calculos de hidratos

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

SIMULACIÓN DE PROCESOS USANDO HYSYSAPLICACIONES EN TRATAMIENTO DE GAS NATURAL

Y DESTILACIÓN DE HIDROCARBUROS

Presentado a:

EMPRESA COLOMBIANA DE PETRÓLEOS - ECOPETROLGERENCIA CENTRO ORIENTE

Septiembre de 2002

Instructor:

Alonso Jaramillo SanclementeIngeniero Químico

Especialista en Ingeniería de Gas y Economía de Procesos

Hysys – Aplicaciones en Simulación de Procesos

ii

PREFACIO

En las últimas décadas las industrias de procesos han evolucionado

considerablemente como resultado de un mejor entendimiento del comportamiento

de fases y profundos estudios termodinámicos en el equilibrio de fases de sistemas

de fluidos particularmente de los hidrocarburos, obteniéndose correlaciones muy

confiables para el cálculo de propiedades. Adicionalmente, el desarrollo de

programas de computador para la simulación y el diseño de procesos, le permiten al

ingeniero estudiar diferentes esquemas y condiciones de proceso con relativa

facilidad. La sinergia de la interacción entre la ingeniería y las herramientas de

diseño ayudado por computador, han dado como resultado un mejor entendimiento

de los procesos y se han convertido en herramientas efectivas para el tratamiento

riguroso y comprensivo de nuevas tecnologías de procesamiento.


iii

TABLA DE CONTENIDO

página

1.0 INTRODUCCIÓN .........................................................................................1

1.1 Significado de la Simulación ...........................................................................11.2 Modelamiento en Estado Estacionario ............................................................1

2.0 INICIÁNDOSE EN LA SIMULACIÓN......................................................3

2.1 El “Simulation Basis Manager”.......................................................................32.1.1 El Ambiente “Main Flowsheet / Sub-Flowsheet / Column Sub-Flowsheet

/ Environment”................................................................................................42.1.2 Ambientes Relacionados ................................................................................72.2 Crear un Nuevo Caso de Simulación.............................................................102.3 Seleccionar un Conjunto de Unidades ...........................................................122.4 Adición de Corrientes ....................................................................................122.5 Adicionar un Componente Hipotético ...........................................................152.6 Definición de Términos Usados en Procesamiento de Gas Natural ..............17

Ejercicio 1 – Cálculos “Flash” & Diagramas de Fases..............................................18Ejercicio 2 – Separador de Dos Fases........................................................................22

3.0 CONTENIDO DE AGUA E HIDRATOS EN EL GAS NATURAL ......30

3.1 Contenido de Agua en el Gas Natural ...........................................................303.2 Hidratos del Gas Natural................................................................................303.2.1 Calentamiento de Gas ...................................................................................323.2.2 Prevención de Formación de Hidratos por Adición de Químicos ................343.2.3 Prevención de Formación de Hidrato por Deshidratación del Gas Natural .353.3 Saturando con Agua una Corriente en Hysys ................................................36

Ejercicio 3 – Saturación de un Gas Dulce .................................................................36Ejercicio 4 – Saturación de un Gas Agrio..................................................................39


iv

3.4 Cálculos de Condiciones de Formación de Hidratos.....................................40

Ejercicio 5 – Cálculos de Condiciones para Formación de Hidratos ........................40

3.5 Inhibición de Hidratos con Solventes Químicos ...........................................463.5.1 Método de Maddoz et al. ..............................................................................47

Ejercicio 6 – Inhibición de Hidrato con Metanol ......................................................48Ejercicio 7 – Inhibición de Hidratos con Etilen Glicol..............................................53

4.0 CONTROL DE PUNTO DE ROCÍO POR AGUA ..................................55

4.1 Diseño de un Deshidratador con Glicol.........................................................554.2 Operación de Deshidratación con Glicol .......................................................564.2.1 Separador de Entrada....................................................................................564.2.2 Absorbedora..................................................................................................564.2.3 Tanque Flash.................................................................................................574.2.4 Despojadora ..................................................................................................574.2.5 Rehervidor ....................................................................................................584.2.6 Bomba de Glicol ...........................................................................................584.2.7 Pérdidas de Glicol.........................................................................................58

Ejercicio 8 – Proceso de Deshidratación y Regeneración con Trietilen Glicol.........59

5.0 RECUPERACIÓN DE LÍQUIDOS DEL GAS NATURAL YCONTROL DE PUNTO DE ROCÍO POR HIDROCARBURO ............71

5.1 Absorción.......................................................................................................71

Ejercicio 9 – Absorción con Aceite Pobre.................................................................72

5.2 Condensación.................................................................................................75

Ejercicio 10 – Proceso de Refrigeración con Propano ..............................................76Ejercicio 11 – Procesamiento de Gas por Refrigeración ...........................................79

6.0 DESTILACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS......................83

6.1 Destilación .....................................................................................................83

Ejercicio 12 – Método Corto de Destilación .............................................................86


v

6.2 Convergencia de Torres de Destilación.........................................................91

Ejercicio 13 – Método Riguroso & Dimensionamiento de una Columna.................94

6.3 Caracterización de Crudos ...........................................................................1016.3.1 Paso Uno – Caracterizar el Ensayo (Assay) ...............................................1016.3.2 Paso Dos - Generar Pseudo Componentes .................................................1026.3.3 Paso Tres – Instalar el Crudo......................................................................1026.3.4 Propiedades de Usuario ..............................................................................1036.3.5 Correlaciones ..............................................................................................103

Ejercicio 14 – Caracterización de Crudo .................................................................103Ejercicio 15 – Torre Atmosférica de Crudo.............................................................108Ejercicio 16 – Torre Atmosférica de Crudo Mezclado............................................117

7.0 TRANSPORTE DE GAS NATURAL .....................................................126

Ejercicio 17 – Gas de Baterías a Planta ...................................................................126

FIGURAS

FIGURA 1 Diagrama de Flujo para Selección de un ModeloTermodinámico .............................................................................. 5

FIGURA 2 Relación entre los Diferentes Ambientes de Simulación ................ 8FIGURA 3 Water Content of Hydrocarbon Gas .............................................. 31FIGURA 4 Sistema Típico de Destilación ....................................................... 84FIGURA 5 Relación entre Razón de Reflujo y Número de Etapas .................. 85FIGURA 6 Caracterización de Crudos ........................................................... 102


1

SIMULACIÓN DE PROCESOS

1.0 INTRODUCCIÓN

1.1 Significado de la Simulación

Simulación es el proceso de modelar un sistema real y realizar corridas con dichomodelo para alcanzar un mejor entendimiento de dicho sistema. La construcción deun modelo y la posterior simulación, tiene una gran variedad de aplicaciones comoen aeronáutica, economía, biotecnología, ingeniería de procesos, etc.

El objetivo de este curso es dar algunas guías para construir casos de simulación, enprocesos como tratamiento de gas y destilación de hidrocarburos, usandoHysys.Process Ver 2.4.1. Una vez alcanzado este objetivo, el participante estará encapacidad de utilizar esta herramienta construyendo casos de simulación de procesosde su propio interés.

Los paquetes de simulación no son sistemas expertos. Los ingenieros de procesodeben especificar las operaciones unitarias ha ser ejecutadas, las conexiones entrelas diferentes operaciones unitarias, las condiciones de operación, y son losresponsables de un óptimo diseño. Los programas de computador tan sólo ejecutanbalances de masa y energía en la misma forma como si fueran realizados a mano.

1.2 Modelamiento en Estado Estacionario

HYSYS ha sido excepcionalmente creado en relación con la arquitectura delprograma, el diseño de la interfase, capacidades de ingeniería y operacióninteractiva. La capacidad integrada de modelamiento en estado estacionario ydinámico, mediante la cual el mismo modelo puede ser evaluado desde cualquier


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perspectiva compartiendo completamente la información de proceso, representa unavance bastante significativo en la industria.

Los diferentes componentes del programa HYSYS permiten una poderosaaproximación al modelamiento de procesos en estado estacionario. A un nivelbásico, es posible seleccionar en forma sencilla métodos de cálculo de propiedades yoperaciones, que le permiten al usuario modelar en forma confiable, un ampliorango de procesos. Sin embargo más importante aún, es la forma como el programapermite maximizar el tiempo de simulación empleado en la elaboración de unmodelo, incrementando el entendimiento del proceso.

La clave de esta última característica, es la operación de eventos manejados “EventDriven”. Usando un enfoque de grados de libertad, los cálculos en HYSYS seejecutan en forma automática. El programa ejecuta cálculos tan pronto como lospaquetes de propiedades y las operaciones unitarias tienen la suficiente informaciónrequerida. Cualquier resultado, incluyendo información parcial cuando un cálculocompleto no puede ser realizado, se propaga bidireccionalmente a través de todo eldiagrama de flujo. Lo que esto quiere decir, es que usando la información disponiblese puede empezar la simulación en cualquier punto del diagrama de flujo,característica que ofrece una gran ventaja. Dado que los resultados estáninmediatamente disponibles, incluyendo la forma como los cálculos se ejecutan, segana un gran entendimiento sobre cada uno de los aspectos individuales del proceso.

La arquitectura de diagramas de flujo múltiples es de vital importancia en elmodelamiento de procesos. Aunque HYSYS ha sido diseñado para permitir el usode múltiples paquetes de propiedades y la creación de plantillas pre-construidas, lamayor ventaja de los diagramas de flujo múltiples, es la posibilidad de organizarprocesos grandes en forma bastante eficiente. Mediante la división de grandesdiagramas de flujo en componentes más pequeños, es posible aislar cualquieraspecto para un análisis detallado. Cada uno de estos subprocesos forma parte de lasimulación global, y los cálculos se ejecutan automáticamente como cualquieroperación.

El diseño de la interface en HYSYS es consistente con esta forma de hacer elmodelamiento. El acceso a la información es el aspecto más importante para unmodelamiento exitoso, dando como hecho que se cumple con los requerimientosfundamentales para disponer de una información precisa. No solamente se tieneacceso a cualquier información cuando se necesite, sino que la misma se puedeencontrar simultáneamente en varias localizaciones. Así como no hay una formaestándar para construir un modelo, no hay una única forma para mirar un resultado.En HYSYS se usan una gran variedad de métodos para mostrar la información de


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proceso tales como: ventana individual de propiedades, el diagrama de flujo deproceso “PFD”, el “Workbook”, el “DataBook”, los “Graphical PerformanceProfiles” y los “Tabular Summaries”. No solamente toda esta información estásimultáneamente disponible, sino que cualquier componente de información seactualiza automáticamente siempre que cambien las condiciones de proceso.

La flexibilidad de HYSYS permite el uso de programas diseñados por terceraspartes, y la construcción de operaciones unitarias por el cliente. La conexión conHYSYS se hace a través de la característica de extensión OLE.

2.0 INICIÁNDOSE EN LA SIMULACIÓN

2.1 El “Simulation Basis Manager”

HYSYS usa el concepto de paquete de fluido el cual contiene toda la informaciónnecesaria para realizar cálculos de equilibrio y de propiedades físicas. Permitedefinir toda la información (modelo termodinámico, componentes puros ehipotéticos, parámetros de interacción, reacciones, datos tabulados, etc.) dentro deuna entrada sencilla. Esta característica permite tres ventajas claves:

• Toda la información está definida en una localización sencilla, lo cual permitefácilmente su creación y modificación.

• Los modelos termodinámicos se pueden almacenar como una entidadcompletamente definida para su uso en cualquier simulación.

• Se pueden usar múltiples modelos termodinámicos en la misma simulación. Sinembargo, todos ellos están definidos dentro del “Basis Manager” común.

El “Simulation Basis Manager” es una pantalla que permite crear y manipularcualquier modelo termodinámico en la simulación. Siempre que se abre un nuevocaso, HYSYS va directamente a esta localización. La pestaña Fluid Pkgs delSimulation Basis Manager contiene un listado y suministra el acceso para ladefinición del modelo termodinámico. Se pueden usar uno o varios modelostermodinámicos en una simulación, como se explicó anteriormente.

Los programas actuales de simulación de procesos, presentan un gran número demodelos termodinámicos suministrados para ejecutar cálculos de sistemas de fluidosquímicos. Con esta gran variedad de modelos disponibles, cómo se decide que


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modelo usar para determinado sistema? Habiendo seleccionado un modelo, quéverificaciones adicionales se requieren para validar si el modelo seleccionado esadecuado? Es responsabilidad del ingeniero que está simulando tener unaapreciación sobre las debilidades de cada modelo, ya sea por las suposiciones hechasen el desarrollo del modelo matemático, o por la precisión de las propiedades quepredice. El ingeniero necesita tener un entendimiento general del comportamiento defases de los sistemas, puesto que esto tendrá un gran efecto sobre la interpretaciónque le dé a los resultados de la simulación.

La Figura 1 (en la próxima página) se puede usar como una guía para seleccionar elmodelo más apropiado de equilibrio líquido-vapor para una mezcla determinada.

Puesto que Hysys maneja varios ambientes de simulación, a continuación sepresenta una explicación sobre los ambientes de simulación que corresponden aldiagrama de flujo principal “Main Flowsheet” que tiene relación con la plantillasubdiagrama de flujo “Template Sub-Flowsheet”, y al ambiente OilCharacterization Environment.

En el ambiente principal “Main Flowsheet” o en el “Template Sub-Flowsheet”,cualquier operación disponible en HYSYS se puede accesar vía el “Palette”,(excepto aquellas específicamente asociadas con columnas tales como secciones deplatos, rehervidores, etc.). Cuando se está dentro de una plantilla “Column Sub-Flowsheet” se dispone de un “Palette” específico. El “Palette” y su función seexplica más adelante con la construcción del primer caso de simulación.

El otro ambiente principal es el Oil Characterization Environment el cual permitecaracterizar un crudo creando y definiendo ensayos “Assays” y mezclas “Blends”.Con el procedimiento para caracterización de un crudo se generan pseudocomponentes de petróleo para usarlos en los paquetes de propiedades. El “OilEnvironment” es accesible únicamente desde el ambiente “Simulation BasisEnvironment”.

Estos dos tipos de ambientes tienen un gran significado en lo que respecta con lainteracción entre el diagrama de flujo principal y los subdiagramas.

2.1.1 El Ambiente “Main Flowsheet / Sub-Flowsheet / Column Sub-Flowsheet /Environment”

Se dice que el Main Flowsheet es el diagrama de flujo padre para los Sub-Flowsheets que contiene. Un Sub-Flowsheet puede también ser un diagrama de

DIAGRAMA DE FLUJO PARA SELECCIÓN DE UN MODELO TERMODINÁMICO

Peng Robinson

Tiene bastante H2 ? P < 1,000 psia ?

Es agua pura ? ASTM 1967 Steam Package P < 10 atm ? Grayson-Streed

Aplican las restricciones Peng RobinsonEs agua agria ? de Chao-Seader ? (SRK, PRSV, Chao, Grayson)

( H2O, CO2, H2S, NH3 + Sour PR o Sour SRK

hidrocarburos)Peng Robinson(SRK, PRSV)

Es gas natural + AminesEndulzamiento ? Package P < 100 mm Hg ? Presión de Vapor

Presión de VaporEs gas natural + Peng (PR, SRK, PRSV)

Agua ? Robinson

Tiene aceite ?

P < 10 atm ?Tiene compuestos

polares ?

Aplican las restricciones Peng Robinsonde Chao-Seader ? (SRK, PRSV, Chao, Grayson)

Peng Robinson(SRK, PRSV)

Modelos de Actividad

FIGURA 1

Si

Si

Si

No

Si

No

No

Si

NoSi

No

Si

No

Si

No

Si

NoNo

NoSi

No

Si

Si

No

B

A

Si

NoCerca de Pto. Crítico ?

PRSV, Modelo Actividadcon RK-Fase Vapor Ideal

No

SiPRSV

Fase Líquida Fase Vapor

División Fases ? Dimerización Fase Vapor ?

Wilson, Uniquac,NRTL, Margules,

Van Laar

Ley deGas Ideal

No No

Virial

SiUniquac, NRTL,

Margules,Van Laar

SiRestricciones de Chao-Seader :* 0<T<500°F y P<1,000 psia* Hidrocarburos (excepto Metano), 0.5<Tri<1,3 y Pr,mezcla<0,8* Si hay CH4 o H2, Tr,mezcla<0,93 y CH4<0,3 fracc. mol y Gases disueltos<0,2 fracc. mol* Para predecir K de parafinas y olefinas, Fase líquida aromáticos < 0,5 fracc. mol. Para aromáticos se reversa la regla.

A

B

SUBSTANCIA

5


6

flujo padre si contiene otros Sub-Flowsheets.

El “Main Flowsheet Environment” es la localización en la cual se realiza la mayoríadel trabajo, instalación y definición de - corrientes, operaciones unitarias, columnasy subdiagramas de flujo. Este diagrama de flujo sirve como el nivel base o diagramade flujo principal para el caso completo de simulación. Cualquier número desubdiagramas pueden ser generados desde este diagrama de flujo principal. Mientrasque hay solamente un ambiente para el diagrama de flujo principal, cadasubdiagrama que se instale tiene su propio ambiente.

El escritorio para el ambiente del diagrama de flujo principal contiene Barra deMenús y Barra de Botones diseñados para construir y correr los casos desimulación. Hay dos ventanas principales del caso de simulación el Workbook y elPFD.

El ambiente del subdiagrama es muy parecido al ambiente del diagrama de flujoprincipal, en el cual se pueden instalar corrientes, operaciones y otros subdiagramas.Una diferencia es que mientras se está en el ambiente de un subdiagrama, loscálculos en estado estacionario en otras áreas de la simulación quedan en espera, yno se realizan hasta tanto no se retorne al ambiente del diagrama de flujo principal.

Entre la apariencia de los escritorios para el ambiente de los subdiagramas y deldiagrama de flujo principal, hay una pequeña diferencia representada en la adición ala barra de botones, de un botón para el ambiente de simulación padre.

En forma similar a lo descrito anteriormente para el ambiente de un subdiagrama, elambiente Column Environment es donde se instalan y definen las corrientes yoperaciones contenidas en un subdiagrama columna Column Sub-Flowsheet.Ejemplos de operaciones unitarias disponibles para usar en un subdiagrama columnaincluyen secciones de platos, condensadores, rehervidores, despojadoras laterales,intercambiadores de calor y bombas. HYSYS contiene plantillas pre-construidaspara subdiagramas columna con las cuales rápidamente se puede instalar unacolumna de determinado tipo y luego si es necesario, se adecua de acuerdo con supropio ambiente requerido.

Enter Parent SimulatorEnvironment


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Una plantilla o Template puede ser una plantilla para un Subdiagrama Columna conun archivo de extensión *.col, o una plantilla subdiagrama “Sub-FlowsheetTemplate”, que corresponde a un diagrama normal de flujo de HYSYS con algunainformación adicional contenida en sus propiedades principales, y con un archivo deextensión diferente usado cuando es almacenado en disco ( *.tpl ).

La Barra de Menús, la Barra de Botones y las ventanas principales para el ambiente“Column Environment” han sido diseñadas exclusivamente para el diseño, lamodificación y la convergencia de los subdiagramas de flujo Columna. Por ejemplo,una ventana adicional (el Column Runner) ha sido adicionada con sucorrespondiente menú de entrada y Barra de Botones, para suministrar el acceso.Aún con estos cambios, la apariencia del escritorio para el ambiente “ColumnEnvironment” continúa siendo muy similar a la apariencia del escritorioconvencional para el ambiente del diagrama de flujo principal.

Por la naturaleza del método de solución de un subdiagrama Columna, este nosoporta otros subdiagramas de flujo.

2.1.2 Ambientes Relacionados

El diagrama en la Figura 2 muestra la relación que existe entre los diferentesambientes. Las flechas indican las direcciones en las cuales normalmente uno semueve entre los ambientes, cuando se está construyendo un caso de simulación conHYSYS. El proceso típico para construir un caso de simulación es como sigue:

1. Crear un nuevo caso de simulación y definir las opciones a seguir en elSimulation Basis Environment.

2. Estando en el Simulation Basis Environment se puede hacer lo siguiente:

Column Runner


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FIGURA 2

RELACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES AMBIENTES DE SIMULACIÓN

• Escoger un método termodinámico y los componentes puros de la librería decomponentes de HYSYS.

• Crear y definir componentes hipotéticos.

• Definir reacciones.

Start HYSYS &Create a New

Simulation Case

Simulation Basis

Environment

OilCharacterization

Environment

Sub-Flowsheet

Environment

Main Flowsheet

Environment

Column

Environment

Sub-Flowsheet

Environment


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En este punto se tienen dos posibilidades. Si se dispone de un fluido de petróleo paracaracterizar, proceder con el paso 3. Si no, proceder con el paso 5.

3. Entrar al ambiente Oil Characterization Environment en el cual es posiblehacer lo siguiente:

• Definir uno o más Ensayos “Assays” y Mezclas “Blends”.

• Generar pseudocomponentes del petróleo los cuales representan el crudo.

4. Volver al ambiente Simulation Basis Environment.

5. Entrar al ambiente Main Flowsheet Environment, en el cual es posible hacer losiguiente:

• Instalar y definir corrientes y operaciones unitarias en el diagrama de flujoprincipal para el caso de simulación.

• Instalar operaciones columna “Columns”, operaciones pre-construidas comoplantillas de procesos “Process Templates” y subdiagramas de flujo “Sub-Flowsheets”.

6. Entrar al ambiente Column o Sub-Flowsheet Environment cuando se requierahacer cambios en la topología, o si se quiere sacar ventaja del escritorio propiodel ambiente del subdiagrama de flujo.

Tener presente que en cualquier momento durante la simulación, es posible moverseentre los diferentes ambientes de diagramas de flujo. Las flechas en el diagrama dela Figura 2 muestran que los ambientes Column y Sub-Flowsheet Environments,son accesibles solamente desde el diagrama de flujo principal Main Flowsheet. Sinembargo, esta es solamente la forma típica de moverse entre los diferentesambientes. El Navigator permite moverse directamente de un diagrama de flujo aotro. La única restricción es que el Oil Environment solamente puede ser accesadodesde el Simulation Basis Environment.

Navigator Button


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2.2 Crear un Nuevo Caso de Simulación

1. Empezar un nuevo caso seleccionando el botón New Case.

2. Crear un paquete de propiedades seleccionando el botón Add desde la pantalladel “Simulation Basis Manager”.

3. Seleccionar “EOSs” para escoger una Ecuación de Estado.

4. Un buen modelo para hidrocarburos líquidos y gaseosos es Peng Robinson.Escoger el modelo de Ecuación de Estado de Peng Robinson.

New Case


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5. Ir a la pestaña Components. Desde esta pestaña se adicionan los componentespara el caso. En el cuadro que dice Match, escribir H2O y presionar “Enter”,escribir N2 y presionar “Enter”, escribir CO2 y presionar “Enter”, escribir H2Sy presionar “Enter”. Usando el “mouse”, seleccionar desde Methane hasta n-Heptane y presionar “Enter”. Hacer “Click” sobre “X” para cerrar la ventana

del paquete de fluido y presionar el botón Enter Simulation Environment….Ahora se puede empezar a construir un caso de simulación, iniciando en lapantalla que se observa a continuación, la cual corresponde a la ventana deldiagrama de flujo de proceso “PFD”.

El Object Palette se puede usar para instalar corrientes y operaciones. El ObjectPalette se puede abrir o cerrar desde la opción Flowsheet en la Barra de Menús ousando la tecla <F4>.

Object Palette


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2.3 Seleccionar un Conjunto de Unidades

En HYSYS es posible cambiar el conjunto de unidades usadas para mostrar lasdiferentes variables. En este curso trabajaremos principalmente con el conjunto deunidades Field.

1. Desde la Barra de Menús escoger Tools y seleccionar Preferences.

2. Cambiar a la pestaña Variables y seleccionar Units.

3. Seleccionar el conjunto de unidades Field.4. Hacer click sobre “X” para regresar al ambiente de simulación.

2.4 Adición de Corrientes

En HYSYS hay dos tipos de corrientes, de Materia y de Energía. Las corrientes deMateria tienen una composición y parámetros tales como temperatura, presión yratas de flujo. Estas se usan para representar corrientes de proceso. Las corrientes de


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Energía tienen solamente un parámetro, flujo de calor. Se usan para representar elduty suministrado a, o retirado de, una operación unitaria.

La ventana del PFD se puede maximizar haciendo click sobre el respectivo botón defunción localizado en la parte superior derecha del PFD:

Para ver todos los objetos en una misma ventana, se hace click sobre el respectivo botón defunción:

Hay una gran variedad de formas para adicionar una corriente, una de ellas esusando el Object Palette.

1. Seleccionar el Object Palette presionando <F4>, colocar el puntero del mousesobre la flecha azul de corriente de materia, mantener presionado el botónsecundario del mouse y arrastrarlo a la localización deseada en el PFD. Liberarel botón del mouse y la corriente quedará instalada.

Otra forma es,

2. Desde el Palette hacer click sobre la flecha azul de la corriente de materia,colocar el puntero del mouse en la localización deseada sobre el PFD y hacernuevamente click.

3. Hacer doble click sobre la corriente 1 para desplegar la ventana de propiedadesde la corriente. Hacer click sobre el cajón Stream Name y escribir Gas deProducción, presionar la tecla Enter.

4. Hacer doble click sobre la celda Molar Flow para entrar la fracción mol del gas.

5. Entrar la siguiente composición molar: H2O = 0.0000, N2 = 0.0094, CO2 =0.0562, H2S = 0.0187, C1 = 0.7114, C2 = 0.0654, C3 = 0.0328, iC4 =

Zoom All


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0.0169, nC4 = 0.0084, iC5 = 0.0478, nC5 = 0.0095, nC6 = 0.0169 y nC7 =0.0066.

6. Presionar el botón OK cuando se hayan entrado todas las fracciones molares.

7. Entrar los siguientes datos: Temperature = 178 ºF, Pressure = 966.8 psia yMolar Flow = 6,527 lbmole/h.

8. Como puede verse en la Fig. A, HYSYS ha calculado un equilibrio flash P – T.La corriente está en fase vapor porque - Vapour/Phase Fraction = 1.00000.

9. Para realizar un cálculo de punto de rocío, borrar la temperatura y entrar1.00000 en la celda Vapour/Phase Fraction. La temperatura calculada es177.86 °F siendo ésta la temperatura de punto de rocío, porque la composicióndel gas está dada en base seca (libre de agua). Borrar el valor de 1.0000 en lacelda Vapour/Phase Fraction y entrar una temperatura de 178 ºF.

10. Hacer clik sobre “X” para regresar al PFD.

11. Desde la Barra de Menús hacer click sobre File, seleccionar Save As... y escribirCálculo Flash para archivar el caso.


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Las celdas con datos en color azul son para datos de entrada, las celdas con datos en color negroson datos calculados y no es posible modificarlos.

2.5 Adicionar un Componente Hipotético

Es muy frecuente encontrar en el gas natural cantidades significativas de C6+ (n-hexano y más pesados) o C7+ (n-heptano y más pesados). El cálculo de laspropiedades termodinámicas y el comportamiento de fases para estas fracciones, esmuy importante en el comportamiento de la mezcla gaseosa. Para asegurar uncomportamiento de fases adecuado, es necesario la caracterización apropiada deestas fracciones.

Si la mezcla gaseosa contiene C7+, la caracterización de esta fracción tendrá unainfluencia importante sobre la forma de la envolvente de fases que se genere,particularmente en la determinación de puntos de rocío. El C7+ es el componentemás pesado en la mezcla y dictará las características de la línea de punto de rocío yde la región retrógrada, puesto que será el primer componente de la mezcla quecondensa.

Para cálculos termodinámicos y de comportamiento de fases, es necesario conocerciertas propiedades del C7+, incluyendo temperatura crítica, presión crítica, peso

Fig. A. P - T Flash Fig. B. Dew Point Temperature


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molecular y acentricidad. En muchos casos, estas propiedades se desconocen ydeben ser calculadas mediante correlaciones empíricas, desarrolladasespecíficamente para una fracción típica del petróleo en un rango determinado deebullición. Hidrocarburos pesados como el C7+ pueden ser caracterizados enHYSYS como pseudocomponentes o componentes hipotéticos.

1. Abrir un nuevo caso y escoger el conjunto de unidades Field. Hacer click sobre“X” para cerrar la ventana.

2. Adicionar la ecuación de estado de Peng-Robinson, ir a la página Componentsen el “Fluid Package”.

3. Adicionar los siguientes componentes puros N2, CO2, H2S, C1, C2, C3, iC4, nC4,iC5, nC5 and nC6.

4. Seleccionar el radio-botón Hypothetical en el “Add Comps group” paraadicionar un componente hipotético al “Fluid Package”.

Un componente hipotético se puede usar para modelar componentes que no seencuentran dentro de la librería, para mezclas definidas, mezclas indefinidas o parasólidos. Nosotros vamos a usar un componente hipotético para modelar loscomponentes en la mezcla gaseosa más pesados que el hexano. Para crear estecomponente hipotético, seleccionar el botón Quick Create A Hypo Comp….

5. En la pestaña de identificación ID de la pantalla componente hipotético,suministrar el nombre del componente Component Name C7+.

En este caso, no conocemos la estructura del componente hipotético y puesto queestamos modelando una mezcla, el “Structure Builder” no será usado.

6. Ir a la pestaña critical. La única propiedad suministrada por el laboratorio parael componente C7+ es el Normal Boiling Pt. Entrar un valor de 230 °F.Presionar el botón Estimate Unknown Props para estimar todas las otraspropiedades y definir completamente el componente hipotético.

7. Una vez definido el componente hipotético, regresar al Fluid Package cerrandola pantalla del componente hipotético (hacer click sobre “X”).

8. Adicionar el componente hipotético al listado “Current Component List”seleccionándolo en el grupo Hypo Components y luego presionando el botónAdd Hypo.


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Todo componente hipotético que se cree forma parte del grupo “Hypo Group”. Pordefinición, este componente hipotético es localizado en el grupo “HypoGroup1”. Esposible agregar grupos adicionales y mover hipotéticos entre ellos. Esto se hace enla pestaña “Hypotheticals” del “Simulation Basis Manager”.

9. Hacer click sobre “X” para cerrar la pantalla “Fluid Package” y presionar elbotón Enter Simulation Environment… .

10. En la Barra de Menús hacer click sobre File, seleccionar Save As... y escribirEjercicio 1 para archivar el caso.

2.6 Definición de Términos Usados en Procesamiento de Gas Natural

Es deseable definir algunos de los términos más comúnmente usados. Acontinuación se indican algunos de ellos:

Gas Natural Crudo Gas sin tratar desde o dentro del yacimiento.(Raw Gas)

Gas Residual o de Venta Gas que tiene la calidad para ser un combustibledomestico o industrial. Cumple con las especificacionesimpuestas por la compañía de transmisión y/odistribución.

Gas Agrio (Sour Gas) Gas que contiene más de 1 grain de H2S/100 SCF ( 16ppm ). Generalmente mucho más que esto.

Gas Dulce (Sweet Gas) Gas cuyo contenido de sulfuro de hidrógeno es menorque 1 grain / 100 SCF.

Gas Húmedo (Wet Gas) Gas que contiene más de 0.1 galones (US) decondensado por 1000 CF de gas.

Gas Seco (Dry Gas) Gas que contiene menos de 0.1 galones de condensadopor 1000 CF de gas.


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GPM para un gas Galones del líquido por 1000 CF de gas. Esto puede sergalones US or Imperial.

Gas Rico (Rich Gas) Gas que contiene una gran cantidad de compuestos máspesados que el etano, alrededor de 0.7 galones US de C3

+

por 1000 CF de gas.

Gas Pobre (Lean Gas) Gas que contiene muy poco propano y más pesados - o elgas efluente de una unidad de recuperación de líquidos.

Pentanos + Los pentanos y fracciones de hidrocarburo líquido máspesadas.

Condensado La fracción de hidrocarburos líquida obtenida de unacorriente de gas conteniendo esencialmente pentanos +.

Gasolina Natural Un líquido recuperado del gas natural con determinadapresión de vapor. Ver el GPSA Data Book para variosgrados.

Aceite Pobre (Lean Oil) Aceite de absorción regenerado enviado a unaabsorbedora.

Aceite Rico (Rich Oil) Aceite de absorción conteniendo material absorbido. Elefluente de una absorbedora.

Solución Pobre Una solución para endulzamiento despojada.(Lean Solution)

Solución Rica Una solución para endulzamiento que contiene ácido(Rich Solution) absorbido

Ejercicio 1 – Cálculos “Flash” & Diagramas de Fases

HYSYS puede realizar tres tipos de Cálculos Flash para una corriente: P - T, Vf - Pand Vf - T. Una vez conocidas la composición y un par de los siguientes parámetros- temperatura, presión o fracción de vapor, HYSYS realiza cálculos flash para lacorriente, determinando el tercer parámetro.


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Mediante estas características de HYSYS, es posible realizar cálculos de puntos derocío y de burbuja. Especificando una fracción de vapor de 1.0 y presión otemperatura de la corriente, HYSYS calculará la temperatura o presión de rocío.Para calcular la temperatura o presión de burbuja, se especifica una fracción devapor de 0.0 y se entra bien sea la temperatura o la presión.

1. Abrir el archivo Ejercicio 1.

2. Adicionar cuatro corrientes de materia, abrir la ventana de propiedades de lascorrientes y entrar los nombres y las composiciones molares de ellas según latabla siguiente.

TIPO DE GASGas Seco Gas Rico Gas en

SoluciónGas Agrio

Composición MolarN2 0.70 0.98 0.52 0.38

CO2 0.89 0.87 0.82 2.62H2S 0.00 0.00 0.00 7.09C1 92.32 82.13 77.70 75.41C2 3.25 8.25 10.35 5.33C3 1.80 4.53 6.85 3.74iC4 0.43 1.05 0.77 1.22nC4 0.61 1.45 1.73 0.92iC5 0.00 0.28 0.36 0.51nC5 0.00 0.35 0.41 0.38nC6 0.00 0.09 0.25 0.19C7

+ 0.00 0.02 0.24 2.21100.00 100.00 100.00 100.00

3. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón Workbook para realizar elEjercicio 1.

(Salvar como “Ejercicio 1” presionando el botón para salvar)


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4. Realizar cálculos flash y llenar la tabla siguiente:

Gas Seco Gas Rico Gas enSolución

Gas Agrio

- Punto de Rocío a 300 psia, T = ?- Punto de Burbuja a 300 psia, T = ?- Flash a 900 psia y 50 ºF, Vf = ?

(Salvar como “Ejercicio 1” presionando el botón para salvar)

HYSYS tiene disponible un conjunto de herramientas muy prácticas denominadasUtilities, que permiten interactuar con el proceso que se está simulando,suministrando información adicional o análisis de operaciones o corrientes. Una vezinstalada la utilidad, se vuelve parte del diagrama de flujo, calculandoautomáticamente cuando cambian las condiciones en la corriente o la operación a lacual está unida.

Como en la mayoría de los objetos en HYSYS, hay varias formas de unir Utilities alas corrientes.

La herramienta Envelope Utility permite examinar la relación entre parámetrosseleccionados para una corriente de composición conocida, incluyendo corrientescon un solo componente. Envolventes Vapor-Líquido se pueden graficar para lassiguientes variables:

• Presión - Temperatura• Presión-Volumen• Presión - Entalpía• Presión-Entropía• Temperatura - Volumen• Temperatura - Entalpía• Temperatura - Entropía


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A continuación se adicionará una utilidad Envelope Utility para la corriente GasSeco, desde la ventana de propiedades de la corriente.

5. Abrir la ventana de propiedades de la corriente, desde el Workbook haciendodoble click sobre el nombre Name de la corriente Gas Seco.

6. Ir a la pestaña Attachments, seleccionar Utilities y presionar el botón Create...para acceder a la ventana “Available Utilities”. Seleccionar Envelope y luegopresionar el botón Add Utility para desplegar la ventana “Envelope Utility”. Enla celda Name escribir “Envolvente Gas Seco”. En la ventana “Envelope” semuestran los valores para temperatura y presión critica, así como el“Cricondentherm” y el “Cricondenbar”.

7. Cambiar a la pestaña Performance para ver la envolvente según se prefiera (P-T, P-V, P-H, P-S, T-V, T-H and T-S). Presionar el botón Table... para ver losdatos de la envolvente en forma de tabla.

Usar la utilidad Envelope Utility para crear las envolventes – Envolvente Gas Rico,Envolvente Gas en Solución y Envolvente Gas Agrio – y llenar la tabla siguiente:

Gas Seco Gas Rico Gas enSolución

Gas Agrio

- Critical Temperature, ºF- Critical Pressure, psia- Cricondentherm, ºF- Cricondenbar, psia

(Salvar como “Ejercicio 1” presionando el botón Save Case)

• El Cricondentherm es la máxima temperatura a la cual pueden existir las dosfases líquido-vapor.

• El Cricondenbar es la máxima presión a la cual pueden existir las dos faseslíquido-vapor.


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Ejercicio 2 – Separador de Dos Fases

Un flujo molar de 6,527 lbmole/h de gas saturado con agua a 966.8 psia y 178 ºF,está yendo desde un separador de producción en una facilidad de recolección, hastael separador de entrada de una planta de gas que está a 915 psia y 100 ºF. Calcularlas ratas de flujo del gas y líquido y dimensionar el separador de dos fases.Considerar una tubería de 16” de diámetro, cédula 40 con una longitud de 139,000ft.

1. Abrir el caso Cálculo Flash.

2. Adicionar la corriente Agua de Producción. Hacer doble click sobre la celdaMolar Flow y entrar una fracción molar de agua (H2O) de 1.0000, presionar elbotón Normalize y luego el botón OK.

3. Entrar una temperatura de 178 ºF y una presión de 966.8 psia. Hacer click sobre“X” para cerrar la ventana de propiedades de la corriente.

4. Adicionar una operación Balance. Desde el “Palette”, hacer click sobre el iconoBalance, mover el puntero del mouse y hacer click sobre la localización delPFD en la cual se desea colocar la nueva operación.


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5. Desde el PFD, hacer doble click sobre el icono Balance para desplegar laventana de propiedades “Balance”. Sobre la pestaña Connections entrar lainformación mostrada en la figura a continuación:

- Inlet Streams = “Agua de Producción”, “Gas de Producción”- Outlet Streams = “Gas de Producción con Agua”

6. Desde la pestaña Parameters, hacer click sobre el cajón para marca Mole.Presionar la pestaña Worksheet, especificar una temperatura de 178 ºF y unapresión de 966.8 psia para la corriente “Gas de Producción con Agua”. Hacerclick sobre “X” para regresar al PFD.

7. Desde la Barra de Botones, hacer click sobre el botón Workbook:

8. Ajustar manualmente el flujo másico de la corriente “Agua de Producción” hastaque se genere una pequeña cantidad de agua libre (la Vapour Fraction de la

Balance


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corriente “Gas de Producción con Agua” debe ser un poco menor que 1.0000).De esta manera, para un valor de 1,000 lb/h la fracción de vapor es 1.0000, paraun valor de 1,115 lb/h es 0.9999, para un valor de 1,114 lb/h es 1.0000, escogereste último valor.

9. Desde la Barra de Botones, presionar el botón PFD para regresar al ambientedel diagrama de flujo de proceso:

10. Desde la Barra de Menús hacer click sobre File, seleccionar Save As... y escribirEjercicio 2 para archivar el caso.

La ventana del PFD se puede maximizar haciendo click sobre el botón de función localizado enla esquina superior derecha del PFD

11. Desde el “Palette” adicionar una operación Pipe Segment:

12. Desde el PFD, hacer doble click sobre el icono Pipe Segment para desplegar laventana de propiedades del segmento de tubería Pipe Segment. Sobre la pestañaDesign, escoger Connections y entrar la información sobre las corrientes que seindica a continuación:

- Inlet = “Gas de Producción con Agua”- Outlet = “Gas de Llegada”- Energy = “EP-100”

13. Sobre la pestaña Design, escoger Parameters y seleccionar la correlación deBeggs and Brill la cual es muy usada para cálculos de flujo en dos fases (VL).

Sobre la pestaña Rating, se construye el perfil longitud-elevación para el segmentode tubería “Pipe Segment”. Cada sección de tubería y accesorio es marcado como un

Pipe Segment


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segmento “segment”. Para definir completamente los segmentos de secciones detubería, se debe especificar la cédula de la tubería “pipe schedule”, el diámetro, elmaterial y el número de incrementos “Increments”.

Secciones de tubería horizontal tienen una elevación de 0. Una elevación positiva indica que lasalida está más alta que la entrada.

14. Presionar la pestaña Rating, escoger Sizing, presionar el botón AppendSegment y especificar la siguiente información para el segmento:

- Fitting/Pipe = Pipe- Length = 139,000 ft- Elevation Change = 0.0000- Hacer doble click sobre la celda Outer Diameter- Pipe Schedule = Schedule 40- Señalar 16.00 in en el cuadro Available Nominal Diameters, hacer click

sobre el botón Specify y nuevamente click sobre “X” para cerrar la ventanaPipe Info. Usar el Material que se encuentra por defecto, Mild Steel.

15. Sobre la pestaña Rating, escoger Heat Transfer y especificar la siguienteinformación:

- Ambient Temp = 90 ºF- Heat Transfer Coefficient Estimation = click sobre el cajón para marca

Outside- Click sobre el cajón para marca Estimate Outer HTC- Ambient Medium = Ground- Ground Type = Wet Clay


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16. Click sobre “X” para regresar al PFD.


17. Desde el Palette adicionar una operación Separator:

Separator


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18. Desde el PFD, hacer doble click sobre el icono Separator para desplegar laventana de propiedades “Separator”. Sobre la pestaña Design, escogerConnections y entrar la siguiente información:

- Inlets = “Gas de Llegada”- Vapour Outlet = “Gas”- Liquid Outlet = “Líquido”

19. Click sobre “X” para regresar al PFD.


20. A continuación se adiciona la utilidad Vessel Sizing para dimensionar vasijas:

- Desde la Barra de Menús hacer click sobre Tools, seleccionar Utilities.Escoger Vessel Sizing, presionar el botón Add Utility.

- Seleccionar Connection, entrar la siguiente información: Name = Separadorde Entrada, presionar el botón Select Separator..., en el cajón Objectseleccionar V-100 y presionar el botón OK, hacer click sobre el cajón paramarca Horizontal.

- Escoger Sizing, ir a la tabla Available Specifications y seleccionarDemister Thickness, presionar el botón Add Spec. Ir a la tabla Active


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Sizing Specifications, entrar la siguiente información: L/D Ratio = 5.9, Liq.Res. Time = 000:15:0.00, Demister Thickn = 6 in.

- Escoger Construction, entrar la siguiente información: Material Type =Carbon Steel, Shell Thickness = 2.25 in, Corrosion Allowance = 0.0625 in,Efficiency of Joints = 0.85.

- Seleccionar la pestaña Performance y ver los cálculos:


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- Hacer click sobre “X” para cerrar la ventana Vessel Sizing, hacer click sobre“X” para cerrar la ventana Available Utilities y regresar al PFD.



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(1) ENGINEERING DATA BOOK, Gas Processors Suppliers Association – GPSA, Eleven Edition – FPS, 1,998.

3.0 CONTENIDO DE AGUA E HIDRATOS EN EL GAS NATURAL

3.1 Contenido de Agua en el Gas Natural

Todo gas natural proveniente de un yacimiento está completamente saturado conagua en fase vapor. Puesto que las especificaciones del gas de venta limitan elcontenido de vapor de agua a una pequeña fracción de la cantidad de agua contenidaa saturación, es necesario procesar el gas crudo a fin de remover el agua. Esteproceso comúnmente se llama deshidratación.

La Figura 3 es conocida como la carta de McKetta & Wehe, en la cual se encuentrael contenido de agua para un gas natural a saturación, para un amplio rango decondiciones presión y temperatura. Esta carta se encuentra en la Figura 20-3 delGPSA(1). La correlación fue desarrollada en los años 1950's para gas natural. Se hadeterminado que para gases que contienen cantidades apreciables de H2S y C02, elcontenido de vapor de agua a presiones elevadas es mucho más alto que para gasnatural dulce. El GPSA suministra cartas adicionales para este tipo de gases comolas que se muestran en las Figuras 20-8 a 20-11, las cuales se usan para mejorar elestimado de contenido de agua de un gas natural que contiene gas ácido.

3.2 Hidratos del Gas Natural

Los hidratos son complejos sólidos cristalinos estables parecidos al hielo, que seforman a temperaturas por debajo del punto de congelación del agua, cuando haypresencia de agua líquida con el gas natural a presiones elevadas. La temperatura deformación de hidratos a una presión dada depende de la composición del gas. Haydos estructuras de hidratos que se forman con el gas natural, llamadas simplementeEstructura 1 y Estructura 2. Las moléculas de agua forman el enrejado de lasestructuras que contienen los espacios huecos, dentro de los cuales entran lasmoléculas de gas.

Cuando se forman los hidratos, se aglutinan dentro de una corriente y bloquean elflujo de la misma. Es muy común que se tapen las tomas de presión en losmedidores de presión diferencial, produciendo falsas lecturas de presión y por tantoerrores de medición. Una vez formados los hidratos, su remoción es bastante difícil


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FIGURA 3


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Baillie & Wichert desarrollaron una carta para estimar las condiciones de formaciónde hidratos para el gas natural agrio, la cual se puede usar también para gas dulce.Esta carta se encuentra en la Fig. 20-27 del GPSA. Adicionalmente el GPSAsuministra un método para estimar las condiciones de presión y temperatura deformación de hidratos, mediante el uso de relaciones de equilibrio vapor/sólido.

En una tubería es posible prevenir la formación de hidratos, mediante el uso de unode los siguientes tres métodos convencionales:

1. Calentamiento del gas2. Adición de un químico3. Deshidratación

3.2.1 Calentamiento de Gas

Un método comúnmente usado en climas muy fríos es calentar el gas mediantecalentadores indirectos y transportarlo a través de tuberías con aislamiento. Si lasdistancias son muy grandes, se instalan calentadores intermedios normalmente cada5 a 8 kilómetros, aunque esto puede variar dependiendo de muchas condiciones. Elcombustible para los calentadores se puede suministrar tomando el gas de la línea dealta presión. La rata de transferencia de calor desde el lado del gas caliente dentro dela tubería hacia el suelo, puede ser estimado por la siguiente fórmula:

( ) ( )( ) ( )

−−−−−=∆

tT/tTlntTtTAUH

21

21

Bajo condiciones de estado estacionario, la rata de calor ganado por o transferido alsuelo es igual a la rata de calor perdido por el gas, la cual se determina por:

∆H = q Cp (T1 – T2)

Las unidades para estas ecuaciones son:


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Término Símbolo Unidades

Rata de transferencia de calor al suelo ∆H Btu/hrCoeficiente global de transferencia de calor U Btu/(hr ft2 ºF)Área de transferencia de calor(superficie de tubería) A ft2

Temperatura aguas arriba T1 ºFTemperatura aguas abajo T2 ºFTemperatura del suelo a la profundidadde la tubería t ºFFlujo másico del gas q lbs/hrCalor específico del gas Cp Btu/(lb ºF)

La rata de flujo volumétrico de gas a condiciones estándar se puede convertir a flujomásico, mediante la siguiente expresión:

q, lbs/hr = 3.18 x 103 G Q

donde G es la masa molar relativa (gravedad específica del gas, con base engravedad del aire = 1) y Q es el flujo volumétrico del gas en MMscf/d.

Las anteriores ecuaciones de pérdida de calor se pueden combinar como sigue:

( ) ( ) ( )( ) ( )

−−−−−=−

tTtTtTtTAUTTCq p

21

2121

/ln

El calor específico del gas dentro de la tubería, Cp, depende de la composición delgas y las condiciones de presión y temperatura en la línea. Un punto muy importantees determinar si hay o no algún cambio de fase durante el enfriamiento del gas entreT1 and T2. Si no hay cambio de fase y la presión está alrededor de 1,000 psig, unvalor para Cp de 0.62 Btu/lb es razonablemente válido. Si se forman líquidos en lalínea, o si hay una cantidad considerable de líquido fluyendo con el gas, el valorefectivo de Cp será por supuesto mucho mayor, siendo necesario incluir el calorlatente de condensación y el Cp de los líquidos.

El coeficiente global de transferencia de calor, U, depende fuertemente del tipo desuelo en el cual está enterrada la línea, de si la línea tiene o no aislamiento y delespesor de dicho aislamiento. Valores típicos para U se indican a continuación:


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VALORES TÍPICOS DE U PARA VARIOS TIPOS DE SUELO

Tipo de Suelo U, Btu/(hr ft2 ºF)

Clay and Gravel 0.618Shale and muskeg mix 0.500Silty Gravel 0.600

Para líneas con aislamiento, se puede usar un valor de 0.015 Btu/(hr ft2 ºF).

3.2.2 Prevención de Formación de Hidratos por Adición de Químicos

El segundo método para prevención de formación de hidratos en tuberías, es laadición continua de químicos tales como metanol o glicol al gas agrio. La adición dequímicos es costosa y solamente se usa bajo ciertas condiciones en las cuales elquímico pueda ser recuperado. En muy pocos sistemas de recolección se usa estemétodo para evitar formación de hidratos en las tuberías, exceptuando medidastemporales como en procesos de arrancada o una situación especial. El metanol es elquímico comúnmente más usado. Se debe inyectar a la línea de recolecciónsuficiente metanol, para bajar la temperatura de formación de hidrato en el gasalrededor de 5 ºF, por debajo de la mínima temperatura de operación a la cual se vaa enfriar el gas. Debe también hacerse una provisión por la cantidad de metanol quese pierde con el gas en fase vapor. La Figura 20-51 del GPSA se puede usar paraeste propósito. Si hay presencia de hidrocarburo líquido en la línea, se requiere de lainyección adicional de metanol para saturar la fase de hidrocarburo líquido.

La cantidad de metanol requerida para bajar la temperatura de formación de hidrato(depresión de la temperatura de hidrato) a un valor de operación segura en una líneade gas, se puede estimar usando la ecuación de Nielsen - Bucklin:

d = - 129.6 ln(XH20)

donde,

d = depresión de temperatura de hidrato, ºF,XH20 = fracción mol de agua en la mezcla final metanol/agua.


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Es necesario convertir el valor de fracción mol de agua (X H20) a porcentaje en pesode metanol (wt. % ME) en la solución final de metanol y agua, para facilitar loscálculos. Esta conversión se puede hacer con la siguiente fórmula:

wt. % ME = 100 / (1 + 0.5622 X H20 / (1 - XH20))

En la Figura 20-45 del GPSA se encuentra una carta para convertir XH2O a wt. %ME.

Estimando la cantidad de agua en la fase líquida dentro de la tubería a la condiciónde diseño de 5 ºF por debajo de la temperatura final del gas, se puede determinar lacantidad de metanol que debe inyectarse a la línea en base porcentaje peso wt. %.Como se ha mencionado, es necesario incluir dentro de la cantidad de metanol a serinyectada, el metanol requerido para saturar las fases de hidrocarburo gaseoso ylíquido condensado.

Otro químico que a veces se utiliza para depresión de temperatura de hidrato es eletilen glicol. La concentración de glicol en la solución final se puede estimar con laecuación de Hammerschmidt, la cual puede también usarse con metanol paraconcentraciones hasta de 20 wt. %:

d = 2335 x wt. % /(MW x (100 - wt. %))

donde,

d = depresión de temperatura de hidrato, ºF.wt. % = porcentaje en peso del químico en el agua y del químico

mezclado a temperatura de diseño.MW = peso molecular del químico (etilen glicol 62.1; metanol =

32.042).

Una ventaja del glicol sobre el metanol es que la solubilidad del glicol en las fasesde hidrocarburo líquido y gaseoso se puede despreciar. Una segunda ventaja es queel glicol puede ser más fácilmente regenerado que el metanol.

3.2.3 Prevención de Formación de Hidrato por Deshidratación del GasNatural

La Deshidratación es el tercer método que tiene aplicación especial cuando el gas


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natural debe ser transportado a grandes distancias hacia una facilidad central detratamiento. La deshidratación se puede hacer mediante desecantes sólidos como lasilica gel o tamices moleculares, o con desecantes líquidos, principalmente eltrietilen glicol (TEG). En la Fig. 20-53 de la Sección 20 del GPSA se muestra undeshidratador de glicol típico. La rata de circulación de glicol usualmente está en elorden de 3 a 4 galones U.S. por libra de agua en el gas que entra al deshidratador deglicol. Hay algunos factores que influyen en el grado de remoción de agua talescomo, pureza del glicol, rata de circulación, presión y temperatura de laabsorbedora, número de etapas de contacto o platos de la absorbedora.

3.3 Saturando con Agua una Corriente en Hysys

Los laboratorios usualmente reportan la composición del gas en base seca.Generalmente para la simulación, es necesario considerar el contenido de agua en lacorriente, por lo tanto el agua debe incluirse como un componente en la mezclagaseosa y se debe determinar la cantidad de agua necesaria para saturar dichacorriente.

El tratamiento para saturar con agua una corriente, es un poco diferente si se tieneuna corriente en dos fases en lugar de una sola fase. En el caso de dos fases, esnecesario separar primero las fases hidrocarburo líquido y vapor, el vapor essaturado con agua y posteriormente esta corriente de vapor de hidrocarburosaturado, se recombina con la corriente de hidrocarburo líquido.

Ejercicio 3 – Saturación de un Gas Dulce

Determinar la cantidad de agua para saturar un gas dulce a 150 °F y 1,000 psia. Lacomposición molar de la mezcla gaseosa es 80% CH4, 20% C2H6.

1. Abrir un nuevo caso y seleccionar la ecuación de estado de Peng-Robinson.

2. Adicionar los siguientes componentes H2O, CO2, H2S, CH4 y C2H6, ir al PFD ymaximizar dicha pantalla.


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3. A continuación se adicionará un conjunto de unidades:

Desde la Barra de Menús hacer click sobre Tools, seleccionar Preferences.Presionar la pestaña Variables, seleccionar Field, hacer click sobre el botónClone, en el cajón Unit Set Name entrar “Usuario 01”. En la tabla DisplayUnits seleccionar la celda Flow. En la parte superior de esta pantalla, hacer clicksobre lbmole/hr y seleccionar MMSCFH. Hacer click sobre el botón SavePreference Set..., seleccionar la ruta y la carpeta para salvar el conjunto deunidades Usuario 01, hacer click sobre Guardar, nuevamente click sobre “X”para cerrar la pantalla “Session Preferences”.

4. Adicionar una corriente de material y entrar la siguiente información: StreamName = Gas Dulce, Temperature = 150 ºF, Pressure = 1000 psia.

5. Doble click sobre la celda Molar Flow y entrar la siguiente composición: H2O =0.00, CO2 = 0.00, H2S = 0.00, C1 = 0.80 y C2 = 0.20. Click sobre el botón OK,en la celda Molar Flow entrar 1.0 MMSCFH y regresar al PFD.

Salvar el caso como Ejercicio 3.hsc

6. Adicionar otra corriente de material, abrir la pantalla de propiedades de lacorriente y entrar la siguiente información: Stream Name = Agua, Temperature= 150 ºF, Pressure = 1000 psia. Double click sobre la celda Molar Flow y entrarH2O = 1.0, click sobre el botón Normalize y nuevamente click sobre el botónOK. Regresar al PFD.

7. Desde el “Palette” adicionar la operación Balance al PFD. Abrir la pantalla depropiedades de la operación Balance, en la pestaña Connections entrar lasiguiente información: Inlet Streams = “Agua”, “Gas Dulce”, Outlet Streams =“Gas con Agua”. Escoger la pestaña Parameters, hacer click sobre el cajón paramarca Mole, presionar la pestaña Worksheet, en la corriente Gas con Aguaentrar una temperatura de 150 ºF y una presión de 1,000 psia. Click sobre “X”para regresar al PFD.

Para asegurar que la corriente de gas está completamente saturada, se instalará unaoperación separador “Separator”.

8. Desde el Palette adicionar una operación Separator al PFD. Abrir la pantalla depropiedades de dicha operación y entrar la siguiente información: Inlets = Gascon Agua, Vapour Outlet = Gas Saturado, Liquid Outlet = Agua Libre. Regresaral PFD.


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9. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón Workbook, en la celdaMass Flow de la corriente Agua, entrar valores hasta que el flujo másico de lacorriente líquida de salida del separador - “Agua Libre” sea un valor muypequeño ligeramente mayor que 0. De esta forma la corriente de vapor que saledel separador – “Gas Saturado” está ahora saturada con agua.


El PFD y los resultados pueden observarse a continuación:

Water

SweetGas

Gaswith

SaturatedG

Free Water

Agua

GasDulce

Gascon

Agua Libre

Gas Saturado


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Ejercicio 4 – Saturación de un Gas Agrio

Determinar la cantidad de agua para saturar un gas agrio a 100 °F y 2,000 psia. Lacomposición molar de la mezcla gaseosa es 45% CH4, 15% H2S y 40% CO2.

1. Abrir el caso Ejercicio 3 y salvarlo como Ejercicio 4.

2. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón Solver Holding.

3. Abrir la ventana de propiedades de la corriente Gas Dulce y cambiarle elnombre por Gas Agrio, entrar una temperatura de 100 ºF, una presión de 2,000psia y la siguiente composición molar: H2O = 0.00, CO2 = 0.40, H2S = 0.15,CH4 = 0.45 y C2H6 = 0.00. Hacer click sobre el botón OK y nuevamente sobre“X”.

4. Hacer click sobre el botón Workbook, entrar una temperatura de 100 ºF y unapresión de 2,000 psia para las corrientes “Agua” y “Gas con Agua”. Hacer clicksobre el botón Solver Active.

5. En la celda Mass Flow de la corriente Agua, entrar valores hasta que lacorriente líquida “Agua Libre” de salida del separador sea un valor muypequeño ligeramente mayor que cero.

El contenido de agua calculado con el simulador para saturar el gas agrio es:

lb/MMscf


Con base en comparación de datos experimentales para gases ácidos, el contenido deagua a saturación se predice razonablemente bien hasta una presión de 800 psig, por


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encima de este valor, los modelos de ecuaciones de estado de los simuladorescomerciales sobrepredicen sustancialmente el contenido de agua.

Cuando se diseñan sistemas de deshidratación (particularmente sistemas con TEG) yse requiere cumplir con especificaciones de punto de rocío por aguaextremadamente bajos, es necesario determinar con muy buena precisión elcontenido de agua en equilibrio con un hidrato. Si se sobrestima el contenido deagua para saturación, se puede hacer un diseño pobre que no permite cumplir con laremoción de agua requerida.

3.4 Cálculos de Condiciones de Formación de Hidratos

HYSYS puede predecir en forma segura la temperatura de formación de hidratos (ola presión) para un amplio rango de composiciones de gas, a diferentes temperaturasy presiones.

Con la utilidad Hydrate Formation se calcula el punto incipiente de formación desólido para los hidratos del gas. Los modelos predictivos están basados en principiosfundamentales de la termodinámica y usan ecuaciones de estado, con las cuales laspropiedades son generadas con base en cálculos de condiciones de equilibrio. Estosmodelos predictivos pueden ser aplicados para diferentes composiciones de gases acondiciones extremas de operación, obteniéndose un grado alto de confiabilidad conrespecto a los cálculos que se pueden esperar mediante expresiones empíricas ocartas.

Ejercicio 5 – Cálculos de Condiciones para Formación de Hidratos

En este ejemplo, se determinará la cantidad de gas y líquidos producidos de unfluido de yacimiento. Este fluido de yacimiento se depresuriza en el sitio del pozohasta la presión del gasoducto (870 psia) y se calienta para prevenir la formación dehidratos. Cualquier cantidad de agua libre que se forme es separada. A continuaciónse muestra un diagrama de flujo de las facilidades de superficie.

1. Abrir un nuevo caso y seleccionar la ecuación de estado de Peng-Robinson y elconjunto de unidades Field.


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2. Adicionar los siguientes componentes puros H2O, N2, H2S, CO2, C1, C2, C3, iC4,nC4, iC5 y nC5. Caracterizar el componente C6+ como un componente hipotéticocon punto de ebullición de 257 ºF. Hacer click sobre el botón Enter SimulationEnvironment....

3. Salvar el caso como Ejercicio 5.

4. Adicionar una corriente de materia presionando la tecla “F11” para desplegar laventana de propiedades de la corriente y entrar la siguiente información:

Nombre Fluido de Y/toMolar Flow 1,250Components Mole %H2O 0.00N2 0.02H2S 4.06CO2 1.42C1 82.53C2 6.15C3 2.55iC4 0.79NC4 1.34iC5 0.35NC5 0.42C6

+ 0.37

5. Adicionar una segunda corriente con las siguientes propiedades: Name = Aguade Y/to, fracción molar de H2O = 1.00, hacer click sobre el botón Normalize ynuevamente sobre el botón OK. Regresar al PFD.

6. Adicionar una operación Balance, en las celdas Inlet Streams entrar lascorrientes “Agua de Y/to” y “Fluido de Y/to”, en las celdas Outlet Streamsentrar la corriente “1”, escoger balance tipo Mole y regresar al PFD.


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7. Desde la Barra de Botones, hacer click sobre el botón Workbook, para lacorriente 1, entrar una temperatura de 200 ºF y una presión de 4,590 psia.Ajustar manualmente el “Liquid Volume Flow” (barrel/day - entre 5 y 10) de lacorriente Agua de Y/to, hasta que se obtenga una muy pequeña cantidad deagua libre (la fracción de vapor de la corriente 1 debe ser ligeramente menor que1.0000, dejar el valor con el cual cambia de 0.9999 a 1.0000). Regresar al PFD.

8. Adicionar una operación Separator y abrir su ventana de propiedades. En lapestaña Design escoger Connections y entrar la siguiente información:

- Inlets = 1- Vapour Outlet = Fluido con Agua- Liquid Outlet = Agua Libre - 1

Hacer click sobre “X” para regresar al PFD.

9. Mientras se produce el fluido de yacimiento, este experimenta pérdidas tanto depresión cómo de calor. Para simular estos efectos se instala un enfriador. Desdeel Palette, adicionar al PFD una operación Cooler:

Fluido de Y/toAgua de Y/to

Fluido con Agua

Agua Libre - 1

Agua Libre - 2

Condensado Tubo - Q

AlimentoCabeza dePozo

Cooler


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Abrir la ventana de propiedades de la operación Cooler y entrar la siguienteinformación: Inlet = Fluido con Agua, Outlet = Cabeza de Pozo, Energy = EE-100, regresar al PFD. Seleccionar el botón Workbook y entrar para la corriente“Cabeza de Pozo” una temperatura de 83 ºF y una presión de 2,226 psia.Regresar al PFD.

10. Para prevenir formación de hidrato a la presión del gasoducto, se debe calentarel fluido. Desde el Palette, adicionar al PFD una operación Heater:

Abrir la ventana de propiedades de la operación Heater y entrar la siguienteinformación: Inlet = Cabeza de Pozo, Outlet = Alimento, Energy = EE-101,seleccionar Parameters y entrar una caída de presión “Delta P” de 7.25 psi.Regresar al PFD.


11. La presión del fluido se reduce cayendo a través de la válvula. Desde el Palette,adicionar al PFD una operación Valve:

Abrir la ventana de propiedades para la operación Valve y entrar la siguienteinformación: Inlet = Alimento, Outlet = 2, regresar al PFD.

12. Hacer click sobre el botón Workbook, entrar para la corriente 2 una temperaturade 79 ºF y una presión de 870 psia. La temperatura de la corriente 2 debe sermás alta que la temperatura de formación de hidratos, un margen de seguridadaceptable está alrededor de 5-10 ºF.

Heater

Valve


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13. Verificar la temperatura de formación de hidratos de la corriente 2 haciendodoble click sobre el nombre de la corriente para desplegar su ventana depropiedades. Seleccionar la pestaña Attachments y escoger Utilities, hacerclick sobre el botón Create..., seleccionar Hydrate Formation y hacer clicksobre el botón Add Utility. Seleccionar la pestaña Hydrate P/T, mirar latemperatura de formación de hidratos y contestar las siguientes preguntas:


14. Cerrar las ventanas de la utilidad “Hydrate Formation Utility” y de la corriente“2”. Desde el Palette, adicionar al PFD una operación 3-Phase Separator:

Abrir la ventana de propiedades para la operación 3-Phase Separator y entrar lasiguiente información: Inlets = 2, Vapour = Gas, Light Liquid = Condensado,Heavy Liquid = Agua Libre - 2. Click sobre “X” para regresar al PFD.


Cuál es la temperatura de formación de hidratos para lacorriente 2? ºF

Es posible que se formen hidratos en la corriente 2? Si No

Por qué?

3-Phase Separator


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15. Para evitar formación de hidratos durante el transporte del gas en el gasoducto,instalar un segundo calentador y suministrar la siguiente información: Inlet =Gas, Outlet = 3, Energy = EE-102, seleccionar Parameters y entrar una caídade presión “Delta P” de 7.25 psi. Regresar al PFD.

16. Desde el Palette adicionar al PFD la operación Pipe Segment. Abrir la ventanade propiedades para la operación Pipe Segment y entrar la siguienteinformación:

- Inlet = 3- Outlet = 4- Energy = Tubo - Q

17. Escoger Parameters y seleccionar la correlación de Beggs and Brill.

18. Hacer click sobre la pestaña Rating y seleccionar Sizing. Click sobre el botónAppend Segment y entrar la siguiente información:

- Fitting/Pipe = Pipe- Length = 3,280 ft- Elevation Change = 0.0000- Outer Diameter = double click- Pipe Schedule = Schedule 40- Nominal Diameter = 8.00 in, click sobre el botón Specify y nuevamente click

sobre “X”.

19. Seleccionar Heat Transfer, en el cajón Heat Transfer Summary entrar lasiguiente información:

- Ambient Temp = 32 ºF- Overall HTC = 0.98 Btu / (h-ft2-ºF).- Click sobre “X” para regresar al PFD.

20. Abrir la ventana de propiedades de la corriente 4 y suministrar una temperaturade 79 ºF.



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3.5 Inhibición de Hidratos con Solventes Químicos

Para inhibir la formación de hidratos en una corriente con HYSYS, se debe instalaruna corriente que contenga el solvente (por ejemplo, metanol o glicol). Usar laoperación Mixer para mezclar esta corriente con la corriente de proceso. Encontrarla nueva temperatura de formación de hidrato mediante la utilidad Hydrate.

Como resultado de la inyección de solvente, se reducen las condiciones a las cualesse forma el hidrato, por la asociación del agua con el inhibidor en la fase respectiva(vapor o líquida). Para hacer el cálculo flash, HYSYS ejecuta un flash en tres fases ycalcula en forma rigurosa la distribución de los componentes en cada fase,incluyendo el agua y el solvente. Posteriormente, el programa calculaadecuadamente las pérdidas de solvente en las fases gaseosa y líquida.

Aunque la ecuación de Peng Robinson originalmente no fue diseñada paracomponentes no ideales tales como metanol o glicol, ajustes hechos para elprograma HYSYS garantizan que la distribución de los componentes en todas lasfases es satisfactoria, especialmente si existen tres fases.

Los resultados que se obtienen con HYSYS son mucho más seguros que los quenormalmente se predicen con la ecuación de Hammerschmidt, la cual fuedesarrollada para soluciones diluidas o agentes anticongelantes. La ecuación deHammerschmidt aplica solamente para mezclas de gas natural típicas,concentraciones finales de etilen glicol hasta de 50 wt% y concentraciones finales demetanol hasta de 25 wt%, por encima de estos valores los cálculos son imprecisos.Para concentraciones de metanol hasta de 50 wt%, se recomienda usar la ecuaciónde Nielsen-Bucklin. Los dos métodos anteriores se encuentran en el GPSA. Paraconcentraciones finales de etilen glicol mayores de 50 wt% y concentracionesfinales de metanol hasta de 75 wt%, se recomienda usar el método de Maddox et al.

Usando HYSYS, los cálculos de temperatura de hidrato se realizan adicionandoinhibidor hasta que la temperatura de hidrato para la corriente gaseosa sea deprimidapor debajo de la temperatura de operación. Si la temperatura de hidratos no decreceadicionando una considerable cantidad de inhibidor, el resultado debe verificarsecontra el método manual de Maddoz et al. Si los resultados son consistentes, se debeprobar para el caso del etilen glicol, con una solución más pobre (de mayorconcentración). Sin embargo, cuando se incrementa la concentración de EG, esnecesario tener mucho cuidado con la viscosidad de la solución.


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Como guía operacional es de anotar, que la cantidad de inhibidor que se utilizageneralmente, es el doble de la cantidad calculada en forma teórica.

3.5.1 Método de Maddoz et al.

Modelo Termodinámico:

Ln(XH2O * ϑH2O) = -2063(1/T – 1/To) Ec. 1

donde:

XH2O = fracción molar final de aguaϑH2O = coeficiente de actividad del agua en el inhibidor, se estima con la

ecuación de Margules:

ϑH2O = exp(C1Xi2 + C2Xi

3) Ec. 2

Xi = fracción molar de inhibidorT = temperatura de hidrato con inhibidor, °RTo = temperatura de hidrato sin inhibidor, °R

Etilen Glicol:

C1 = -83.712 + 0.11843T + 11119.64/TC2 = 478.42 – 16.65T1/2 – 49132.20/T

Metanol:

C1 = -62.898 + 2142.93/T1/2 – 17738.77/TC2 = 119.69 – 4084.47/T1/2 + 33883.03/T

El procedimiento de cálculo consiste en una prueba y error, en la cual primero seestima la temperatura T para calcular el coeficiente de actividad. Luego, se resuelvela Ecuación 1 para calcular la temperatura T. El procedimiento paso a paso se indicaa continuación:


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1. Determinar To, usando cualquier método para calcular temperatura de hidratosin inhibidor.

2. Asumir una concentración de inhibidor en fracción molar Xi. Usando laEcuación 2, determinar ϑH2O a To para Xi.

3. Resolver la Ecuación 1 para T (XH2O = 1 - Xi ).

4. Usando la Ecuación 2, determinar ϑH2O a T.

5. Repetir desde el Paso 3 hasta que los valores de T sean lo más cercano posible(diferencia no mayor de 1 °R).

6. Si el valor calculado de T equivale a la temperatura de hidrato que se desea conla adición de inhibidor, el valor asumido para la concentración de inhibidor Xi esel adecuado; sino, asumir otro valor de Xi y repetir desde el Paso 2.

Ejercicio 6 – Inhibición de Hidrato con Metanol

100 MMscfd de gas natural salen de una plataforma costa afuera a 100 °F y 1,200psia. La composición molar del gas es: C1 = 0.88, C2 = 0.01, C3 = 0.06, iC4 = 0.04 ynC4 = 0.01. El gas llega a la costa a 40 ºF y 900 psia. La temperatura de hidrato delgas sin inhibidor es 70 ºF. Calcular la cantidad de metanol requerida para prevenir laformación de hidratos dentro de la tubería.

Metanol

CondensadoGas

Saturado

Agua

Gas CostaAfuera

Metanol - Agua

GasInhibido

Gas en laCosta


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2. Adicionar los siguientes componentes C1, C2, C3, iC4, nC4, Metanol y H2O.Regresar al PFD. Salvar el caso como Ejercicio 6.

3. Cargar el conjunto de unidades “Usuario 01” para definir la variable Flow enMMscfd: Desde la Barra de Menús, escoger Tools, seleccionar Preferences,escoger la pestaña Variables, si se encuentra “Usuario 01” en el cajónAvailable Units Set, seleccionarlo y en la celda Flow, cambiar MMscfh porMMscfd, hacer click sobre “X” para regresar al PFD. Si “Usuario 01” no seencuentra, hacer click sobre el botón Load Preference Set..., encontrar y abrir elarchivo “Usuario 01”. Desde la Barra de Menús escoger nuevamente Tools,Preferences y seleccionar “Usuario 01”, en la celda Flow cambiar MMscfh porMMscfd, hacer click sobre “X” para regresar al PFD.

4. Adicionar tres corrientes de materia, abrir la ventana de propiedades para la # 1y entrar la siguiente información: Name = Gas, Temperature = 100 ºF y Pressure= 1,200 psia. Suministrar la composición molar mostrada anteriormente,normalizar, hacer click sobre el botón OK y entrar Flow = 100 MMscfd.Regresar al PFD.

5. Abrir la ventana de propiedades para la corriente # 2 y entrar la siguienteinformación: Name = Agua, Temperature = 100 ºF y Pressure = 1,200 psia.Suministrar una composición molar de 1.0 para H2O, normalizar, hacer clicksobre el botón OK y regresar al PFD.

6. Adicionar una operación Balance, en la celda Inlet Streams entrar “Agua” y“Gas”, en las celdas Outlet Streams entrar “Gas Saturado”, escoger balancetipo Mole, seleccionar la pestaña Worksheet y entrar para la corriente “GasSaturado” una temperatura de 100 ºF y una presión de 1,200 psia. Regresar alPFD.

7. Desde la Barra de Botones, escoger el botón Workbook, ajustar manualmente elflujo másico de la corriente “Agua” hasta que se genere y una pequeña cantidadde agua libre (la fracción de vapor Vapour Fraction de la corriente “GasSaturado” debe ser ligeramente menor que 1.0000). escoger el valorcorrespondiente al cambio desde 0.9999 a 1.000.

8. Desde la ventana Workbook, abrir la ventana de propiedades para la corriente #3 y entrar la siguiente información: Name = Metanol, Temperature = 100 ºF yPressure = 1,200 psia. Suministrar una composición molar de 1.0 para el


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Metanol, normalizar, hacer click sobre el botón OK y entrar un flujo másico“Mass Flow” de 0.0 lb/hr. Regresar al PFD.

9. Adicionar una operación Balance, en las celdas “Inlet Streams” entrar“Metanol” y “Gas Saturado”, en las celdas “Outlet Streams” entrar “Gas CostaAfuera”, escoger balance tipo Mole, escoger la pestaña Worksheet y entrar parala corriente “Gas Costa Afuera” una temperatura de 100 ºF y una presión de1,200 psia. Regresar al PFD.


10. Entre la plataforma y la costa, el gas experimenta pérdidas de presión y de calor.Para simular estos efectos se instala un enfriador. Adicionar al PFD unaoperación Cooler, abrir la ventana de propiedades para la operación Cooler yentrar la siguiente información: Inlet = Gas Costa Afuera, Outlet = Gas Inhibido,Energy = EE-100, seleccionar la pestaña Worksheet y entrar para la corriente“Gas Inhibido” una temperatura de 40 ºF y una presión de 900 psia. Regresar alPFD.

11. Desde la Barra de Menús escoger Tools, hacer click sobre Utilities, seleccionarla utilidad Hydrate Formation Utility y hacer click sobre el botón Add Utility.Entrar Name = Hidrato Gas Inhibido, hacer click sobre el botón SelectStream…, en el cajón Object, seleccionar Gas Inhibido y hacer click sobre elbotón OK. Escoger la pestaña Performance y ver la temperatura de formacióncalculada (69.8587 °F ≈ 70 ºF) a la presión de operación de la corriente. Estevalor corresponde al gas sin inhibidor porque en este momento el flujo másicode la corriente Metanol es 0.0 lb/h.

12. Esconder el Object Palette (presionar F4), mover la ventana “HydrateFormation Utility” hacia el lado derecho de la pantalla, hacer click sobre “X”para cerrar la ventana Available Utilities, cerrar la ventana del PFD.

13. Ir a la ventana Workbook y moverla hacia el lado izquierdo de la pantalla paraver simultáneamente las ventanas “Workbook” y “Hydrate Formation Utility”.En la ventana “Workbook” seleccionar la celda Mass Flow para la corriente“Metanol”, entrar valores hasta que la temperatura de formación de hidrato parala corriente “Gas Inhibido” caiga a un valor ligeramente por debajo de 40 ºF.Para un valor de 244 lb/h de metanol se calcula una temperatura de deformaciónde hidrato de 39.9447 ºF como se observa a continuación:


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14. Regresar al PFD y maximizarlo. Adicionar una operación 3-Phase Separator,abrir la ventana de propiedades para dicha operación y entrar la siguiente


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información: Inlets = Gas Inhibido, Vapour = Gas en la Costa, Light Liquid =Condensado and Heavy Liquid = Metanol-Agua, regresar al PFD.

15. La concentración en peso para metanol en la fase pesada de líquido se puede verhaciendo doble click sobre la corriente “Metanol-Agua”, seleccionarComposition, hacer click sobre el botón Basis..., seleccionar el radio-botónMass Fractions y hacer click sobre “X”.

El flujo másico para la corriente metanol en la fase pesada de líquido se puedever haciendo click sobre el botón Basis..., seleccionar el radio-botón MassFlows y hacer click sobre “X”.

A continuación se muestran los resultados:

16. Para ver las pérdidas por evaporación (en la fase vapor de hidrocarburo), abrir laventana de propiedades para la corriente Gas en la Costa y seguir elprocedimiento anteriormente descrito para el flujo másico.

17. Para ver las pérdidas de metanol en la fase líquida de hidrocarburo, abrir laventana de propiedades para la corriente Condensado y seguir el procedimientoanteriormente descrito para el flujo másico.



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Ejercicio 7 – Inhibición de Hidratos con Etilen Glicol

Cambiar el inhibidor metanol del Ejercicio 6 por etilen glicol (EG) con unaconcentración en peso de 80 wt% (el resto es agua). Encontrar la concentración enpeso y el flujo másico de EG en la fase de líquido pesado.

1. Abrir el archivo “Ejercicio 6.hsc” y salvarlo como “Ejercicio 7.hsc”. Cargar elconjunto de unidades Usuario 01.

2. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón Enter Basis Environment,

hacer click sobre el botón View..., seleccionar Metanol, en la celda Matchescribir EG, hacer click sobre el botón <Substitute>, regresar al PFD haciendoclick en NO para el mensaje “... left in HOLDING mode ...”.

3. Abrir la ventana de propiedades de la corriente “Metanol” y remplazar elnombre por “EG-80%”, entrar una fracción en masa de 0.80 en la celda EGlycoly de 0.20 en la celda H2O, normalizar, hacer click sobre el botón OK, en la


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celda Mass Flow entrar un valor de 0.0 lb/hr y regresar al PFD. Abrir la ventanade propiedades para la corriente “Metanol-Agua” y remplazar el nombre por“EG-Agua”, regresar al PFD.


4. Cerrar todas las ventanas abiertas incluyendo el PFD, desde la Barra de Menúshacer click sobre Tools, seleccionar Utilities, hacer click sobre el botón ViewUtility…, escoger la pestaña Performance y mover la ventana de la utilidadHydrate Formation hacia el lado derecho de la pantalla.. En la ventanaAvailable Utilities hacer click sobre “X” para cerrarla. Activar la ventanaWorkbook y moverla hacia el lado izquierdo de la pantalla para versimultáneamente ambas ventanas. Entrar valores de flujo másico para lacorriente EG-80% y observar la temperatura de formación de hidrato de lacorriente “Gas Inhibido”.

Cuanto EG 80 wt% se requiere para obtener una temperatura de formación dehidrato de la corriente “Gas Inhibido” ligeramente menor que 40 °F?

lb/h ( ) lb/d

Cuales son la concentración en peso y el flujo másico de EG en la fase de líquidopesado?

lb/h ( ) lb/d , fracción en peso

Como puede verse en las corrientes “Gas en la Costa” y “Condensado”, las pérdidasde glicol en las fases de hidrocarburo vapor y líquido son despreciables.


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4.0 CONTROL DE PUNTO DE ROCÍO POR AGUA

El punto de rocío por agua es la temperatura a determinada presión, a la cual el gasnatural se encuentra saturado con agua, y a la cual el agua empieza a condensar enuna mezcla de gas. Dado que el gas de venta tiene una especificación de mínimocontenido de agua en masa por volumen, por ejemplo una norma internacional es 4lbs per MMscf, es necesario determinar cuál debe ser la temperatura de rocío a lapresión de tratamiento para fijar las condiciones del proceso de deshidratación.

Generalmente, en plantas de gas se usa una unidad de deshidratación para cumplircon la especificación de punto de rocío. Hay diferentes procesos disponibles paradeshidratación: glicoles, silica gel, o tamices moleculares.

La industria del gas natural comúnmente usa trietilen glicol (TEG) paradeshidratación, cuando se requieren muy bajos puntos de rocío en el gas.

4.1 Diseño de un Deshidratador con Glicol

Básicamente hay tres tipos de arreglos de internos para una contactora de glicol:

- Cocas de burbujeo (bubble cap)- Empaque al azar (random packing)- Empaque estructurado (structured packing)

Para cada tipo de elementos de contacto, el diseño depende de las variablessiguientes:

- rata de flujo de gas- temperatura del gas a la entrada de la contactora- presión de operación- depresión requerida del punto de rocío.

Una vez se determinan estas variables, se puede calcular el diámetro de la contactoramediante el procedimiento mostrado en la página 20-32 del GPSA. La pureza y larata de circulación de glicol requeridas para alcanzar la depresión necesaria delpunto de rocío, se pueden establecer con relación a un número determinado deetapas teóricas.


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Como se ilustra en la Figura 20-54 del GPSA, la pureza del glicol tiene la mayorinfluencia sobre el punto de rocío del gas que puede conseguirse en una operaciónde deshidratación. En el GPSA se discuten algunas técnicas que se pueden usar paramejorar la pureza del glicol.

4.2 Operación de Deshidratación con Glicol

El proceso de deshidratación con glicol es el más ampliamente usado en operacionesde gas natural. Los equipos pueden funcionar sin problemas si se operan dentro delos límites de diseño y se tiene un programa adecuado de mantenimiento. Acontinuación se hará una revisión de los principales equipos en una unidad dedeshidratación con glicol, indicando los problemas que podrían presentarse si no hayuna adecuada operación.

4.2.1 Separador de Entrada

Prácticamente en todas las aplicaciones de separación, si el separador no cumple sufunción, los procesos aguas abajo del separador tendrán dificultades. En una unidadde glicol, el separador debe prevenir el arrastre de líquidos tales como agua ycondensado, dentro de la contactora. Si entra agua líquida en pequeñas gotas a lacontactora, lo más probable que es que no se alcance la depresión requerida de puntode rocío. El hidrocarburo condensado puede generar problemas de espuma dentro dela contactora, además es absorbido por el glicol y pasa a la sección de regeneración,causando dificultades en este equipo.

La temperatura del gas no debe exceder el valor máximo de diseño, ni debe estar pordebajo de 50 ºF, puesto que a temperaturas bajas el glicol tiende a volverse muyviscoso y se dificulta la absorción del agua.

4.2.2 Absorbedora

Para una absorbedora de platos, durante la arrancada de una unidad nueva o despuésde que ésta ha sido abierta para inspección, el aire debe ser totalmente purgado con


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gas. Antes de la presurización total de la vasija, se debe arrancar la bomba de glicoly establecer su circulación para inundar todos los platos de la absorbedora, y llenarlas secciones de los bajantes. Posteriormente se continúa admitiendo gas, parapresurizar la vasija a su nivel de presión de operación. En este punto se puedeestablecer la operación normal.

Cuando se producen cambios en la rata de flujo de gas, deben hacerse en formalenta, haciendo igualmente los cambios apropiados en la rata de circulación deglicol.

4.2.3 Tanque Flash

El tanque flash ofrece la posibilidad de retirar la mayor cantidad posible de gasnatural absorbido en la solución, el cual se envía hacia las facilidades de gascombustible. La presión de operación debe ser lo suficientemente baja parapromover la separación del gas de la solución, pero lo suficientemente alta para quepueda entrar al separador de gas combustible.

El control de nivel de líquido en el tanque flash tank debe ser de tipo regulatorio enlugar de ser de acción rápida, para asegurar un flujo estable de glicol rico hacia launidad de generación.

4.2.4 Despojadora

La despojadora contiene una sección enfriada en la cima de la columna a través de lacual fluye glicol rico, con el propósito de enfriar los vapores que están subiendo dela sección inferior. Esto genera por condensación un reflujo de líquido con lo cual seminimizan las pérdidas de glicol con los vapores de agua caliente que salen comoproducto de cima de la despojadora. Por debajo de la boquilla de entrada del glicolrico hay una sección empacada, usualmente con sillas de cerámica. Normalmente sedispone de un distribuidor tipo coca “cap” encima del empaque, para ayudar a ladistribución del líquido. Si la solución de glicol rico viene con hidrocarburo, setienen problemas en la sección empacada porque puede ocurrir una evaporaciónsúbita, lo cual hace que se levanten las sillas de cerámica. Si el glicol absorbehidrocarburo en la contactora, este pasa a la despojadora y ensucia el empaque.


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4.2.5 Rehervidor

El rehervidor debe ser diseñado para que suministre el calor requerido para elevar latemperatura del glicol rico a un valor adecuado, y se pueda conseguir lareconcentración necesaria del glicol. El tubo de fuego debe tener el área detransferencia de calor adecuada sin exceder cierto límite, alrededor de 6,000Btu/hr/ft2. El quemador debe considerar la entrega de un flujo de calor de 10,000Btu/hr/ft2 hacia el área del tubo de fuego. La llama debe estar bien distribuida a lolargo del tubo de fuego. La entrada de calor por diseño debe estar en el orden de1,500 Btu por galón de glicol circulado. La temperatura del trietilen glicol no debeexceder 400 ºF, para evitar la descomposición de la molécula. Temperaturas un pocomás bajas son deseables, pero esto depende de la pureza necesaria del glicol paraalcanzar el valor de diseño de depresión del punto de rocío. Si se depositan sales uotros sólidos sobre el tubo de fuego por el lado glicol, pueden aparecer problemas depuntos calientes en el rehervidor y producirse fallas.

4.2.6 Bomba de Glicol

La bomba de glicol circula el solvente a través de los equipos. La bomba puede sermanejada por un motor eléctrico, o mediante glicol rico con la asistencia de gas aalta presión. Se debe tener cuidado para que el empaque de la bomba no presenteescape excesivo. Si el empaque está muy ajustado, se puede rayar el pistón. La ratade flujo de la bomba se ajusta de acuerdo con la rata de gas y la cantidad de agua aser removida. Si se bombea demasiado glicol, puede suceder que el rehervidor noalcance la temperatura requerida para la regeneración.

4.2.7 Pérdidas de Glicol

Pérdidas aceptables de glicol están en el orden de 0.1 galón per MMscf de gastratado, lo cual representa menos de l lb de glicol por MMscf. Las pérdidas ocurrenen la cima de la contactora y dependen de su temperatura y presión. Otras pérdidasocurren en la regeneración, por escapes en bombas, filtros, tuberías y por limpiezade filtros.


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Ejercicio 8 – Proceso de Deshidratación y Regeneración con Trietilen Glicol

Un flujo molar de gas húmedo de 4,479 lbmol/h entra a las facilidades dedeshidratación a 100 ºF y 850 psig. La composición molar libre de agua es: N2 =0.0121, C1 = 0.9012, C2 = 0.0764, C3 = 0.0099, iC4 = 0.0003 y nC4 = 0.0001. El gashúmedo entra en contacto con una solución a alta concentración de TEG en unaabsorbedora (contactora). El TEG remueve agua del gas y pasa a una columna dedestilación en la cual dicha agua es separada, aplicando calor a la solución de TEG.El TEG regenerado (solvente pobre) se recircula a la contactora para continuar elciclo.

Mientras la contactora opera a alta presión, la regeneradora opera a presiónprácticamente atmosférica. La regeneradora es una columna de destilacióngeneralmente empacada. La regeneradora se opera controlando las temperaturas decima y del rehervidor. Puesto que opera a presión atmosférica y el vapor producidopor la cima es principalmente agua, la temperatura de cima es esencialmente elpunto de ebullición del agua a 1 atmósfera. El TEG se degrada a temperaturas porencima de 400 ºF, por lo tanto este valor se usa como límite en la especificación detemperatura del rehervidor. El vapor producido en las cima de la regeneradora seenvía directamente a la atmósfera o a un sistema de tea si contiene sustanciasnocivas.

Aunque el TEG tiene baja presión de vapor, se pierde un poco por la cima de laabsorbedora y la regeneradora. Por esta razón, se debe adicionar al proceso unapequeña cantidad como corriente de reposición.

En este ejercicio el gas de ventas debe cumplir con una especificación de punto derocío de 14 ºF.


2. Adicionar los componentes N2, C1, C2, C3, iC4, nC4, H2O y TEG. Ir al PFD.Desde la Barra de Menús hacer click sobre Tools, seleccionar Preferences.Presionar la pestaña Variables, seleccionar Field, hacer click sobre el botónClone, en el cajón Unit Set Name entrar “Usuario 02”. En la tabla DisplayUnits, seleccionar la celda Liq. Vol. Flow. En la parte superior de la pantalla,hacer click sobre barrel/day y seleccionar “USGPM”. Hacer click sobre elbotón Save Preference Set..., seleccionar la ruta y carpeta para salvar el archivocon el conjunto de unidades Usuario 02, hacer click sobre “Save”, hacer clicksobre “X” para cerrar la ventana “Session Preferences”. En este punto se tiene la

Hysys – A

plicaciones en Simulación de Procesos

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Ejercicio 8Unidad de Deshidratación con TEG


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rata de flujo líquido en “USGPM”. Hacer click sobre el botón Workbook, desdela Barra de Menús hacer click sobre Workbook, seleccionar Setup..., en elcajón Variables hacer click sobre el botón Add..., seleccionar Std Gas Flow,hacer click sobre el botón OK y nuevamente hacer click sobre “X”. De estaforma se ha añadido al “Workbook”, el flujo estándar de gas en “MMscfd”.

3. Ir al PFD, maximizarlo y adicionar dos corrientes de materia. Abrir la ventanade propiedades para la corriente 1 y llamar esta corriente Gas de Entrada,entrar una temperatura de 100 ºF y una presión de 865 psia. Entrar lacomposición molar indicada anteriormente, normalizar, suministrar un flujomolar de 4,479 lbmol/h y regresar al PFD.


4. Abrir la ventana de propiedades para la corriente 2 y llamarla Agua, entrar unatemperatura de 100 ºF y una presión de 865 psia., para H2O entrar una fracciónmolar de 1.0, normalizar y regresar al PFD.

5. Adicionar una operación Balance, en las celdas Inlet Streams entrar “Agua” y“Gas de Entrada”, en las celdas Outlet Streams entrar “Gas con H2O”, escogerun balance tipo Mole y regresar al PFD. Abrir la ventana de propiedades para lacorriente “Gas con H2O” y entrar una temperatura de 100 ºF y una presión de865 psia, regresar al PFD.

6. Adicionar una operación Separator y abrir su correspondiente ventana depropiedades. En la pestaña Design escoger Connections y entrar: Inlets = Gascon H2O, Vapour Outlet = Gas a la Contactora, Liquid Outlet = Agua Libre,regresar al PFD.

7. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón Workbook, en la celdaMass Flow de la corriente “Agua”, entrar valores hasta que el flujo másico de lacorriente líquida - “Agua Libre” que sale del separador sea un valor ligeramentemayor que cero.



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Guías para resolver estas preguntas:

* Adicionar una utilidad “Hydrate Formation” y llamarla Hidrato a Contactora,seleccionar la corriente Gas a Contactora y leer la temperatura de formación dehidrato.

* En la ventana del Workbook, hacer doble click sobre la celda Mass Flow de lacorriente Gas a Contactora, seleccionar el radio-botón Mass Flows ymanualmente convertir el flujo másico para H2O de lb/h a lb/d. Calcular larelación (lb/d) de agua / (MMscfd) de gas, para la corriente “Gas a laContactora”.

Adición de la Contactora de TEG

La contactora de TEG será modelada como una columna absorbedora “AbsorberColumn” con 3 etapas ideales.

8. Desde el Palette adicionar una operación columna Absorber. Abrir la ventana

de propiedades para la operación Absorber y entrar la siguiente información,usando la lista desplegable para las corrientes existentes en la simulación: TopStage Inlet = Carga de TEG, Bottom Stage Inlet = Gas a Contactora, NumbStages n = 3, Ovhd Vapour Outlet = Gas Seco, Bottoms Liquid Outlet = TEGRico, hacer click sobre el botón Next>, Top Stage Pressure = 865 psia, Bottom

Cual es la temperatura de hidrato de la corriente “Gas a laContactora”? ºF

Cual es el contenido de agua de la corriente “Gas a laContactora”? lb H2O/MMscf de gas

Absorber


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Stage Pressure = 865 psia, hacer click sobre el botón Next>, Optional Top StageTemperature Estimate = 120 ºF, Optional Bottom Stage Temperature Estimate =100 ºF, click sobre el botón Done... y click nuevamente sobre “X” para regresaral PFD.

9. Abrir la ventana de propiedades para la corriente Carga de TEG y entrar lasiguiente información: 120 ºF, 865 psia, hacer doble click sobre la celda MassFlow y entrar H2O = 0.01, TEGlycol = 0.99, normalizar, hacer click sobre elbotón OK, en la celda Liquid Volume Flow entrar 4.0 USGPM (según guías dediseño y operación este valor está entre 2 – 5 galones de TEG / lb de aguaremovida), regresar al PFD. Abrir la ventana de propiedades para laAbsorbedora “T-100” y hacer click sobre el botón Run para hacer correr estaoperación. Regresar al PFD.

10. La corriente “TEG Rico” se vaporiza súbitamente al pasar a través de unaválvula y la presión decrece hasta un valor de 26 psia. Desde el Palette adicionaruna operación Valve y entrar la siguiente información: Inlet = TEG Rico, Outlet= TEG BP. Abrir la ventana de propiedades para la corriente “TEG BP” y entrarla presión de salida de la válvula. Esta corriente entra al intercambiador de calorsolvente pobre/rico por el lado tubos.

11. Desde el Palette adicionar una operación Heat Exchanger, abrir la ventana depropiedades para esta operación y entrar la siguiente información:

Tube Side Inlet = TEG BP, Tube Side Outlet = TEG a Regen, Shell Side Inlet =TEG Reg, Shell Side Outlet = TEG Reg de R/P, seleccionar Parameters yentrar las caídas de presión lados tubos y casco, Tube Side Delta P = 10.0 psi,Shell Side Delta P = 0.10 psi, regresar al PFD. Abrir la ventana de propiedadespara la corriente “TEG a Regen” y entrar una temperatura de 260 ºF, regresar alPFD.

Cual es el contenido de agua para la corriente “Gas Seco”? lb H2O/MMscf de gas

Heat Exchanger


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Adición de la Regeneradora de TEG

La Regeneradora de TEG se simula como una columna de destilación con una etapaideal, un condensador y un rehervidor. Para evitar las pérdidas de TEG un valorapropiado de temperatura del condensador es 210 ºF y una temperatura límite para elrehervidor es 400 ºF.

12. Desde el Palette adicionar una operación Distillation Column. Abrir la ventanade propiedades para dicha operación y entrar la siguiente información:

Numb Stages n = 1, en el cajón Inlet Streams entrar “TEG a Regen” en la celdaStream, entrar “1_Main TS” en la celda Inlet Stage, en el cajón Condenserseleccionar el radio-botón Full Rflx, Ovhd Vapour Oulet = Vapores, BottomsLiquid Outlet = TEG Reg, Condenser Energy Stream = Cond Q, ReboilerEnergy Stream = Reb Q, hacer click sobre el botón Next>, Condenser Pressure= 14.7 psia, Condenser Pressure Drop = 0.3 psi, click sobre el botón Next> ynuevamente sobre el botón Next>, Vapour Rate = 1.0 lbmol/h, Reflux Ratio =1.0, Flow Basis = Molar, click sobre el botón Done..., escoger la pestaña Designy seleccionar Specs, click sobre el botón Add..., seleccionar ColumnTemperature, click sobre el botón Add Spec(s)..., entrar la siguienteinformación: Name = Temperatura Condensador, Stage = Condenser, SpecValue = 210 ºF, click sobre “X”, click sobre el botón Add..., seleccionarColumn Temperature, click sobre el botón Add Spec(s)..., entrar la siguienteinformación: Name = Temperatura Rehervidor, Stage = Reboiler, Spec Value =425 ºF, click sobre “X”, seleccionar Monitor, en la columna Active hacer clicksobre los cajones de las dos primeras especificaciones “Reflux Ratio” y “OvhdVap Rate” para desactivarlos (los grados de libertad “Degrees of Freedom”son ahora 2). Para tener la columna totalmente especificada los grados delibertad deben ser igual a 0. En el cajón Specifications, colocar en posiciónactiva las especificaciones “Temperatura Condensador” y “TemperaturaRehervidor” (Ahora los grados de libertad son 0), la columna debe converger.Ir a la celda Specified Value para Temperatura Rehervidor y cambiar el valor

Distillation Column


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de la especificación al valor recomendado de máximo 400 °F. La columna debeconverger. Regresar al PFD y rearreglarlo.


Reposición de Pérdidas

El TEG se pierde en pequeñas cantidades por lo tanto se requiere una reposición queasegure el balance de material. Como no es posible anticipar las pérdidas de TEG, elflujo para la corriente de reposición de TEG se especifica indirectamente, al fijar elflujo de la corriente total de mezcla.

13. Desde el Palette adicionar una operación Mixer, abrir la ventana de propiedadespara esta operación y entrar la siguiente información:

En la pestaña Design seleccionar Connections y hacer Inlets = “TEG Reg deR/P”, “Reposición TEG”, Outlet = TEG a Bomba, seleccionar Parameters yhacer click sobre el radio-botón Equalize All, regresar al PFD. Abrir la ventanade propiedades para la corriente “Reposición TEG” y entrar una temperatura de90 ºF, hacer doble click sobre la celda Mass Flow y entrar H2O = 0.001,TEGlycol = 0.999, normalizar, hacer click sobre el botón OK y nuevamentesobre “X”.

Cuál es la concentración en masa para la corriente “TEGReg”?

Comparar con la concentración escogida de 0.9900 en elpaso 9, este valor es: Mayor Menor ?

Mixer


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14. Desde el Palette adicionar una operación Pump, abrir la ventana de propiedadesde esta operación y entrar la siguiente información:

Inlet = TEG a Bomba, Outlet = TEG de Bomba, Energy = Bomba Q, regresar alPFD. Abrir la ventana de propiedades para la corriente TEG de Bomba y entraruna presión de 875 psia, regresar al PFD.

Enfriamiento y Reciclo de TEG a la Contactora

Se adiciona un segundo intercambiador de calor para enfriar el TEG que regresa a laContactora.

15. Adicionar una operación Heat Exchanger, abrir la ventana de propiedadescorrespondiente a esta operación y entrar la siguiente información: Tube SideInlet = TEG de Bomba, Tube Side Outlet = TEG a Reciclo, Shell Side Inlet =Gas Seco, Shell Side Outlet = Gas de Venta, seleccionar Parameters y entrarTube Side Delta P = 10.0 psi, Shell Side Delta P = 5.0 psi, regresar al PFD.Abrir la ventana de propiedades para la corriente “TEG a Reciclo” y entrar unatemperatura de 120 ºF, regresar al PFD.

16. Adicionar una operación Recycle, abrir la ventana de propiedades para estacorriente y entrar la siguiente información: Inlet = TEG a Reciclo, Outlet =Carga de TEG, regresar al PFD.

17. Para mantener actualizado el valor de la corriente “TEG a Bomba”, cada vezque se cambie el valor de la corriente de reciclo “Carga de TEG a laContactora”, se instalará una operación SET.

RecycleA S R

Set

A S R

Pump


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Desde el Palette adicionar una operación SET, abrir su respectiva ventana depropiedades y hacer click sobre el botón Select Var..., en la columna Object,seleccionar la corriente TEG a Bomba, en la columna Variable, seleccionarLiquid Volume Flow, hacer click sobre el botón OK, en el cajón Source para lalista desplegable Object, seleccionar la corriente Carga de TEG, hacer clicksobre la pestaña Parameters y entrar Multiplier = 1.0, Offset [USGPM] = 0.0,regresar al PFD.


Determinación del Punto de Rocío por Agua

Con frecuencia la eficiencia de un proceso de deshidratación se mide según sea elpunto de rocío por agua del gas seco. El punto de rocío por agua se determinaenfriando el gas hasta que empieza a condensarce agua libre. La temperatura a lacual esto ocurre, se denomina temperatura de rocío por agua.

18. Adicionar una operación TEE, abrir su respectiva ventana de propiedades yentrar la siguiente información:

Inlet = Gas de Venta, Outlets = “Gas de Despojo”, “Gas Venta”, regresar al PFD.Entrar un flujo másico Mass Flow = 0.0 lb/h para la corriente “Gas de Despojo”,regresar al PFD.

Puesto que el TEG afecta el cálculo de punto de rocío en una corriente, este debe serremovido de la corriente “Gas”. La forma de hacerlo es mediante una operaciónComponent Splitter.

Tee


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19. Adicionar una operación Component Splitter para remover el TEG de lacorriente “Gas”.

Abrir la ventana de propiedades para la operación Component Splitter y entrarla siguiente información: Inlets = Gas Venta, Energy Streams = Split, OverheadOutlet = TEG, Bottoms Outlet = Punto Rocío Gas, seleccionar Parameters yentrar Overhead Pressure = 860 psia, Bottoms Pressure = 860 psia, seleccionarSplits, hacer click sobre el botón All 0, entrar en la celda TEGlycol un valor de1.0000, regresar al PFD.

20. Adicionar una operación Separator para remover cualquier agua libre que sehaya formado. Abrir la ventana de propiedades para la operación Separator yentrar la siguiente información: Inlets = Punto Rocío Gas, Vapour Outlet = Gas,Liquid Outlet = Primera Gota, regresar al PFD. Para la corriente Punto RocíoGas entrar en una temperatura de 20 ºF, regresar al PFD.

La temperatura puede ser ajustada manualmente, sin embargo la operación Adjustejecutará este cálculo automáticamente en forma rápida.

21. Adicionar una operación Adjust, abrir la ventana de propiedades para

esta operación y ejecutar las siguientes instrucciones: en el cajón AdjustedVariable, hacer click sobre el botón Select Var..., en la columna Objectseleccionar Punto Rocío Gas, en la columna Variable seleccionarTemperature, hacer click sobre el botón OK, en el cajón Target Variable,hacer click sobre el botón Select Var..., en la columna Object seleccionarPrimera Gota, en la columna Variable seleccionar Comp Mass Flow, en lacolumna Variable Specifics seleccionar H2O, hacer click sobre el botón OK, enla celda Specified Target Value entrar 0.01 lb/h, escoger la pestañaParameters y entrar Method = Secant, Tolerance = 0.005 lb/h, Step Size = 5 ºF,Maximum Iterations = 50, hacer click sobre el botón Start. La operación debeconverger, regresar al PFD.

Component Splitter

Adjust A S R


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Gas de Despojo a la Regeneradora

Si se adiciona gas de despojo en la Regeneradora, se puede mejorar su capacidadpara remover agua al trietilen glicol rico.

22. Adicionar una operación Balance, en las celdas Inlet Streams entrar “Gas deDespojo”, en las celdas Outlet Streams entrar “GDD a Regen”, escoger unBalance tipo Mole y regresar al PFD. Abrir la ventana de propiedades para lacorriente “GDD a Regen” y entrar una temperatura de 160 ºF y una presión de15 psia, regresar al PFD.

23. Abrir la ventana de propiedades para la regeneradora “T-101”, escoger lapestaña Design, seleccionar Connections, en el cajón Inlet Streams adicionar<<Stream>> “GDD a Regen”, en la celda Inlet Stage entrar “Reboiler”seleccionándolo de la lista desplegable, hacer click sobre el botón Run, lacolumna debe converger. Regresar al PFD.

24. Entrar un flujo másico de 68 lb/h para la corriente “Gas de Despojo”.


Cual es la temperatura de rocío por agua para la corriente“Gas de Venta”? ºF

Cual es la fracción en masa para la corriente “TEG Reg”?


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Cual es el punto de rocío por agua para la corriente “Gas deVenta”? ºF

Cual es la fracción en masa para la corriente “TEG Reg”?

Cual es el contenido de agua para la corriente “Gas deVenta”? lb H2O/MMscf of gas


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5.0 RECUPERACIÓN DE LÍQUIDOS DEL GAS NATURAL Y CONTROLDE PUNTO DE ROCÍO POR HIDROCARBURO

Generalmente los líquidos del gas natural - “Natural Gas Liquids - NGL”, talescomo etano, propano, butanos y pentanos y más pesados, se recuperan del gasnatural crudo. Cuando el gas crudo contiene 1.3 % molar, puede ser económicorecuperar el gas licuado del petróleo – “Liquefied Petroleum Gas” – LPG, que esuna mezcla de propano y butanos.

Existen comercialmente algunos procesos para recuperar estos líquidos (NGL), loscuales se clasifican con base en el principio físico involucrado así:

• ABSORCIÓN

• CONDENSACIÓN : - Refrigeración mecánica- Expansión isentálpica (Joule – Thompson)- Expansión isentrópica (Turbo – Expander)

• ADSORCIÓN

• PERMEACIÓN EN MEMBRANAS

Los procesos de absorción con aceite pobre y refrigeración mecánica seránsimulados mediante los ejercicios 9 a 11, respectivamente.

5.1 Absorción

Absorción es una de las operaciones unitarias más antiguas usada en la industria deprocesamiento de gas para recuperar NGL. El gas rico entra por el fondo de laabsorbedora y fluye hacia arriba poniéndose en contacto con una corriente de aceitepobre en contracorriente. El aceite pobre absorbe preferentemente los componentesdel gas más pesados y de esta forma se denomina “aceite rico”. Este aceite rico seenvía a una despojadora (destiladora), en la cual por calentamiento y/o despojo convapor, se remueven los componentes absorbidos. El aceite pobre se recircula a laabsorbedora para cerrar el ciclo.


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Para un determinado gas, la fracción de cada uno de los componentes del gas que esabsorbida por el aceite, está en función de la relación entre el equilibrio de fases delos componentes y el aceite pobre, de las ratas relativas de flujo y de las etapas decontacto. La relación de fases es función de la presión, la temperatura y lacomposición del aceite pobre.

A medida que se absorben los componentes, la temperatura de las fases gas y aceitese incrementará, debido al calor de absorción. El calor liberado es proporcional a lacantidad de gas absorbido. En muchos casos, se usan enfriadores laterales a laabsorbedora, para limitar el incremento de temperatura y ayudar en la operación deabsorción.

Un buen aceite de absorción debe ser parafínico, pero no cera, ni aromático, niolefínico; tener un rango de destilación angosto y un peso molecular en el rango 100a 200. Para absorbedoras a temperatura ambiente, se usa un aceite pobre con un pesomolecular en el rango 180 a 200. Para absorbedoras refrigeradas, se usa un aceitepobre más liviano en el rango de peso molecular 120 to 140. Entre más bajo el pesomolecular del aceite pobre, este contiene más moles por galón, resultando en unamás baja rata de circulación. Sin embargo, el aceite pobre de bajo peso molecular,tendrá más pérdidas por evaporación. Lo más deseable es que exista una grandiferencia entre el punto inicial de ebullición del aceite pobre y el punto final deebullición de los líquidos del gas, para que no se vaya mucho aceite pobre por lacima de la absorbedora con el gas procesado.

La columna de despojo se opera a baja presión y alta temperatura. En plantas viejas,se inyecta vapor “vivo” por el fondo de la columna para despojar el aceite pobre delos componentes líquidos del gas - NGL. El vapor baja la presión parcial de loshidrocarburos livianos, lo cual es equivalente a disminuir la presión de operación.

Normalmente las plantas con aceite pobre refrigerado, usan calentadores de fuegodirecto para vaporizar una parte del aceite pobre en la despojadora, a fin desuministrar el despojo necesario.

Ejercicio 9 – Absorción con Aceite Pobre

Se va a usar aceite de absorción para recuperar 70 % de C3 de una corriente de 5,350lbmole/h de gas rico a 105 ºF y 885 psia con la siguiente composición molar: N2 =0.0112, C1 = 0.8341, C2 = 0.0707, C3 = 0.0305, iC4 = 0.0130, nC4 = 0.0059, iC5 =


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0.0248, nC5 = 0.0044, nC6 = 0.0045 y nC7 = 0.0009. La absorbedora tiene 8 platosteóricos con una presión en la cima de 875 psia (etapa 1) y una presión en el fondode 880 psia (etapa 8). Asumir el componente nC14 como el aceite pobre, el cual esrefrigerado y entra a la absorbedora a 55 ºF y 890 psia.

1. Abrir un nuevo caso y seleccionar la ecuación de estado de Peng-Robinson.Adicionar los componentes del gas rico y el aceite pobre. Ir al PFD.


2. Cargar el conjunto de unidades “Usuario 02” para tener el Liq. Vol. Flow enUSGPM. Adicionar la corriente Gas a Contactora con la composición ycondiciones de operación mostradas anteriormente.

3. Adicionar la corriente Aceite Pobre con las respectivas condiciones deoperación y una fracción molar para el nC14 = 1.0000. Entrar un Liq. Vol. Flowde 375 USGPM.

4. Adicionar una operación Absorber y entrar la siguiente información: NumbStages n = 8, Top Stage Inlet = Aceite Pobre, Bottom Stage Inlet = Gas aContactora, Ovhd Vapour Outlet = Gas a Deshidratación, Bottoms Liquid Outlet= Aceite Rico, click sobre el botón Next>, Top Stage Pressure = 875 psia,


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Bottom Stage Pressure = 880 psia, click sobre el botón Next>, click sobre elbotón Done y nuevamente sobre el botón Run. La columna debe converger.Regresar al PFD.


Para que el programa calcule en forma automática la rata de circulación de aceitepobre requerida para recuperar el 70 % del C3 de carga a la contactora, se utiliza unaoperación “Adjust” así:

5. Instalar una operación “Adjust”, editarla e ingresar la siguiente información: enel cuadro “Adjusted Variable”, hacer click en “Select Var...”, en la columna“Object” seleccionar “Aceite Pobre”, en la columna “Variable” seleccionar“Liquid Volume Flow”, hacer click en “OK”, en el cuadro “Target Variable”,hacer click en “Select Var...”, en la columna “Object” seleccionar “AceiteRico”, en la columna “Variable” seleccionar “Comp Molar Flow”, en lacolumna “Variable Specifics” seleccionar “Propane”, hacer click en “OK”, en elcampo “Specified Target Value” ingresar 114.23 lbmole/h, ir a la pestaña“Parameters” e ingresar Method = Secant, Tolerance = 0.01 lbmole/h, Step Size= 50 USGPM, Maximum Iterations = 50, hacer click en “Start”, la operacióndebe converger, regresar al PFD.

Absorber

Cual es la cantidad de C3 en lbmol/h para la corriente “Gasa Contactora”?

Cual debe ser la cantidad de C3 en lbmol/h para la corriente“Aceite Rico” si se recupera el 70 %?

Cual es la cantidad actual de C3 en lbmol/h para la corriente“Aceite Rico”? , cumple con el 70 % derecuperación?


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5.2 Condensación

El principio físico de condensación se usa para remover hidrocarburo líquido del gasde producción, para asegurar que este no condense durante su transporte como gasde venta. Una especificación típica es el punto de rocío por hidrocarburo(usualmente 15 ºF a 850 psia). Hay dos métodos mediante los cuales se puedeacondicionar el gas para que cumpla con dicha especificación. Uno es una plantaJoule-Thompson y el otro es una planta de refrigeración. En una planta J-T se reducela presión de la corriente, lo cual enfría el gas por el efecto Joule-Thompson. Esteenfriamiento origina la condensación de hidrocarburo líquido pesado, con laconsecuente disminución de la temperatura del punto de rocío por hidrocarburo.

Una planta J-T es un proceso sencillo y económico y es común que esté montada enpatines. Es muy apropiada para mezcla de gases con bajo contenido decontaminantes, especialmente C02 y H2S. El gas que se ha enfriado en el proceso J-Tpuede usarse para enfriar otra corriente de proceso, con lo cual se obtiene una fuente“gratis” de energía. La desventaja en una planta J-T es que si la presión cae pordebajo de la requerida para el transporte por gasoducto, se requiere compresión.

Si el gas contiene alto contenido de contaminantes o es necesario un procesamientoposterior, se requiere de una planta de refrigeración. El gas es enfriado por unrefrigerante que generalmente es propano. La cantidad de enfriamiento se controlamanipulando el flujo de refrigerante.

Cual es la nueva cantidad calculada de C3 en lbmol/h parala corriente “Aceite Rico”?

Cumple con el 70 % de recuperación?


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En un proceso típico de refrigeración, se comprime propano y luego se enfría. Supresión se reduce a través de una válvula, resultando en una caída de temperatura. Elpropano frío se usa para enfriar una corriente de gas, al vaporizarse el propanolíquido. Por último, el propano gaseoso va a la succión de un compresor, en el cualse incrementa la presión y se repite el ciclo. El circuito de refrigeración con propanoes un proceso cerrado en el cual las pérdidas de propano deben ser mínimas, por locual es muy importante conocer la cantidad correcta de propano requerida paraenfriar la corriente de proceso.

Ejercicio 10 – Proceso de Refrigeración con Propano

Una mezcla de 5,644 lbmol/h con la siguiente composición molar: N2 = 0.0116, C1 =0.8674, C2 = 0.0754, C3 = 0.0241, iC4 = 0.0066, nC4 = 0.0068, iC5 = 0.0017, nC5 =0.0025, nC6 = 0.0023 y nC7 = 0.0016, se va a enfriar desde 60°F hasta 0°F. Lapresión de la mezcla es 970 psia. El propano sale del chiller a –10 ºF y delcondensador a 80 ºF. La eficiencia adiabática (isentrópica) del compresor es 75 %.El refrigerante es propano puro. Determinar la rata de flujo de propano requeridopara enfriar la mezcla.


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1. Abrir un nuevo caso y seleccionar la ecuación de estado de Peng-Robinson.Adicionar los componentes de la mezcla. Ir al PFD.


2. Cargar el conjunto de unidades “Usuario 02”. Desde la Barra de Botones hacerclick sobre el botón Workbook, desde la Barra de Menús hacer click sobreWorkbook, seleccionar Setup, en la parte derecha inferior de la ventana para elcuadro “Variables” hacer click sobre el botón Add…, en el cajón “Variable”seleccionar Std Gas Flow, hacer click sobre el botón OK y click sobre “X” paracerrar la ventana “Setup view”. Ingresar la corriente “A” de propano líquidosaturado a la temperatura de salida del condensador.

3. Ingresar una operación Valve y llamarla “Expansión”, a esta operación entra lacorriente “A” y sale la corriente “B”, a la temperatura de operación delchiller.

4. Ingresar la operación Heat Exchanger y llamarla “Evaporación”. Por el ladotubos entra la corriente “Mezcla” a 60 ºF y 970 psia con el flujo y composiciónmolar indicados arriba, y sale la corriente “Mezcla Fría” a 0 ºF. Por el ladocasco entra la corriente “B” y sale la corriente “C” en su punto de rocío.Despreciar la caída de presión por ambos lados.


5. Instalar la operación Compressor y llamarla “Compresión”, ingresar lasiguiente información:

Inlet = C, Outlet = D, Energy = Q Compresor, señalar “Parameters” e ingresarAdiabatic Efficiency = 75 % (eficiencia isentrópica), regresar al PFD.

Compressor


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6. Instalar la operación Cooler y llamarla “Condensación”, ingresar Inlet = D,Outlet = A, Energy = Q Condensador, despreciar la caída de presión, regresar alPFD.

7. El diagrama P-H para propano, puede reproducirse con el simulador mediante lautilidad “Envelope” así: Desde la Barra de Menús presionar Tools, seleccionarUtilities, escoger Envelope Utility y hacer click en el botón Add Utility,ingresar lo siguiente: Name = P-H Propano, hacer click sobre el botón SelectStream..., en el cajón “Object” señalar “A” y hacer click en el botón OK. Ir a lapestaña “Performance”, en el cajón “Envelope Type” hacer click en el radio-botón PH, en el cuadro “Curves” ingresar 114.4 ºF para “Isotherm 1”(temperatura de la corriente D), 80 ºF para “Isotherm 2” (temperatura de lacorriente A) y –10 ºF para “Isotherm 3” (temperatura de las corrientes B y C).Regresar al PFD.


El diagrama se puede acondicionar para imprimir y sobre él se pueden indicarlas cuatro corrientes A, B, C, y D que conforman el ciclo de refrigeración así:

AD

CB

R


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Con base en los resultados obtenidos en la simulación responder las siguientespreguntas:

Ejercicio 11 – Procesamiento de Gas por Refrigeración

Una carga con la siguiente composición en lbmole/h: N2 = 10.98, CO2 = 54.90, H2S= 5.49, C1 = 867.46, C2 = 87.84, C3 = 38.43, iC4 = 5.49, nC4 = 10.98, iC5 = 2.20, nC5= 3.29, C6

+ = 10.98 entra a 60 °F y 1,000 psia al separador de entrada de una plantade gas, en el cual se separa el líquido libre. El gas de este separador se enfría en dosetapas antes de ser enviado al sistema de transmisión a los clientes.

Cual es el duty del Evaporador (Chiller)? MMBtu/h

Cuanto propano líquido hay después de la expansión? lb/h

Cual es la fracción en masa de propano líquido después de laexpansión?(Usar las lb/h de propano líquido de la pregunta anterior)

Cual es el flujo de propano líquido? “Std Liq Vol Flow – Corriente A” USGPM

Cual es el flujo de propano vapor? MMscfd

Cual es el trabajo real del compresor? MMBtu/h

Cual es el duty del condensador? MMBtu/h


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En el sistema de refrigeración el gas frío sale del chiller y entra al separador de bajatemperatura, en el cual todo el líquido condensado se separa del gas. Estoscondensados generalmente se estabilizan, para cumplir con especificaciones depresión de vapor (presión de punto de burbuja), y se almacenan antes de serenviados a otras facilidades de procesamiento.

Encontrar la temperatura del gas frío que sale del chiller (corriente Alimento SBT)requerida para controlar un punto de rocío por hidrocarburo de 12 °F en el gas deventa, haciendo las consideraciones siguientes:

• La temperatura del propano líquido que sale del condensador (corriente A) es120 °F.

• La temperatura de la corriente Gas de Venta está 30 °F por debajo de latemperatura del gas que sale del separador de entrada.

• La temperatura del propano que sale del chiller está 5 °F por debajo de latemperatura de la corriente Alimento SBT.

1. Abrir el caso Ejercicio 10.hsc y salvarlo como Ejercicio 11.hsc.

2. Borrar las corrientes Mezcla and Mezcla Fría. Cambiar la temperatura de lacorriente A a 120 ºF. Borrar la temperatura de la corriente B.


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3. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón Enter Basis Environment,nuevamente sobre el botón View..., seleccionar y remover los componentes n-Hexane y n-Heptane, a continuación del componente Nitrogen adicionar loscomponentes CO2 y H2S. A continuación del componente n-Pentane adicionarel componente hipotético C6+ (normal boiling point = 230 °F).

4. Hacer click en “X” y nuevamente sobre el botón Return to SimulationEnvironment...” contestando Si a la pregunta “Do you wish to be left inHOLDING mode...……”.

5. Adicionar una nueva corriente y entrar la siguiente información: Name =Alimento, Temperature = 60 ºF, Pressure = 1,000 psia y la composición enlbmole/h indicada anteriormente.

6. Ingresar las siguientes operaciones (ver el diagrama de flujo de la páginaanterior para identificación de corrientes y secuencia de las operaciones):

No olvide salvar frecuentemente

• Separator “V-100”.• Heat Exchanger “E-100”: ∆P shell and tubes = 10 psi.• Abrir la vista de propiedades para la operación Heat Exchanger -

Evaporación e ingresar las corrientes lado tubos.• Separator “V-101”.• Mixer “MIX-100”

7. Fijar la temperatura de la corriente Gas de Venta 30 ºF por debajo de latemperatura de la corriente 2, mediante una operación SET en la cual sobre lapestaña Parameters se ingresan los siguientes datos: Multiplier = 1.0, Offset [F]= -30.

8. Fijar la temperatura de la corriente C 5 ºF por debajo de la temperatura de lacorriente Alimento SBT, mediante una operación SET en la cual sobre lapestaña Parameters se ingresan los siguientes datos: Multiplier = 1.0, Offset [F]= -5.

9. Adicionar una operación Balance tipo mole, para calcular el punto de rocío delpor hidrocarburo (ver las corrientes en el diagrama de flujo).

10. Editar la corriente Punto de Rocío x HC y entrar una presión de 815 psia y elvalor requerido para fracción de vapor.


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11. El punto de rocío por hidrocarburo se controla con el enfriamiento de lacorriente Alimento SBT. Para iniciar, dar un valor de temperatura de 0 ºF paraésta corriente. Desde la Barra de Botones hacer click sobre el botón SolverActive.

12. Adicionar una operación Adjust para encontrar automáticamente la temperaturadel gas frío a la salida del chiller (corriente Alimento SBT), requerida paracontrolar un punto de rocío de 12 °F en el gas de venta (corriente Punto deRocío x HC). Estando en la pestaña Parameters entrar Tolerance = 0.01 y StepSize = 5.0. Hacer click sobre el botón Start.

Cual es el punto de rocío por hidrocarburo para el gas de venta?

ºF.

Cual es el valor de temperatura de la corriente Alimento SBTrequerido para controlar 12 °F en la corriente Punto de Rocío xHC?

ºF.

Cual es el requerimiento de refrigerante?

lb/h.


83

6.0 DESTILACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS

6.1 Destilación

En el proceso de destilación se separan diferentes componentes mediante cambiosen la temperatura producidos por la aplicación de calor. Una mezcla se separa en unproducto de cima más volátil y un producto de fondo menos volátil. La dificultadpara la separación, se puede medir por la diferencia de los puntos de ebullición delos componentes a presión atmosférica. A continuación se indican los puntos deebullición para algunos de los componentes de las mezclas de gases:

Component B.P. ( °F )

Methane -258.7Ethylene -154.6Ethane -127.5Propylene -53.9Propane -43.9i-Butane 10.9n-Butane 31.1i-Pentane 82.1n-Pentane 96.9n-Hexane 155.7

Esto muestra que la separación entre C3 e iC4 es más fácil que entre iC5 y n-C5. Unaforma más precisa para medir la dificultad de separación es la volatilidad relativa, lacual se expresa como:

α = KLK / KHK

donde KLK es la constante de equilibrio para el componente clave liviano y KHK es laconstante de equilibrio para el componente clave pesado involucrados en laseparación, estando ambos a la misma temperatura y presión. Los componentesclaves en una separación multicomponente, son aquellos que están siendo separadoso componentes que son considerados como impurezas en los productos de cima ofondo. Los componentes aparecen tanto en la cima como en el fondo de la columna,el clave liviano aparece casi todo en la cima y muy poco en el fondo, por ejemplo es


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el componente más liviano en el fondo. Lo opuesto es verdad para el componenteclave pesado. Aparece casi todo en el fondo y es el componente más pesado en lacima. La separación es fácil cuando el valor de la volatilidad relativa es grande.

La figura siguiente muestra un sistema típico de destilación.

FIGURA 4SISTEMA TÍPICO DE DESTILACIÓN

El problema más común en destilación es determinar el número de etapas requeridaspara separa una mezcla multicomponente. Puesto que no es posible con anterioridad,definir completamente las composiciones de los productos de cima y fondo, sedificulta el cálculo de las cantidades de los productos. Se hace necesario escogeruna cantidad de destilado, el número de etapas ideales y variar la relación de reflujo,

Rectificación

Alimento

Platos/Etapas

Despojo

VProducto de Cima

Reflujo

Producto de Fondo

L

Rehervidor

Condensador


85

para conseguir las especificaciones de los productos. La composición del productode cima es una función de la cantidad de destilado, del número de etapas ideales, dela cantidad de reflujo y los datos de equilibrio para el sistema líquido-vapor. Estoscálculos se pueden hacer con un computador mediante métodos cortos o rigurosos.

En HYSYS la operación Short Cut Distillation ejecuta el método corto de Fenske-Underwood para torres simples con reflujo. Se calcula el mínimo número de etapasde Fenske y el reflujo mínimo de Underwood. Posteriormente se puede usar unarelación de reflujo especificada para calcular: las ratas de flujo para el tráfico delíquido y vapor en las secciones de enriquecimiento y despojo, la cantidad de calor(duty) del condensador y rehervidor, el número de platos ideales y el plato óptimode alimentación.

Una columna de fraccionamiento puede producir una separación deseada solamenteentre los límites de reflujo mínimo y etapas mínimas. La figura de abajo ilustra larelación entre la razón de reflujo y el número de etapas para una separación dada. Areflujo mínimo, se requiere un infinito número de etapas. A reflujo total, se requiereun mínimo número de etapas. Ninguna de estas situaciones representa una operaciónreal, pero son los extremos límites de configuraciones de diseño posibles. Se handesarrollado métodos para calcular ambos casos de una manera rigurosa.

EtapasMínimas

ReflujoMínimo

Núm

ero

de E

tapa

s

Razón de Reflujo

∞ E

tapa

s

Reflujo Total

FIGURA 5RELACIÓN ENTRE RAZÓN DE REFLUJO Y NÚMERO DE ETAPAS


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La operación Short Cut Distillation es solamente un estimado del comportamientode la columna y está limitada a columnas simples con reflujo. Para obtenerresultados confiables se debe usar un método riguroso como es la operaciónDistillation Column de Hysys; en la cual se puede usar como informaciónestimada, los cálculos hechos con el método corto.

Ejercicio 12 – Método Corto de Destilación

Una corriente en su punto de burbuja se alimenta a una fraccionadora con lasiguiente composición en lbmole/h: C2 = 21.5, C3 = 505.6, iC4 = 105.0, nC4 = 250.1,iC5 = 56.2, nC5 = 50.0 y C6

+ = 50.4. Se desea recuperar el 98 % del propano comoproducto de cima, el cual tiene un contenido de iC4 de 1.0 % mol. La temperaturadel condensador es 120 ºF y la presión en la torre se considera constante e igual a lapresión de la corriente de alimento. R externo = 1.3Rmin. Usar nC7 = C6

+.

1. Abrir un nuevo caso, seleccionar la EOS de Peng Robinson e ingresar loscomponentes de la corriente de carga. Ir al PFD.


2. Seleccionar el conjunto de unidades “Field”, ingresar una corriente, editarlallamarla “Alimento” e ingresar la composición en lbmol/h de cada componente,regresar al PFD.

Para estimar la presión de la torre se requiere hacer un cálculo de punto de burbujacon la composición del producto de cima, a la temperatura del condensador. Por lotanto, se necesita calcular la distribución de los componentes en el producto decima. Se escoge como componente clave liviano el C3 y pesado el iC4. Se asume quelos componentes mas livianos que el clave liviano y los mas pesados que el clavepesado, se separan perfectamente.

3. Ingresar una corriente, editarla y llamarla “Presión Torre”, regresar al PFD.

Para calcular el balance composicional alrededor de la torre se usará la operaciónhoja de cálculo “Spreadsheet”.


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Adición de una Operación Hoja de Cálculo (Spreadsheet)

Esta operación aplica la funcionalidad de los programas hoja de cálculo almodelamiento con diagrama de flujo. La operación Spreadsheet es bastantepoderosa, tiene acceso a todas las variables de proceso y por tanto muchasaplicaciones en HYSYS.

Spreadsheet se puede usar para manipular o ejecutar cálculos de usuario con lasvariables del diagrama de flujo. Puesto que es una operación, los cálculos se realizanautomáticamente; las celdas de la hoja de cálculo se actualizan cuando cambian losvalores de las variables en el diagrama de flujo.

Se pueden crear fórmulas matemáticas complejas, usando una sintaxis similar a la deuna hoja de cálculo convencional. Funciones aritméticas, logarítmicas ytrigonométricas, son ejemplos de la funcionalidad matemática disponible.Adicionalmente, además de la capacidad de comprensión matemática, permite hacerprogramación lógica. Soporta la lógica Booleana, con la cual se pueden compararlos valores de dos o mas variables usando operadores lógicos, y luego ejecutar laacción apropiada, dependiendo del resultado.

Se puede importar cualquier variable de la simulación a la hoja de cálculo, yexportar el valor de una celda a cualquier campo especificable de la simulación.

Fondoscon C3


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4. Adicionar una operación Spreadsheet, editarla, escoger la pestaña Spreadsheety entrar la siguiente información en cada una de las celdas como se indica acontinuación:

En la celda A1 escribir “Componente”, y dar “enter”, en la A2 escribir “C2” y dar“enter”, en A3 escribir “C3” y dar “enter”, en A4 “iC4” y dar “enter”, en A5 “nC4”y dar “enter”, en A6 “iC5” y dar “enter”, en A7 “nC5” y dar “enter” y en A8 “C6+”y dar “enter”. Ir a la celda B9, escribir “Total Cima =” y dar “enter”. Ir a la celdaB1, escribir “Alimento” y dar “enter”, ir a C1, escribir “Cima” y dar “enter”, ir a D1,escribir “Frac mol Cima” y dar “enter”.

Nota: cuando se diga hacer click, es con el botón izquierdo del mouse. Cuando serequiera hacer click con el botón derecho, se indica que es con dicho botón.

5. Con el botón derecho del mouse hacer click en la celda B2, hacer click en“Import Variable”, en “Object” seleccionar “Alimento”, en “Variable”seleccionar “Comp Molar Flow”, en “Variable Specifics” seleccionar “Ethane”y hacer click en “OK”.

6. Repetir las instrucciones del paso anterior para las celdas B3 a B8 y loscomponentes “Propane” a C6

+ = “n-Heptane”.

Ingreso de Fórmulas

7. Hacer click en la celda C2, presionar la tecla “+”, escribir b2 y dar “enter”.

8. Hacer click en la celda C3, presionar la tecla “+”, escribir b3*0.98 y dar “enter”.

9. Hacer click en la celda C4, presionar la tecla “+”, escribir c9*0.01 y dar “enter”,(aparece <empty>).

10. Escribir 0 y dar “enter” en cada celda C5 a C8.

Spreadsheet


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11. Hacer click en la celda C9, presionar la tecla “+”, escribir (c2+c3)/0.99 y dar“enter”.

12. Hacer click en la celda D2, presionar la tecla “+”, escribir c2/c9 y dar “enter”,hacer click en la celda D3, presionar la tecla “+”, escribir c3/c9 y dar “enter”,hacer click en la celda D4, presionar la tecla “+”, escribir c4/c9 y dar “enter”,hacer click en la celda D5, presionar la tecla “+”, escribir c5/c9 y dar “enter”,hacer click en la celda D6, presionar la tecla “+”, escribir c6/c9 y dar “enter”,hacer click en la celda D7, presionar la tecla “+”, escribir c7/c9 y dar “enter”,hacer click en la celda D8, presionar la tecla “+”, escribir c8/c9 y dar “enter”.

13. Con el botón derecho del mouse hacer click en la celda C9, hacer click en“Export Formula Result”, en “Object” seleccionar “Presión Torre”, en“Variable” seleccionar “Molar Flow” y hacer click en “OK”.

14. Con el botón derecho del mouse hacer click en la celda D2, hacer click en“Export Formula Result”, en “Object” seleccionar “Presión Torre”, en“Variable” seleccionar “Comp Mole Frac”, en “Variable Specifics” seleccionar“Ethane” y hacer click en “OK”.

15. Repetir las instrucciones del paso anterior para las celdas D3 a D8 y loscomponentes “Propane” a “n-Heptane”, hacer click en “X” para regresar al PFD.

(Salvar el caso con el mismo nombre “Ejercicio 12” presionando el botón “Save Case”)

Cálculo Presión de Burbuja a la Temperatura del Condensador

16. Editar la corriente “Presión Torre”, en “Vapour/Phase Fraction” entrar 0.0000,en “Temperature” entrar 120 ºF.

Regresar al PFD.

Cual es la presión de la torre? psia


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Método Corto de Destilación – Operación “Short Cut Distillation”

Para simular esta operación se requiere dar como dato de entrada la composición delcomponente clave liviano (C3) en el producto de fondo, la cual en este momento nose conoce; y la composición del componente clave pesado (iC4) en el producto decima, que es 1.0 % mol. Para calcular la composición del componente clave liviano(C3) en el producto de fondo, se procede así:

17. Instalar una operación “Balance”, editarla e ingresar como corriente de entrada“Alimento” y corrientes de salida “Presión Torre” y “Fondos con C3”,especificar tipo “Mole” y regresar al PFD.

18. Como el alimento está en el punto de burbuja a la presión de la torre, editar lacorriente “Alimento” y calcular la temperatura de burbuja a 263 psia.

19. Como el producto de fondos está a la presión de la torre, editar la corriente “C3en Fondos” y calcular la temperatura de burbuja a 263 psia.

20. Adicionar una operación “Short Cut Distillation”, editarla e ingresar la siguiente

información: Inlet = Alimento, Condenser Duty = Cond Q, Distillate = Cima,Reboiler Duty = Reb Q, Bottoms = Fondos, señalar “Parameters” e ingresar en“Component” – “Light Key in Bottoms” = Propane y en el campo “Mole Fraction”= 0.0196. Para el campo “Component” – “Heavy Key in Distillate” = i-Butane y enel campo “Mole Fraction” = 0.01. En el cuadro “Pressures” ingresar el valorcalculado anteriormente de presión en la torre “263” psia, tanto para el condensadorcomo el rehervidor (se asumió que la presión es constante en toda la torre).

Cual es la composición del componente clave liviano (C3) en elproducto de fondo (Fondos con C3)? fracción mol

Cual es el valor de la mínima relación de reflujo?

Short Cut Distillation


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21. En el cuadro “Reflux Ratios” ingresar para el campo “External Reflux Ratio” elvalor calculado por el programa para “Minimum Reflux Ratio” multiplicado por1.3 (R = 1.3Rmin), ir a la pestaña “Performance”.

Regresar al PFD.


6.2 Convergencia de Torres de Destilación

A continuación se presentan ejercicios de destilación que utilizan un métodoriguroso de cálculo. El principal problema para el manejo del método riguroso esobtener convergencia en los diferentes tipos de torres. Para reducir el riesgo de tenereste tipo de problema, se dan las siguientes guías.

Cual es el flujo molar de producto de cima? lbmol/h

Cual es el flujo molar de producto de fondo? lbmol/h

Cual es el mínimo número de platos requerido?

Cual es el número de platos calculado para R = 1.3Rmin?

Cual es la temperatura de fondos (Reboiler)? ºF


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A. ESPECIFICACIONES

- Usar datos bien confiables; normalmente temperaturas y flujos son medidosen forma segura.

- Si hay subenfriamiento en condensador, no especificar temperatura de salidadel condensador.

- Puntos de ebullición 90 o 95 % son más fáciles para convergencia que 100 %.

- No variar ratas de pumparounds para alcanzar otras especificaciones. Sepueden variar esta ratas para alcanzar ratas internas de reflujo o temperaturas.

- Para torres de vacío con retiro total, especificar una baja rata interna (porejemplo 0.1 barril/día) en lugar de la rata de retiro en la etapa.

B. COINCIDENCIA DE DATOS

- Si la temperatura del plato de fondo es muy alta:

* Revisar el duty, si hay rehervidor.* Si hay vapor de despojo, posiblemente la eficiencia del plato es muy alta.* La rata de flujo del fondo es muy baja.

- Si la temperatura del plato de fondo es muy baja:

* Lo contrario a la indicado anteriormente.

- Si el duty del condensador es muy alto:

* Revisar la temperatura del alimento.* Revisar el tráfico en la zona flash (ratas internas vapor/líquido).

Típicamente estas deben estar entre el 3 y 5 % de la rata de flujo delalimento. Esto tiene también un gran efecto sobre el duty del horno delalimento.

C. OVERFLASH

- Tiene un gran efecto sobre los duties del horno y condensador, así comosobre las temperaturas en la zona flash.


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- Afecta las curvas de destilación del retiro de productos más cercanos,usualmente el punto del 95 % del gasóleo atmosférico y el 5 % del residuo.

- Siempre para la primera corrida, incluya un intercambiador de calor sobre elplato de alimento y fije la rata de overflash para determinar la temperaturacorrecta del alimento.

D. CARACTERIZACIÓN DE LA CARGA

- Una buena caracterización de la carga es muy importante para evitarproblemas de convergencia en una torre.

- Revisar que el 50 % de los puntos de destilación de los productos, cumplecon los datos de la planta. Si esto no ocurre, hay problemas con los datosmedidos.

- Retromezcla, (por ejemplo mezclar los productos para obtener la carga, es laforma más segura para representar un alimento).

E. ETAPAS

- Evitar usar solamente propiedades globales o de mezcla para la curva dedestilación de un alimento.

- El alimento de un crudo no se debe mover más de dos etapas.

- Usualmente las despojadoras laterales tienen 4 – 5 etapas ideales sin son conrehervidor, o 2 – 3 si son con vapor de despojo. Las eficiencias paradespojadoras laterales con rehervidor son mucho más altas que las con vaporde despojo.

- La cantidad de platos entre retiro y retorno de pumparounds debe limitarse a1 – 2, dado que su función es solamente transferir calor dentro de la columna.

- Secciones de distribución en torres (por ejemplo, platos de disco y buñuelo,bafles, etc.), tienen muy baja eficiencia y deben representarse como una etapaideal.


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- Adicionar o quitar platos tiene muy poco efecto sobre los productos de otrassecciones de la torre.

- La adición de una etapa ideal amplía el espacio (gap) entre los cortes de losproductos de dicha sección hasta en 5 ºC.

F. ESTIMADOS

- Torres en unidades de cracking – FCCU y crudo:

Condensador 110 ºFDespojadora lateral #1 350 ºFDespojadora lateral #2 450 ºFDespojadora lateral #3 550 ºFFondos 700 ºF

- Ratas de flujo de vapor:

0.2 – 0.34 lb/h por barril/día de producto de fondos.

- Ratas de flujo de pumparounds y duties:

1000 barriles/día de pumparound por millón de Btu/hr de duty.

- Reflujo:

0.5 para fraccionadora principal de cracking.3.0 para torres de crudo.

- Overflash 3 – 5 % de la rata de flujo del alimento.

Ejercicio 13 – Método Riguroso & Dimensionamiento de una Columna

Se desea separar en productos comercializables una mezcla de NGL (natural gasliquids) de 403 lbmol/h con la siguiente composición: C2 = 0.0107, C3 = 0.2834, iC4= 0.1697, nC4 = 0.0772, iC5 = 0.3285, nC5 = 0.0585, nC6 = 0.0596 y nC7 = 0.0124,


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la cual entra a una depropanizadora a 70 ºF y 280 psia. El producto de cima espropano con una especificación de mínimo 90 % mol, el producto de fondo sealimenta a 170 psia a una torre debutanizadora, en la cual se obtiene GLP con uncontenido máximo de pentanos de 1.0 % mol y gasolina natural cuya presión devapor Reid (RVP) debe cumplir con la especificación ASTM D-323 (ver GPSASect. 2). Las torres tienen los siguientes parámetros:

Depropanizadora Debutanizadora

Número de platos teóricos 24 20Plato de alimento 9 11Temperatura en condensador, ºF 120 120Presión en condensador, psia 260 140Presión de cima, psia 270 150Caída de presión en la torre, psi 10 10Tipo condensador Total Total

1. Abrir un nuevo caso, seleccionar la EOS de Peng Robinson, ingresar loscomponentes de la mezcla de NGL, ir al PFD.



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2. Seleccionar el conjunto de unidades “Field”, ingresar una corriente, editarla,llamarla “NGL” e ingresar 70 ºF, 280 psia, la composición molar y el flujo totalde 403 lbmol/h, regresar al PFD.

3. Adicionar una operación

Editarla e ingresar la siguiente información: Numb Stages n = 24, en el cuadro“Inlet Streams” para el campo “Stream” = NGL, en el campo “Inlet Stage” =9_Main TS, en la lista “Condenser” señalar “Total”, Ovhd Liquid Outlet =Propano, Bottoms Liquid Outlet = C4+, Condenser Energy Stream = Cond1 Q,Reboiler Energy Stream = Reb1 Q, después de dar “enter” hacer click en“Next>”, Condenser Pressure = 260 psia, Condenser Pressure Drop = 10 psi,Reboiler Pressure = 280 psia, hacer click” en “Next>” y nuevamente en“Next>”, Liquid Rate = 100 lbmole/h, Reflux Ratio = 1.0, Flow Basis = Molar,hacer click en “Done”, ir a la pestaña “Design” y marcar “Specs”, hacer click en“Add...”, seleccionar “Column Temperature”, hacer click en “Add Spec(s)...”,ingresar lo siguiente: Name = Temperatura Condensador, Stage = Condenser,Spec Value = 120 ºF, hacer click en “X”, hacer click en “Add...”, seleccionar“Column Component Fraction”, hacer click en “Add Spec(s)...”, ingresar losiguiente: Name = Comp. min. C3, Stage = Condenser, Flow Basis = MoleFraction, Phase = Liquid, Spec Value = 0.91, Components = Propane, hacerclick en “X”, señalar “Monitor”, en la columna “Active” hacer click en las dosprimeras especificaciones “Reflux Ratio” y “Distillate Rate” para desactivarlas,en el cuadro “Specifications” activar las dos últimas “TemperaturaCondensador” y “Comp. min. C3, la columna debe converger. Regresar al PFD.


Distillation Column

Cual es el contenido de propano en el producto de cima? fracción mol

Cumple con el valor de la especificación mínima?


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4. Adicionar una operación “Valve” a la cual entra la corriente “C4+” y sale“Carga a Debutanizadora”, regresar al PFD, editar la corriente “Carga aDebutanizadora” e ingresar una presión de 170 psia, regresar al PFD.

5. Adicionar otra operación “Distillation Column” editarla e ingresar la siguienteinformación: Numb Stages n = 20, en el cuadro “Inlet Streams” para el campo“Stream” = Carga a Debutanizadora, en el campo “Inlet Stage” = 11_Main TS,en la lista “Condenser” señalar “Total”, Ovhd Liquid Outlet = GLP, BottomsLiquid Outlet = Gasolina Natural, Condenser Energy Stream = Cond2 Q,Reboiler Energy Stream = Reb2 Q, después de dar “enter” hacer click en“Next>”, Condenser Pressure = 140 psia, Condenser Pressure Drop = 10 psi,Reboiler Pressure = 160 psia, hacer click” en “Next>” y nuevamente en“Next>”, Liquid Rate = 60 lbmole/h, Reflux Ratio = 1.0, Flow Basis = Molar,hacer click en “Done”, ir a la pestaña “Design” y marcar “Specs”, hacer click en“Add...”, seleccionar “Column Temperature”, hacer click en “Add Spec(s)...”,ingresar lo siguiente: Name = Temperatura Condensador, Stage = Condenser,Spec Value = 120 ºF, hacer click en “X”, hacer click en “Add...”, seleccionar“Column Component Fraction”, hacer click en “Add Spec(s)...”, ingresar losiguiente: Name = Comp. max. C5’s, Stage = Condenser, Flow Basis = MoleFraction, Phase = Liquid, Spec Value = 0.009, Components = i-Pentane, n-Pentane, hacer click en “X”, hacer click en “Add...”, seleccionar “ColumnVapour Pressure Spec”, hacer click en “Add Spec(s)...”, ingresar lo siguiente:Name = RVP, Stage = Reboiler, Type = Reid Vap Pressure, Phase = Liquid,Spec Value = 26, hacer click en “X”, señalar “Monitor”, en la columna “Active”hacer click en las dos primeras especificaciones “Reflux Ratio” y “DistillateRate” para desactivarlas. En el cuadro “Specifications” activar “TemperaturaCondensador”, y “RVP” (Degrees of Freedom = 0), la columna debe converger.Regresar al PFD.


Cual es el contenido de pentanos en el GLP? fracción mol

Cumple con la especificación de máximo contenido?


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6. Editar la torre debutanizadora operación “T-101”, señalar “Monitor” ir al cuadro“Specifications” desactivar “RVP” y activar “Comp. max. C5’s”, la columnadebe converger. Regresar al PFD.

7. Para conocer el RVP de la corriente “Gasolina Natural”, en la barra de menús ira “Tools”, “Utilities”, señalar “Cold Properties”, hacer click en “Add Utility”,entrar Name = RVP, hacer click en “Select Stream...”, seleccionar “GasolinaNatural” y hacer click en “OK”.

Regresar al PFD.


Dimensionamiento de una Columna

La utilidad para dimensionamiento de platos en HYSYS simplifica el trabajo dediseño de una columna. Se puede dimensionar o revisar una torre completa osecciones de torre, mediante la especificación de la información relacionada con losplatos, los internos de la columna, los bajantes y los vertederos. Con la utilidad TraySizing, el procedimiento mas común es identificar una sección de plato, dimensionarla torre en secciones con HYSYS (con base en los datos que se le suministren); y sise desea, realizar un análisis tipo “rating” de las secciones generadas por HYSYS.

Cual es el valor del RVP? psia

Cumple con la especificación ASTM D-323 para RVP?

Cual es el contenido de pentanos en el GLP? fracción mol

Cumple con la especificación de máximo contenido?


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Con Auto Section se calculan las dimensiones de una columna usando valorespredefinidos de los internos (platos), dimensiones (espaciamiento entre platos, alturade vertedero, espaciamiento entre orificios, etc.) y parámetros (max % deinundación, caída de presión, etc,). El algoritmo de dimensionamiento monitorea loscálculos para cualquier parámetro que exceda los límites definidos. Por ejemplo, siel porcentaje de inundación calculado excede 85 %; HYSYS incrementa el diámetroo el número de pasos, dependiendo de cual de ellos tiene un impacto mas favorablesobre los demás parámetros.

En la página Results, se presenta un resumen de los cálculos del dimensionamiento.La información presentada suministra un vistazo de los datos para eldimensionamiento de la columna. A continuación se presenta una breve explicaciónsobre algunos de los términos:

• Number of Flow Paths (número de pasos): El número de veces que el líquidocruza a través del plato, la mayoría de los platos son de paso sencillo, o seatienen un NFP de 1.

• Maximum Downcomer Backup (líquido máximo en el bajante): Representa lamáxima cantidad de líquido retenido en el bajante que puede ser tolerada por lacolumna antes de que ocurra inundación.

• Maximum Weir Loading (carga máxima del vertedero): Mide la cantidad delíquido sobre el vertedero.

• Pressure drops (caídas de presión): Caída de presión por sección y máxima porplato.

En el modo Rating Mode, HYSYS permite realizar cálculos tipo “rating” con baseen un diámetro especificado de torre y una configuración fija de plato. Si se desea,se pueden dejar algunas de las dimensiones del plato sin especificar y HYSYSautomáticamente calcula valores de diseño para ellos.

Vamos a obtener las dimensiones de los platos y los parámetros de operación paralas dos torres que se han simulado, la Depropanizadora (T-100) y la Debutanizadora(T-101). Las columnas deben cumplir con las características siguientes:

• Máximo % de inundación - % Flood = 85• Máxima carga sobre el vertedero - Weir Loading = 80 USGPM/ft• Máxima caída de presión sobre la columna = 2 psi• Máximo líquido sobre el bajante - Downcomer Backup = 50 %


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8. Desde la Barra de Menús seleccionar Tools/Utilities y crear la utilidad TraySizing. En el cajón Name escribir Depropanizadora.

9. Presionar el botón Select TS… y seleccionar T-100 como el “Flowsheet” yMain TS como el “Object”, hacer click sobre el botón OK.

10. Presionar el botón Add Section… para adicionar una sección de plato a lautilidad.

11. Aceptar todos los parámetros predefinidos como punto de partida para eldimensionamiento.

12. Escoger la pestaña Performance y marcar Results para ver los resultados de lasección de platos (Parámetros & Geometría).

13. Repetir los pasos 8 a 12 para la Debutanizadora (T-101).

Si la rata de flujo de NGL es 800 lbmol/h y en la fábrica hay los siguientes platos enexistencia: Type I = 5.0 ft de diámetro - 2 NFP (pasos) y Type II = 6.0 ft dediámetro – 1 NFP (pasos), escoger el tipo de plato que mejor cumple con lasrestricciones para la torre Depropanizadora (T-100).

14. Ir a la utilidad para dimensionamiento de plato “Tray Sizing” de laDepropanizadora (T-100), en la pestaña Design marcar Specs y fijar el modo decálculo en Rating. Para cada caso, fijar el diámetro y el número de pasos, ir a lapestaña Performance y marcar Results. Llenar la tabla siguiente marcando eltipo de plato escogido.

Se cumple con todas las características especificadas?

Que diámetro de plato calculó HYSYS?

* Depropanizadora (T-100) ft

Se cumple con todas las características especificadas?

Que diámetro de plato calculó HYSYS?

* Debutanizadora (T-101) ft


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Type (Marcar la elección) I - II - Tray diameter , ft 5.0 6.0 NFP 2 1 Weir Load , (80) % Flood , (85) DC Back Up , (50) Total Delta P , ( 2 )

6.3 Caracterización de Crudos

En Hysys un crudo o mezcla de crudos, está compuesto por cualquier número deEnsayos (Assays). Cada Assay individual contiene información específica conrespecto a las propiedades globales (Bulk Properties), la curva de puntos deebullición (Boiling Point Curve) y las curvas de propiedades (Property Curves). Paralas propiedades globales se puede suministrar el peso molecular, la densidad másica,el factor de caracterización de Watson (UOP) K y/o la viscosidad. La curva depuntos de ebullición se puede suministrar en cualquiera de los formatos mostradosen la Figura 6. Durante los cálculos, HYSYS automáticamente convierte todas lascurvas a la básica TBP. También se tiene la opción de suministrar curvas de pesomolecular, de densidad másica y/o viscosidad.

Hay tres pasos generales que se deben seguir cada vez que se vaya a crear un crudo(OIL):

1. Caracterizar el ensayo (Assay).2. Generar Pseudo Componentes.3. Instalar el crudo (OIL) en el PFD

6.3.1 Paso Uno – Caracterizar el Ensayo (Assay)

Entrar a HYSYS la información del Assay mediante la pestaña Assay de la ventanaOil Characterization. HYSYS usará la información suministrada del Assay paragenerar internamente las curvas TBP, peso molecular, densidad y viscosidad.


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FIGURA 6CARACTERIZACIÓN DE CRUDOS

6.3.2 Paso Dos - Generar Pseudo Componentes

Los pseudo componentes son generados por las curvas de trabajo desde la pestañaCut/Blend de la ventana Oil Characterization.

6.3.3 Paso Tres – Instalar el Crudo

Una vez la mezcla (Blend) ha sido caracterizada satisfactoriamente, instalar lospseudo componentes en el caso de HYSYS desde la pestaña Install Oil de laventana Oil Characterization. Se puede instalar el crudo (OIL) como una corrientedefinida, mediante la entrada de un nombre de corriente (Stream name). Los pseudo


103

componentes son adicionados al respectivo Hypo Group y al Fluid Packageasociado.

6.3.4 Propiedades de Usuario

Adicionalmente a los tres pasos básicos requeridos para caracterizar un crudo enHYSYS, se pueden adicionar, modificar, clonar o borrar propiedades de usuario.Una propiedad de usuario es cualquiera que se pueda calcular con base en lacomposición.

6.3.5 Correlaciones

A través de la pestaña Correlation de la ventana Oil Characterization, se puedenseleccionar correlaciones. HYSYS permite escoger de una amplia variedad decorrelaciones, las que se deseen para determinar tanto las curvas de trabajo comopara la generación de los pseudo componentes.

Ejercicio 14 – Caracterización de Crudo

Caracterizar un crudo usando la información del Ensayo (Assay) dada en la tabla acontinuación:


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BULK PROPERTIESDensidad Estándar 29 °API

LIGHT ENDS LIQ. VOLUME %C1 0.0065C2 0.0225C3 0.3200iC4 0.2400nC4 0.8200H2O 0.0000

Total Gases 1.409ASSAY LIQ. VOLUME % TBP , °F

0.0 15.04.5 90.09.0 165.0

14.5 240.020.0 310.030.0 435.040.0 524.050.0 620.060.0 740.070.0 885.076.0 969.080.0 1015.085.0 1050.0

1. Abrir un nuevo caso y seleccionar la EOS de Peng-Robinson. Adicionar loscomponentes puros correspondientes a los light ends. Cerrar la ventana FluidPackage haciendo click en “X”. Escoger la pestaña Oil Manager, hacer click enel botón Enter Oil Environment... para abrir la ventana Oil Characterization.

2. Hacer click en el botón Add..., entrar en Name = Crudo, en la ventanadesplegable Bulk Properties escoger Used y entrar la siguiente información: enla celda Standard Density escribir 29, ir a la lista desplegable donde dice lb/ft3ubicada en la esquina superior derecha y escoger API_60, la densidad seconvierte automáticamente a 54.93 lb/ft3. En la lista desplegable Assay DataType escoger TBP, en la lista desplegable Assay Basis escoger LiquidVolume,


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hacer click en el botón Edit Assay y entrar la información de la TBP. Hacerclick en el botón OK.

3. En la lista desplegable Light Ends escoger Input Composition, en Input Dataseleccionar el radio-botón Light Ends y entrar el % volumen liq. para los lightends. Click en el botón Calculate y nuevamente en “X” para regresar a laventana Oil Characterization.

4. Seleccionar la pestaña Cut/Blend y hacer click en el botón Add..., desdeAvailable Assays seleccionar Crudo y hacer click en el botón Add···> paracalcular las fracciones y propiedades de la mezcla Blend-1. Para seleccionar loscortes estimar que se tiene una columna de crudo con 6 corrientes de salida yque cada una de las corrientes de salida debe contener mínimo 5 pseudocomponentes. De esta manera, el total de componentes es de 30.

Desde el menú desplegable Cut Option Selection, seleccionar User Points, yespecificar Number of Cuts = 30.

5. Cerrar la ventana Blend para retornar a la ventana Oil Characterization, escogerla pestaña Install Oil y escribir Crudo en la primera celda de Stream Name,presionar “Enter” para finalizar el proceso de caracterización. Hacer click en el


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botón Return to Basis Environment y nuevamente en Enter SimulationEnvironment.... La corriente Crudo debe aparecer en el PFD.

Seleccionar el conjunto de unidades Field y entrar la siguiente información parala corriente Crudo: Temperature = 140 °F, Pressure = 18.0 psia, Liquid VolumeFlow = 100,000 barrel/day.


El crudo será bombeado a una refinería que se encuentra a 50 kms de las facilidadesde producción. Considerando una caída máxima de presión de 0.5 psi/100 ft detubería, encontrar el diámetro del oleoducto, la temperatura del crudo a la entrada dela refinería y la presión de descarga requerida por la bomba, si la rata de flujo decrudo es 100,000 barriles por día. El crudo se almacena en un tanque donde lacabeza estática es 30 psia. El oleoducto va sobre el suelo expuesto al aire y larefinería está 300 mts más alta que las facilidades de producción.

6. Desde la Barra de Menús hacer click en Tools, seleccionar Preferences..., en elcajón Available Unit Sets seleccionar Field, hacer click en el botón Clone,nuevamente en la celda Unit Set Name y escribir Usuario 03, en el cajónDisplay Units seleccionar PressPerLenght y desde la lista desplegable ubicadaen la parte superior derecha escoger psi/100_ft, cerrar la ventana.

Desde la Barra de Menús hacer click en Tools, seleccionar Utilities, seleccionarPipe Sizing, hacer click en el botón Add Utility, nuevamente en el botón SelectStream..., en Object seleccionar Crudo, hacer click en el botón OK, de nuevo enla celda Schedule, desde la lista desplegable ubicada en la parte superiorderecha escoger None, hacer click en la celda Pressure Drop [psi/100 ft],entrar 0.5 y presionar la tecla “Enter”. El diámetro interno de la tuberíacalculado por HYSYS es 13.25", por lo tanto se escoge un diámetro nominalpara la operación Pipe Segment de 14” Sch 40, cuyo diámetro interno es13.124. Hacer click en “X” para cerrar la ventana y nuevamente en “X” pararegresar al PFD.

7. Adicionar una operación Pump y entrar la siguiente información: Inlet = Crudo,Outlet = Crudo1, Energy = Potencia P-100, regresar al PFD.


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8. Adicionar una operación Pipe Segment, en la pestaña Design seleccionarConnections y entrar la siguiente información: Inlet = Crudo1, Outlet = Crudoen Refinería y Energy = EPIPE.

9. Seleccionar Parameters y escoger la correlación de Beggs and Brill para flujoen dos fases.

10. Escoger la pestaña Rating, seleccionar Sizing, hacer click en el botón AppendSegment y entrar la siguiente información:

- Fitting/Pipe = Pipe- Length = 50,000 m- Elevation Change = 300 m- Outer Diameter, hacer doble click sobre la celda- Pipe Schedule = Schedule 40- Nominal Diameter = 14.00 in, hacer click en el botón Specify y nuevamente

en “X”- Increments = 400

11. Seleccionar Heat Transfer y entrar la siguiente información:

- Ambient Temp = 90 ºF- Heat Transfer Coefficient Estimation = seleccionar el radio-botón Outside- Seleccionar Estimate Outer HTC- Ambient Medium = Air


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Hacer click en “X” para regresar al PFD.

12. Desde la Barra de Botones hacer click en el botón Workbook, en la celdaPressure para la corriente Crudo1 entrar un valor de 1201.11 psia. De estaforma, la presión a la entrada de la refinería es 30 psia (requerida por la cabezaestática del tanque de crudo), la temperatura es 113.9 ºF.


Ejercicio 15 – Torre Atmosférica de Crudo

Después de pasar por un tren de precalentamiento, 100,000 barriles por día de uncrudo de 29 °API se alimenta a un separador “pre-flash” que opera a 450 °F y 75psia. El vapor del separador “bypasea” el horno de crudo y se mezcla con el crudocaliente que sale del horno, para ir como alimento a una columna de destilaciónatmosférica. La columna opera con un condensador total, tres despojadoras lateralesy tres circuitos “pump around”.


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Como producto de cima se obtiene gasolina, de la primera despojadora lateral quetiene rehervidor se obtiene queroseno, de la segunda despojadora lateral que es convapor de agua, se obtiene diesel y de la tercera despojadora lateral con vapor deagua, se obtiene gasóleo atmosférico (AGO). El producto de fondo de la torre sedenomina crudo reducido.

La simulación en estado estacionario de este caso, se adelantará en dos etapasprincipales:

A. Simular el tren de prefraccionamiento que consiste en el separador “pre-flash”,el horno de crudo y un mezclador que recombina el vapor del separador con lacorriente de salida del horno.

B. Definir e instalar las corrientes de entrada de vapor de agua de despojo, einstalar la columna de destilación atmosférica de crudo, mediante una operaciónde destilación que usa un método riguroso de cálculo

1. Abrir el caso Ejercicio 14.hsc y salvarlo como Ejercicio 15.hsc. Regresar alPFD. Crear una nueva corriente fuera del PFD existente y editarla, hacer clicken el botón Define from Other Stream..., en el cajón Available Streamsseleccionar la corriente Crudo, hacer click en el botón OK y cerrar la ventana dela corriente 1. Presionar el botón primario del mouse y arrastrar el cursor hastaseleccionar todas las corrientes y operaciones del PFD existente, excepto lacorriente 1. Presionar la tecla del computador para borrar y contestar Aceptar ala pregunta “Are you sure you want to delete these 7 items?”. Desde la Barra deMenús escoger Tools select Utilities y borrar la utilidad Pipe Sizing-1 haciendoclick en el botón Delete Utility. Regresar al PFD. Editar la corriente 1 y entrar lasiguiente información: Stream Name = Crudo, Temperature = 450 ºF y Pressure= 75 psia. Regresar al PFD.


2. Adicionar una operación Separator y entrar la siguiente información:

- Inlets = Crudo- Vapour Outlet = PreFlash Vap- Liquid Outlet = PreFlash Liq


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3. Adicionar una operación Heater y entrar la siguiente información: Inlet =PreFlash Liq, Outlet = Crudo Caliente, Energy = Duty Crudo, seleccionarParameters y entrar Delta P = 10.0 psi, regresar al PFD.

4. Para cambiar la apariencia del icono del calentador hacer click derecho en eldibujo del calentador, de la lista desplegable escoger Change Icon ...,seleccionar el último icono y hacer click en el botón OK. Para la corriente CrudoCaliente entrar una temperatura de 650 °F y regresar al PFD.

5. Adicionar una operación Mixer y entrar la siguiente información: Inlets =PreFlash Vap y Crudo Caliente, Outlet = Carga Torre, regresar al PFD.


Antes de simular la torre atmosférica de crudo, se deben definir las corrientes decarga de vapor así como la corriente de energía (Q-Trim – representa unintercambiador lateral sobre la etapa 28). Se van a alimentar tres corrientes de vapora diferentes sitios de la torre (composición de H20 = 1.0000). La corriente Q-Trimno requiere especificaciones y será calculada por la Columna.

La columna principal “Torre Atms”, se representa con 29 etapas ideales (sin incluirel condensador). La presión en la salida del condensador de cima es 19.7 psia conuna caída de presión a través de él de 9 psi, la etapa del fondo está a 32.7 psia. Losestimados de temperatura en el condensador, la etapa de cima y la de fondo son 100ºF, 250 ºF y 600 ºF, respectivamente. El agua condensada se retira del condensadormediante un retiro lateral de agua. Del condensador salen tres fases, gas,hidrocarburo y agua.


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6. Adicionar una nueva corriente y entrar la siguiente información: Stream Name =Main Vapor, Temperature = 375 ºF, Pressure = 150 psia, Mass Flow = 7500lb/hr, doble click en la celda Molar Flow y entrar una fracción molar para H2O= 1.0000, hacer click en el botón Normalize y nuevamente en OK, regresar alPFD.

7. Adicionar dos corrientes mas con una fracción molar para H2O = 1.0000 y lasiguiente información: Stream Name = Diesel Vapor, Temperature = 300 ºF,Pressure = 50 psia, Mass Flow = 3000 lb/hr y Stream Name = AGO Vapor,Temperature = 300 ºF, Pressure = 50 psia, Mass Flow = 2500 lb/hr.

8. Adicionar una corriente de energía y llamarla Q-Trim, regresar al PFD.


El paso siguiente es instalar la torre atmosférica de crudo usando una plantilla queviene con Hysys, y que ya tiene un modelo de columna de crudo con 3 despojadoraslaterales (una con rehervidor y dos con vapor de despojo), un condensador y 3 pumparounds.

9. En el Object Palette hacer click sobre el botón Custom Column, ir al PFD yhacer click nuevamente en el lugar que se desea, seleccionar el botón Read anExisting Column Template. Abrir el archivo 3sscrude.col para instalar lacolumna. Hacer click en el cajón Column Name y escribir “Torre Atms”, dar“Enter”.

La plantilla 3sscrude.col instala 40 platos, uno como condensador, 29 en lasección principal, 3 en cada una de las despojadoras laterales y uno comorehervidor en la primera despojadora lateral.

10. En la ventana Column Runner pestaña Design página Connections, seconectan las corrientes de entrada y salida Inlet y Outlet a la columna en elSub-Flowsheet usando las celdas External Stream, así: hacer click en la

Custom Column


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primera celda azul <<Stream>>, click en el menú desplegable de la partesuperior y seleccionar Main Vapor, click sobre el menú desplegable y

seleccionar Carga Torre, click sobre el menú desplegable y seleccionar Q-Trim, hacer click en la celda azul <<Stream>> correspondiente a la ExternalStream - Diesel Steam, de nuevo click sobre el menú desplegable y seleccionarDiesel Vapor, click sobre el menú desplegable y seleccionar AGO Vapor.

En el cajón Outlet Streams hacer click en la primera celda azul <<Stream>> yescribir el nombre Residuo, click sobre la siguiente celda azul <<Stream>> yescribir el nombre Gas Off, click sobre la siguiente celda azul <<Stream>> yescribir el nombre Agua Desecho, click sobre la siguiente celda azul<<Stream>> y escribir Nafta, hacer click sobre la celda azul <<Stream>>correspondiente a la External Stream - Kerosene y escribir el nombreQueroseno, click sobre la siguiente celda azul <<Stream>> y escribir el nombreDiesel, click sobre la siguiente celda azul <<Stream>> y escribir AGO,presionar la tecla “Enter”.

En la celda dP Top a la derecha, entrar una caída de presión en el condensadorde 9.0 psi, en la celda P Top entrar una presión a la salida del condensador de19.7 psia.

11. Escoger la pestaña Side Ops página Side Strippers, hacer click en la primeracelda de la columna Liq Draw Stage, click en el menú desplegable de la partesuperior y seleccionar 9__Main TS, click en la siguiente celda y del menúdesplegable seleccionar 17__Main TS, click en la siguiente celda y del menúdesplegable seleccionar 22__Main TS. Hacer click en la primera celda de lacolumna Vap Return Stage y seleccionar del menú desplegable 8__Main TS,click en la siguiente celda y del menú desplegable seleccionar 16__Main TS,click en la siguiente celda y del menú desplegable seleccionar 21__Main TS.

12. Seleccionar la página Pump Arounds y en la columna Draw Stage entrar en lasceldas respectivas, 2__Main TS, 17__Main TS y 22__Main TS; en las celdaspara la columna Return Stage entrar: 1__Main TS, 16__Main TS y 21__MainTS.


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13. Hacer click en la pestaña Parameters, seleccionar la celda Pressure de la Stage30 correspondiente a 29__Main TS y entrar un valor de 32.7 psia, se debe veruna presión en el Condenser de 19.7 psia y una presión en la Stage 2 de 28.7psia para 1__Main TS. Seleccionar la celda Condenser Temp para la Stage 1 yentrar una temperatura de 100 °F, de igual manera entrar 250 °F y 600 °F para1__Main TS y 29__Main TS.

14. Ir a la pestaña Design página Monitor, en la columna Specified Value hacerclick en la celda Kero_SS BoilUp Ratio, click en el botón View… paradesplegar la ventana para Boil Up Ratio Spec, click en el botón Delete,seleccionar la última celda correspondiente a la especificación Residue Rate,click en el botón View… para desplegar la ventana de Draw Spec: ResidueRate, click en el botón Delete.

15. En la columna Specified Value, hacer click en la celda Reflux Ratio y entrar unvalor de 1.0. En la columna Active hacer click en la marca “X” para quitar laespecificación de Reflux Ratio y que quede como Estimate. En la celda paraDegrees of Freedom debe quedar un valor de 3. Para que la columna estécompletamente especificada este valor debe ser 0.

Ir a la primera celda de la columna Specified Value, hacer click en el botónView… para desplegar la ventana Draw Spec: Kero_SS Prod Flow, en la celdaFlow Basis seleccionar Volume desde la lista desplegable de la parte superior,en la celda Spec Value entrar 9300 barrel/day y cerrar la ventana. Ir a lapróxima celda, hacer click en el botón View… para desplegar la ventana DrawSpec: Diesel_SS Prod Flow, en la celda Flow Basis seleccionar Volume desdela lista desplegable, la celda Spec Value entrar 19250 barrel/day cerrar laventana. Ir a la siguiente celda, click en el botón View… para desplegar laventana Draw Spec: AGO_SS Prod Flow, en la celda Flow Basis seleccionarVolume, en la celda Spec Value entrar 4500 barrel/day y cerrar la ventana. Ir ala celda siguiente, desplegar la ventana PA_1_Rate(PA) Spec, en la celda FlowBasis seleccionar Volume, en la celda Spec Value entrar 50000 barrel/day ycerrar la ventana. Ir a la celda siguiente, desplegar la ventana para PA_1_ Dt(PA) Spec, para Spec Type seleccionar Duty de la lista desplegable, en la celdaSpec Value entrar un valor negativo de -55000000 Btu/hr y cerrar la ventana. Ira la celda siguiente, desplegar la ventana para PA_2_Rate(PA) Spec, en lacelda Flow Basis seleccionar Volume, en la celda Spec Value entrar 30000barrel/day y cerrar la ventana. Ir a la celda siguiente, desplegar la ventana paraPA_2_ Dt (PA) Spec, para Spec Type seleccionar Duty de la lista desplegable,en la celda Spec Value entrar un valor negativo de -35000000 Btu/hr y cerrar laventana. Ir a la celda siguiente, desplegar la ventana para PA_3_Rate(PA)


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Spec, en la celda Flow Basis seleccionar Volume, en la celda Spec Value entrar30000 barrel/day y cerrar la ventana. Ir a la celda siguiente, desplegar la ventanapara PA_3_ Dt (PA) Spec, para Spec Type seleccionar Duty de la listadesplegable, en la celda Spec Value entrar un valor negativo de -35000000Btu/hr y cerrar la ventana. Ir a la última celda, desplegar la ventana para DrawSpec: Naphtha Prod Rate, en la celda Flow Basis seleccionar Volume desde lalista desplegable, en la celda Spec Value entrar 23000 barrel/day y cerrar laventana.

16. Para adicionar una nueva especificación, ir a la página Specs page, hacer clicken el botón Add..., seleccionar Column Liquid Flow, click en el botón AddSpec(s)...”, en la celda Stage seleccionar 27_Main TS desde la lista desplegablede la parte superior, en la celda Flow Basis seleccionar Volume desde la listadesplegable, en la celda Spec Value entrar 3500 barrel/day y cerrar la ventana.

17. Hacer click en el botón Add... para adicionar otra especificación. SeleccionarColumn Duty, click en el botón Add Spec(s)..., en la celda Name escribirQuero Reb Duty, en la celda Energy Stream seleccionar Kero_SS_Energy@COL1 desde la lista desplegable, en la celda Spec Value entrar 7500000Btu/hr y cerrar la ventana.

18. Hacer click en el botón Add... para adicionar otra especificación. SeleccionarColumn Vapour Flow, click en el botón Add Spec(s)..., en la celda Nameescribir Flujo Vap Prod, en la celda Stage seleccionar Condenser desde la listadesplegable, en la celda Spec Value entrar 0.0000 lbmole/hr y cerrar laventana.

Ir a la página Monitor y ver un valor de 0 para Degrees of Freedom, lo cualsignifica que la columna está completamente especificada. Las especificacionesfinales se muestran en la próxima figura.

19. Para correr la comuna, hacer click en el botón Run y debe converger. Regresaral PFD.



115

Los resultados de las corrientes de materia para el diagrama de flujo principal -Workbook - Case (Main) y para el subdiagrama de flujo Workbook - Torre Atms(COL1), se muestran a continuación con su respectivo diagrama de flujo:

Workbook - Case (Main)


116

Workbook – Torre Atms (COL1)


117

Ejercicio 16 – Torre Atmosférica de Crudo Mezclado

Caracterizar la siguiente mezcla de crudos (Castilla 65 % vol. - Apiay 35 %vol.)utilizando los “Assay's” que se muestran a continuación. Cargar 2500 BPD de estamezcla en una torre de destilación atmosférica para producir nafta (PFE = 280 ºF),queroseno (PFE = 550 ºF) y ACPM (PFE = 680 ºF). En el condensador de cima sesubenfrían los productos hasta 115 ºF.


118

ASSAY CRUDO APIAY

BULK PROPERTIESDensidad estándar 23.70 °API

Factor de Caracterización – UOP K 11.6Viscosidad @ 100 ºF - 22.43 cP

@ 140 ºF - 10.21 cPLIGHT ENDS LIQ. VOLUME %

C1 0.00C2 0.20C3 13.10iC4 14.70nC4 26.30iC5 17.90nC5 14.30nC6 13.50H2O 0.00

TOTAL 100.00Total Gas en Crudo 0.60

ASSAY LIQ. VOLUME % TBP , °F5.0 205

10.0 30015.0 37020.0 42525.0 47030.0 50735.0 54240.0 57650.0 66360.0 77570.0 86280.0 96082.4 1000


119

ASSAY CRUDO CASTILLA

BULK PROPERTIESDensidad estándar 13.6 °API

Viscosidad @ 77 ºF - 4500 cP@ 140 ºF - 310 cP

ASSAY LIQ. VOLUME % TBP , °F5.0 390

10.0 48015.0 57520.0 64030.0 74040.0 83050.0 92051.5 935

A continuación se dan las guías para hacer el ejercicio:

1. Abrir un caso nuevo, fijar las unidades Field, seleccionar la EOS de PengRobinson e ingresar los componentes livianos incluyendo el agua.


2. Ir al Oil Manager para entrar al ambiente de caracterización de crudo.

3. Adicionar el primer Assay con el nombre Apiay e ingresar las propiedadesfísicas generales, el Assay tipo TBP, la composición de los livianos incluyendosu porcentaje en volumen con respecto al crudo y calcular el Assay.

4. Adicionar el segundo Assay con el nombre Castilla e ingresar las propiedadesfísicas generales, el Assay tipo TBP y calcular el Assay. Se ignoran los livianospor cuanto no se conocen.

5. Adicionar el Blend-1, pasar al cuadro Oil Flow Information los dos Assay’s -Apiay con un flujo de 875 BPD (35 %vol.) y Castilla 1625 BPD (65 % vol.)para un total de 2500 BPD. Entrar 25 cortes (5 por cada producto de la torreatmosférica) gases, nafta, queroseno, ACPM, crudo reducido.


120

6. Ir a Install Oil e instalar el Blend-1 en la corriente Crudo Mezcla, regresar alambiente de simulación PFD. Editar la corriente Crudo Mezcla e ingresar 150 ºFy 40 psia.


7. Instalar una operación Heat Exchanger al cual entra por los tubos la corrienteCrudo Mezcla y sale Precaliente, por el casco entra Crudo Reducido y saleResiduo. La caída de presión tanto en tubos como en casco es 5 psi, latemperatura de la corriente Precaliente es 350 ºF.

8. Instalar una operación Heater y darle aspecto de horno, entra la corrientePrecaliente y sale Carga Torre, la corriente de energía es Duty Horno, lacaída de presión en el horno es 5 psi y la temperatura de la corriente Carga Torrees 660 ºF.

La torre de destilación atmosférica que se va a instalar para la simulación, consta deun condensador de tres fases, 28 platos reales con una eficiencia de 70 % y dosdespojadoras laterales de cuatro platos con vapor de despojo. A fin de construir elmodelo deseado se procede de la siguiente forma:

9. Ingresar tres corrientes de materia con la información del vapor de despojo tantoa la columna principal como a las despojadoras:

• Vapor Fondos : 375 ºF, 150 psia, 500 lb/hr, MoleFraction = 1.0000 H2O

25


121

• Vapor Quero : 375 ºF, 150 psia, 100 lb/hr, MoleFraction = 1.0000 H2O• Vapor ACPM : 375 ºF, 150 psia, 170 lb/hr, MoleFraction = 1.0000 H2O

10. Instalar una operación Refluxed Absorber e ingresar la información siguiente:

Carga Torre 22_Main 1

Duty Cond

Vapor Fondos

Gases

Crudo Reducido

28

Nafta

Agua

20.00 psia

3.000 psia

25.00 psia


122

hacer “click”

3.000 Molar

0.0000


123

11. Instalar las despojadoras con vapor laterales así:

Regresar al PFD.


Maximizando la ventana y rearreglando el diagrama de flujo principal [PFD –Case (Main)] se le puede dar la siguiente apariencia:

4

Quero-SS

4

8_Main TS

Vapor Quero

Queroseno

ACPM-SS

9_Main TS

Vapor ACPM

ACPM

16_Main TS

17_Main TS


124

12. Desde la Barra de Botones hacer click en el botón Object Navigator, en el

cuadro Flowsheets seleccionar T-100 (COL1) y hacer click en el botón Buildpara editar el subdiagrama de flujo para la columna de crudo T-100.Maximizando la ventana y rearreglando este subdiagrama de flujo [PFD – T-100(COL1)] se le puede dar la siguiente apariencia:

13. Para regresar al PFD principal, hacer click en el botón Object Navigator, en elcuadro Flowsheets seleccionar Case (Main) y hacer click en el botón Build.Editar la torre T-100, ir a la pestaña Design página Subcooling e ingresar en elcajón Subcool To una temperatura de 115 ºF.

14. Ir a la pestaña Parameters página Profiles e ingresar las temperaturas de 115 °Fpara el condensador (Stage = 1, Pressure = 20 psia) y de 630 °F para el plato28_Main TS (Stage = 29, Pressure = 25 psia).

15. Ir a la página Efficiencies e ingresar 0.7 para los platos de la columna principalque van desde 1_Main TS hasta 28_Main TS.


125

16. Ir a la pestaña Design página Monitor para adicionar y activar lasespecificaciones requeridas para tener completamente especificada la columna(Degrees of Freedom = 0). Para conseguir la convergencia inicial adicionar yactivar las siguientes especificaciones:

• Flujo de Gases = 0.0000 lbmol/hr - Column Draw Rate - @COL1• Temperatura Plato 1 = 235 ºF - Column Temperature 1_Main TS• Queroseno = 410 BPD - Column Draw Rate - @COL1• ACPM = 110 BPD - Column Draw Rate - @COL1

17. A fin de conseguir un ajuste fino con respecto a la calidad de los productosdeseados, una vez se ha conseguido convergencia con las especificacionesanteriores, adicionar y activar las siguientes:

• Flujo de Gases= 0.0000 lbmol/hr - Column DrawRate - @COL1

• PFE Nafta = 280 ºF - TBP Column Cut Point• PFE Quero = 550 ºF - TBP Column Cut Point• PFE ACPM = 680 ºF - TBP Column Cut Point


126

7.0 TRANSPORTE DE GAS NATURAL

Ejercicio 17 – Gas de Baterías a Planta

Con base en la calidad de los gases producidos en las baterías A, B y C indicada enla tabla a continuación y las condiciones mostradas en el esquema, estimar los flujosde gas en cada uno de los puntos A, B y C para obtener una presión en el punto 6 de20.0 psia. Calcular la temperatura final en el punto 6.

BATERÍAA B C

N2 0.18 0.21 0.39CO2 0.92 1.07 0.65H2S 1.28 0.15 3.23C1 48.67 41.16 51.45C2 10.40 2.14 3.49C3 7.32 2.61 3.23iC4 3.91 12.57 3.88nC4 3.00 12.31 2.91iC5 3.80 10.06 2.59nC5 5.85 9.55 8.51nC6 6.85 7.54 9.45nC7 7.82 0.63 10.22

100.00 100.00 100.00

UNIDADES

• Cargar conjunto de unidades USUARIO 01 en el cual Molar Flow está definidoen MMSCFD. Estimar el flujo en cada batería según el diámetro de cada tramo,de forma que el valor inicial total sea de 11.0 MMSCFD.

PIPE SEGMENT

• Increments = 50


127

• T ambiente = 90 °F• Heat Transfer Coefficient Estimation = Outside• Estimate Outer HTC = Activado• Ground Type = Wet Clay

ADJUST

• Simultaneous Solution = Activado• Tolerance = 0.1• Step Size = 0.25 MMSCFD• Minimum = 1.0 MMSCFD• Maximum = 10.0 MMSCFD

5 Kms - θ = 10" sch 40

70 psia145 ºF

40 psia160 ºF

Gas

T final = ?P final = 20 psia

A

65 psia170 ºF

3 Kms - θ = 8" sch 40

8 Kms - θ = 12" sch 40 12 Kms - θ = 16" sch 40

Condensado

B1

2 3 45

6

C

calculos de hidratos

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