite que el glicol sea

nuevamente utilizado con un mnimo de perdidas.

La mayora de los procesos son continuos, es decir que tanto el

gas como el glicol fluyen continuamente a travs del contactor

donde entran en contacto y el glicol absorbe el agua contenida en

el gas para despus ser regenerado donde el agua es removida y

el glicol enviado nuevamente a la contactora.


El glicol puede absorber HC pesados lquidos presentes en la

corriente de gas, por eso antes de que el gas entre a la contactora

debe pasar por un separador de condensados (scrubber) para

remover los lquidos e impurezas solidas.

El gas seco que sale de la torre contactora fluye a travs de un

intercambiador de calor gas/glicol.

En este intercambiador el glicol es enfriado para aumentar su

capacidad de absorcin y disminuir su tendencia a vaporizarse y

perderse en la corriente de gas seco.


El glicol rico hmedo que sale de la base de la torre contactora

pasa a travs de un condensador de flujo , luego hacia un

intercambiador de calor glicol/glicol donde el glicol rico es

calentado por el glicol pobre a aproximadamente 170 200 F.

Despus de este calentamiento el glicol fluye a un separador de

baja (35 . 50 psig) donde el gas que entra con el glicol y cualquier

HC liquido es removido.

Este separador es trifsico para un tiempo de residencia de 15 30 minutos.


El glicol hmedo que sale del separador pasa por un filtro de

carbn para absorber los HC lquidos que pueden ser arrastrados

en el glicol.

Luego el glicol pasa a travs de un intercambiador de calor

glicol/glicol la cual opera a presin atmosfrica.

A medida que el glicol pasa es calentado por los vapores de salen

de los lquidos en ebullicin en el reherbidor.


El gas que se separa del liquido lleva mas vapor de agua y

pequeas cantidades de glicol.

A medida que pasa el glicol se vuelve mas pobre en agua.

Teniendo en cuenta que hay una diferencia entre los puntos de

ebullicin ( TEG 546 F, agua 212 F).

Temperaturas muy altas pueden evaporar una mayor cantidad de

agua, pero tambin pueden degradar el glicol.


El glicol pobre pasa desde el reherbidor a un tanque de balance .

Este tanque debe ser lo suficientemente largo para permitir la

expansin del glicol y tiempo razonables entre las adiciones del

glicol.

El glicol pobre es bombeado desde el tanque de balance hacia la

torre contactora para completar el ciclo.

Dependiendo del diseo de bombeo el glicol pobre es enfriado por

los intercambiadores de calor antes de las bombas.


EFECTO DE LAS VARIABLES DE OPERACIN

La deshidratacin del gas natural es afectado por:

Temperatura del gas a la entrada.

Presin del gas de entrada.

Temperatura del glicol a la entrada.

Numero de platos de la absorbedora.

Concentracin del glicol a la entrada de la contactora.


TEMPERATURA DEL GAS DE ENTRADA

La temperatura tiene efecto sobre el contenido de agua que entra

a la contactora.

Si se aumenta la temperatura del gas, mientras se mantiene en

contacto con el gas libre de gas absorber vapor de agua

adicional.

Si la temperatura es superior a la temperatura ambiente, el gas

hmedo intercambia calor con el medio ambiente y una

condensacin de HC pesados. Estos lquidos se acumulan en el

sistema, contaminando el glicol.


PRESIN DEL GAS DE ENTRADA

Normalmente la presin del gas de entrada no presenta

fluctuaciones como para ser considerado un factor critico.

Si la presin es muy baja el contenido de agua en el gas ser muy

alto.

La operacin por debajo de la presin de diseo ocasiona menor

remocin de vapor de agua a los mismos caudales de circulacin

del glicol y/o la concentracin del glicol pobre.


TEMPERATURA DEL GLICOL DE ENTRADA A

LA CONTACTORA

Esta temperatura tiene un efecto considerable sobre el descenso

del punto de roco del gas, esta debe mantenerse 10 20 Fsobre la temperatura del gas de entrada.

Si la temperatura es superior ocurren perdidas de glicol y punto de

roco mas altos.

Si la temperatura es mas baja, la viscosidad del glicol aumenta y

disminuye su eficiencia.


NMERO DE PLATOS EN LA TORRE CONTACTORA

Normalmente las unidades tienen 5 platos.

A medida que se adicionan platos o bandejas se obtienen

descensos mayores del punto de roco.

Muy rara vez se fabrican torres contactoras de mas de 10 platos o

bandejas.


CONCENTRACIN DE ENTRADA DEL GLICOL

El nico cambio que puede efectuarse para lograr un descenso

del punto de roco es el grado de reconcentracin del glicol que se

puede obtener por medio de la regeneracin, que es posible lograr

una concentracin hasta del 99,1 % por elevacin de la

temperatura sobre los 400 F.


Los HC pesados pasan al tanque de almacenamiento de glicol, si

no se retiran podran

Inundar el sistema.

La evaporacin de los HC contenidos en el vapor pueden inundar

la fraccionadora e incrementar los requerimientos de calor del

reherbidor y existir perdidas de glicol.


SCRUBBER O SEPARADOR DE ENTRADA

Este remueve el agua liquida, HC pesados, salmueras, solidos,

arena xidos, etc. que trae el gas de entrada.

Para grandes caudales de gas se usan separadores de filtro como

scrubbers para reducir la contaminacin del glicol.

En unidades pequeas una seccin en el fondo de la torre

contactora se usa como scrubber vertical.


Mientras mas limpio sea el gas menores sern los problemas

operacionales.

La cantidad de agua liquida diluir el glicol y bajara la eficiencia de

la torre, requerir mayor caudal de circulacin de glicol,

incrementara la carga de vapor y aumenta la demanda de calor y

como resultado perdidas de glicol y gas hmedo.

Si los HC lquidos estn presentes, estos pasaran a la

fraccionadora y al reherbidor.

Las fracciones mas livianas pasan al tope como vapor y crean

peligro de incendio.


TORRE CONTACTORA

El proceso consiste en poner en contacto un gas con un liquido

que tiene propiedades higroscpicas ( afn al agua )

presentndose una transferencia de masa entre los dos fluidos,

debido a la diferencia de concentracin de vapor de agua entre el

glicol y el gas.


INTERCAMBIADOR DE CALOR GAS/ GLICOL

El intercambiador puede ser un serpentn en la cima de la torre de

absorcin.

Cuando se tiene que evitar el calentamiento del gas se puede usar

un intercambiador de calor enfriado por agua y aire.

Este intercambiador puede acumular depsitos que obstruyen la

superficie y reducen el caudal de transferencia de calor e

incrementar la temperatura del glicol pobre.


ALMACENAMIENTO DEL GLICOL POBRE

El proceso exige el disponer un tanque para almacenar el glicol

regenerado que es bombeado a la torre absorbedora.

El glicol pobre almacenado puede arrastrar gases y vapor por

efecto de las altas temperaturas, por lo que se instala un venteo al

tanque acumulador para evitar presurizarlo y generar problemas a

la bomba de glicol.


INTERCAMBIADOR DE CALOR GAS RICO/

GLICOL POBRE

El glicol pobre que ha sido regenerado sale del rehervidor a alta

temperatura y transfiere calor al glicol rico que sale de la torre

contactora.


REGENERACIN DEL GLICOL

Se realiza por medio de la destilacin, separacin agua glicolfavorecidos por la diferencia del punto de ebullicin entre los 2

componentes.

( 225 F para el agua a 10 psig y 404 F para el glicol)

La torre de destilacin por lo general empacada separa el agua y

el glicol por destilacin fraccionada.


REHERVIDOR

Este equipo proporciona calor para separar el glicol y el agua por

destilacin simple.

Por lo general esta equipado con una caja de ignicin de fuego

directo, usando una porcin del gas para combustible, otros usan

petrleo caliente o vapor.


GAS DE DESPOJO

Este gas se usa para alcanzar altas concentraciones del glicol, las

cuales no se pueden obtener con la regeneracin normal.

Esto no da una mas alta depresin del punto de roco y mayor

deshidratacin.

El gas de despojo se usa para remover el agua residual despus

de que el glicol se ha reconcentrado en la regeneracin.

Hay varios mtodos para introducir el gas de despojo al sistema.


BOMBA DE CIRCULACIN DE GLICOL

Se usa para introducir el glicol al sistema, puede ser elctrica, o

de otro tipo dependiendo de las condiciones de operacin y

localizacin en la planta.

Comnmente se usa la bomba de gas glicol accionada por gas -glicol usa el glicol rico de alta presin en la torre para proveer

parte de la energa para su operacin.


SEPARADOR FLASH

Es opcional que se usa para recobrar el gas de la bomba y los HC

gaseosos provenientes del glicol rico.

Estos gases se pueden usar como combustible para el rehervidor.

Este separador es de baja presin y puede estar localizado entre

la bomba y el tanque de almacenamiento.


ABSORCIN DE GAS

Absorcin gaseosa es una operacin donde se separan uno o

mas componentes de una mezcla por medio de un liquido en el

que son solubles.

El mecanismo del paso de este componente de una a otra fase

comprende de una parte, las relaciones de equilibrio y de otra, la

velocidad con la que se desarrolla el proceso.


EQUILIBRIO DE FASES

La transferencia de materia alcanza un lmite cuando las dos fases

llegar al equilibrio.

Al mismo tiempo los gradientes de concentracin, indican el

alejamiento de la posicin de equilibrio que existe entre las fases.

Si se establece el equilibrio, los gradientes de concentracin y por

ende la rapidez de difusin descender a cero.


En este proceso, el vapor de agua es muy soluble en glicol, una

parte de las molculas de agua se transfieren del gas al liquido,

cruzando la superficie interfacial que separa las dos fases.

Parte de las molculas de agua regresaran al gas, con una

rapidez proporcional a su concentracin en el liquido.

Conforme mas molculas de agua entren en el liquido, tanto

mayor ser la rapidez con la cual el agua regresa al gas, pero en

algn momento sern iguales.


Al mismo tiempo por difusin las concentraciones en cada fase se

vuelven uniformes.

Ahora existe un equilibrio dinmico, aun cuando las molculas de

agua continan transfirindose de una fase a otra y las

concentraciones entro de cada fase ya no cambian.

Los siguientes principios son comunes a todos los sistemas en

que ocurra la distribucin de sustancias entre dos fases

insolubles.


* En un conjunto fijo de condiciones existe, con referencia a la

temperatura y presin una serie de relaciones en el equilibrio,

dichas relaciones pueden mostrarse grficamente en la forma de

una curva de distribucin en el equilibrio para cada sustancia

distribuida.

Con este propsito se grafican las concentraciones en el

equilibrio de las sustancias en las dos fases.


* Para un sistema en el equilibrio, no hay difusin neta de los

componentes entre las fases.

* Cuando un sistema no esta en equilibrio, la difusin de los

componentes entre la fases sucede de tal forma que el sistema

alcanza una condicin de equilibrio.

Si hay tiempo suficiente, prevalecern por ultimo las

concentraciones en el equilibrio.


SOLUBILIDAD GAS LQUIDO

La rapidez con la cual se disolver un componente gaseoso de

una mezcla en un lquido absorbente depende de la desviacin

del equilibrio que existe, por lo tanto es necesario considerar las

caractersticas del equilibrio de los sistemas gas lquido.


Si cierta cantidad de un gas simple y un lquido no voltil se

llevan al equilibrio, la concentracin resultante del gas disuelto en

el lquido recibe el nombre de solubilidad del gas a la temperatura

y presin predominante.

A una temperatura dada la solubilidad aumentar con la presin.


Si una mezcla de gases se ponen en contacto con un lquido, la

solubilidad en el equilibrio de cada gas ser independiente de la

de los dems, siempre y cuando el equilibrio se describa en

funcin de las presiones parciales de la mezcla gaseosa.

Si todos los componente del gas, excepto uno, son bsicamente

insolubles, sus concentraciones en el lquido sern tan pequeas

que no modifican la solubilidad del componente soluble, entonces

se puede aplicar la generalizacin de dos componentes.


DIFUSIN MOLECULAR

Es el movimiento debido a un estmulo fsico de un componente a

travs de la mezcla.

La principal causa es la existencia de un gradiente de

concentracin del componente que se difunde.

Un gradiente de concentracin provoca movimiento del

componente en una direccin tal que tiende a igualar las

concentraciones y destruir las concentraciones.


En la absorcin de gases, la difusin es por que el soluto se

difunde a travs de la fase gaseosa hacia la interface gaseosa

hacia la interface entre las fases y desde la interface a la fase

lquida.

El movimiento de las molculas individuales a travs de una

sustancia debido a su energa trmica es la forma como se

trabaja en la difusin molecular.

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