TRABAJO:

• Diseñar una planta de gas y explicar la función de cada equipo. Con 4 pozos productores de gas, condensado y agua, donde los líquidos son volúmenes grandes y el gas contiene alta concentración de CO2”

INTRODUCCION:

• El objetivo del procesamiento del gas natural es eliminar los contaminantes, incluyendo los componentes corrosivos (agua y gases ácidos, sobre todo el Sulfuro de Hidrógeno su carácter contaminante), los que reducen el poder calorífico, como Dióxido de Carbono y Nitrógeno) y los que forman depósitos sólidos a bajas temperaturas, como el agua y Dióxido de Carbono, para después separar los hidrocarburos más pesados como el metano, que constituyen materias primas básicas para la industria petroquímica.

Etapas de los procesos del gas

• Las etapas normales en el procesamiento del gas natural son la deshidratación (eliminación de agua, usualmente con adsorbentes sólidos, como alúmina o mallas moleculares), el endulzamiento(eliminación del Sulfuro de Hidrógeno y Dióxido de Carbono con soluciones absorbentes, y la recuperación criogénica de etano e hidrocarburos más pesados (condensación de estos componentes a bajas temperaturas, del orden de 212F, y destilación fraccionada de los líquidos condensados).

OBJETIVO

En forma general se debe realizar los diferentes procesos en el gas natural para lograr los siguientes objetivos:

OBJETIVOS:• 1. Maximizar la seguridad de las instalaciones y de las

personas.

• 2. Minimizar las fallas operacionales.

• 3. Adecuar el gas a las especificaciones exigidas por los clientes (Especificaciones técnicas de gasoductos).

• 4. Proteger el medio ambiente.

DISEÑO:

Ahora describiremos el diseño planteado en la primera parte del trabajo en el cual tenemos 4 pozos productores de gas, condensado y agua donde los líquidos son volúmenes grandes y la concentración de CO2 es alta

Se llevara el gas a tratar por 2 procesos importantes, dada las características de los fluidos producidos en los 4 pozos, estos son:

Proceso de deshidrataciónProceso de endulzamiento

TECNOLOGÍA

En el diseño de la planta en el área de deshidratación, el proceso se lo realizara, mediante el sistema-glicol trietilenglicol (TEG)

En el diseño de la planta en el área de endulzamiento, el proceso se lo realizara, mediante el sistema-amina Metildietanolamina (MDEA)

Llegada

Primeramente mostramos el diseño de llegada a la planta de los 4 pozos productores

PROCEDIMIENTO

Al llegar los pozos 4 pozos a la planta entran a la zona de scrapper del cual, depende que queramos hacer con los fluidos, irán a los manifold de producción o entrada ó a los manifold de prueba.Debido a que los volúmenes de líquidos son grandes tenemos un Slug cátcher, para amortiguar la llegada de volúmenes significativos de liquido, que puedan afectar o dañar a los equipos. Luego los fluidos provenientes del manifold de producción pasan al separador de producción, en este caso trifásico, donde el condensado y el agua serán llevados a su reacondicionamiento y/o posterior almacenamiento, y el gas que es el tema de estudio será llevado a los dos procesos ya mencionados anteriormente para su acondicionamiento para la venta.

Diseño de planta del proceso de deshidratación con TEG

El vapor de agua es probablemente la impureza más común indeseable en una corriente de gas. Cuando el gas se comprime o se enfría, el vapor de agua se convierte a una fase líquida o sólida. El agua líquida puede acelerar la corrosión y reducir la eficiencia de la transmisión del gas. El agua en estado sólido forma hidratos helados, que pueden tapar las válvulas, accesorios e incluso las líneas de gas. Para prevenir estas dificultades algo del vapor de agua se debe quitar de la corriente del gas antes de transportarlo por líneas de transmisión. Además no se encuentra bajo especificaciones de venta

DEFINICIÓN

• Deshidratación del gas natural

• Es el proceso de quitar el vapor de agua contenido en la corriente de gas para bajar la temperatura a la cual se condensa. Esta temperatura es el punto de rocío y por ello el proceso de deshidratación se llama también acondicionamiento del punto de rocío.

PROCESO DE DESHIDRATACION

A continuación mostraremos el diagrama de flujo del diseño de deshidratación.

Gas

Húmedo96 MMPcsGE=0,67

Líquidos

Contactor

Pre-calentador

GlicolRico94,3% TEG

1015LPCA

100ºF

110ºF

200ºF

Calentador

353ºF

300ºF

157ºF

Bomba

110ºF

%TEG=98,5

Gas SecoW=7 lb/MMpcs

Glicol

Calor

Vapor de Agua

Rehervidor (353ºF)

Pobre%TEG=98,5

Gas

Purificador

Tanque de expansión

Condensado

Filtro

Diagrama de flujo de una planta de deshidratación con Glicol (TEG)

Absorbedor de glicol o contactor:

Es una torre empacada donde el gas, cargado con agua, se pone en contacto en contracorriente con el glicol limpio o deshidratadoEl glicol que llega por la por la parte superior va bajando a medida que llena los platos o bandeja de burbujeo, mientras tanto el gas que sube, entra por la parte inferior de la torre de absorción y se pone en contacto con el glicol que baña los platos; rompe el sello liquido y sale a la superficie para entrar, nuevamente en contacto intimo con el glicol de la bandeja superior. Cuando el gas natural burbujea en el líquido se va produciendo una trasferencia de masas, en la cual le entrega al TEG el agua que trasporta.El glicol llega a la torre con un porcentaje aproximado del 98.7% por peso y sale por el fondo habiendo absorbido el agua que debe retirar de la corriente de hidrocarburos, por lo cual su pureza baja a 95.3% p/p aproximadamente.Cuanto más alta sea la pureza a la cual entra el glicol, mejor será su capacidad de absorción, de allí la importancia de una buena regeneración y del uso del gas de despojamientoEste equipo se encuentra ubicado en un diseño de planta, después del separador de entrada a la unidad de deshidratación

Tanque o Válvula de expansión:

• Debido a que por lo general, el glicol en el horno esta a presión atmosférica y en el contactor existe alta presión, se debe usar una válvula para lograr los siguientes aspectos:

• Caída de presión

• Control del nivel de glicol en el contactor

• Este equipo se encuentra ubicado a la salida del glicol rico y antes de entrar al horno de regeneración

Tanque de venteo o separador de Glicol e Hidrocarburos líquidos

• Es el recipiente donde se separa el gas y el condensado que arrastra el glicol desde el absorbedor, normalmente conocido como “tanque de venteo” cuyo tiempo de retención, para efectos de diseño varia de 20 a 45 minutos. La presión de trabajo está entre 50 y 75 lpcm. Algunos fabricantes afirman que, en plantas que manejan 3 MM pcdn o menos, no siempre se justifica la instalación de estos separadores, nuestra sugerencia es que siempre se instale el tanque de venteo, porque evita que los hidrocarburos que se condensan en el contactor sean descargados en el regenerador caso en el cual pueden producir accidentes.

• Adicionalmente, algunas plantas suelen tener un separador instalado a la salida del gas tratado, cuyo único fin es recoger los líquidos que sean arrastrados cuando se opera la planta de manera indebida o se genera espuma en el absorbedor. El arrastre es uno de los problemas más comunes en este tipo de plantas

Filtros• Sirven para separar impurezas tales como: productos

de degradación del glicol, hidrocarburos de alto peso molecular, productos de corrosión y otras impurezas arrastradas por el gas.

• El filtro más usado es el tipo de elemento, capaz de retener partículas de 5 a 10 micrones, a una diferencia de presión de 2 lpcm cuando está limpio y de 20 lpcm cuando está sucio. También se usa carbón activado.

• Se encuentran ubicados después del tanque de expansión o también a la salida de la torre de regeneración

INTERCAMBIADORES

• El glicol rico a temperatura ambiente, se utiliza para enfriar el glicol pobre que viene del horno, usando intercambiadores de tubo y carcasa o de doble tubo. Algunas veces se emplea para intercambiar energía en un serpentín que se instala en el tope del acumulador de glicol, con lo cual se facilita la desorcion de los gases en el tanque de venteo y se precalienta el glicol.

• El glicol rico se puede calentar hasta 300 °F, utilizando la solución caliente que sale del horno, con el fin de ahorrar combustible. A la salida del intercambiador, el glicol pobre puede ser enfriado hasta 200 ° F

• Estos intercambiadores se encuentran antes de la entrada de glicol rico a la regeneradora y a la salida de glicol rico de la torre contactora

Regeneradora

• El regenerador cuya parte principal es el horno, puede calentarse con vapor de agua, aceite de calentamiento o fuego directo. El diseño del horno debe asegurar la evaporación del agua hasta alcanzar la concentración deseada. La torre regeneradora remueve la mayor parte del agua absorbida por el glicol, dejando el producto regenerado con una pureza que varía entre el 98.5% y el 99% p/p. Trabajando con TEG en una torre con presión atmosférica se puede lograr un grado de pureza del 98.7% por peso

• Este equipo se encuentra después del tanque de venteo, filtros e intercambiador, siguiendo la circulación de glicol rico

BOMBA:

• Son componentes claves en una planta de deshidratación, porque se encargan de garantizar la circulación del glicol dentro de la planta. El tipo más utilizado es el de desplazamiento positivo, teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

• La velocidad de la bomba estaría limitada de 300 a 350 r.p.m.

• El lubricante no puede estar en contacto con el glicol.

• La temperatura de bombeo podría limitarse a 170 °F.

• Para asegurar el bombeo se instala un acumulador de glicol

Diseño de planta del proceso de endulzamiento con MDEA

• Además de hidrocarburos pesados y vapor de agua, el gas natural frecuentemente contiene otros componentes que deben ser removidos, tales como el CO2, el H2S y otros compuestos de azufre como los mercaptanos, los cuales son componentes que requieren ser removidos completa o parcialmente del gas natural. El CO2, el H2S y otros compuestos de azufre presentes en el gas natural agrio son conocidos como gases ácidos, los cuales pueden generar graves problemas de corrosión tanto en los equipos de producción como de transporte de gas. En los Estados Unidos, la permisibilidad de gases ácidos en los gases naturales es de 2 a 3% de CO2 y de 4 ppm para el H2S. Los requerimientos actuales para algunas ventas pueden variar dependiendo de las negociaciones entre el vendedor y el comprador.

DEFINICION

• Endulzamiento del gas natural• Endulzamiento es el término que se le aplica al

proceso de remoción de gases ácidos tales como CO2, H2S y otros compuestos de azufre presentes en el gas natural. El principio de este proceso es neutralizar los gases ácidos bien sea por procesos físicos o químicos. Además, el proceso en sí requiere una fase de regeneración en donde se recupera el compuesto de endulzamiento, convirtiendo el sistema en un proceso cíclico, esto con fines económicos

Razones por la cual debe realizarse el endulzamiento del gas

• Seguridad del proceso que se realiza.

• Control del proceso de corrosión.

• Especificaciones de los productos producidos en un proceso.

• Disminuir los costos del proceso de compresión.

• Satisfacer las normas de gestión ambiental.

• Evitar el envenenamiento de los catalizadores.

A continuación mostraremos el diagrama de flujo del diseño de endulzamiento.

PROCESO DE ENDULZAMIENTO

Gas Agrio

Separador de Entrada

Líquidos

Tanque de flasheo

Gas de flasheo

Hidrocarburos

Gas dulce

Absorvedor

Inyección de antiespumante

Bomba de circulación

Bomba Booster

Bomba de Reflujo Make

up water

Enfriador de amina

Condensador de Reflujo

Separador de salida

Surface Tank

Acumulador de reflujo

Inye

cció

n d

e

anti

esp

um

ante

Filtro

Filtro

Rehervidor

Recuperador de MEA

Intercambiador de amina

rico-pobre

STILL

Gas seco

Diagrama de flujo de un sistema de endulzamiento con amina

Separador de Gas/Líquidos FiltroCoalesedor

• Elimina líquidos y sólidos que pueden afectar la operación de la planta.Hidrocarburos Liquido (espumamiento)Aguas Saladas (espumamiento y corrosión)Sulfilo de Hierro (espumamiento)Químicos para tratar Pozos de Gas (espumamiento y corrosión)Aceites de compresores (espumamiento)

Contactora:

• Torre donde los gases ácidos (H2S y/o C02) son removidos del gas natural por la amina (MDEA).

• Las torres utilizan platos. Pueden ser de los siguientes tipos

• Pueden ser de uno, dos, tres o cuatro pases• Pueden tener abertura ajustables o fijadas• Pueden ser de Válvulas, Capas o Platos• Las caídas pueden ser al lado de los platos a al centro

de los platos• Pueden tener una o múltiples puntos de adición de

amina

Tanque de Flasheo

• Es utilizado para flashear hidrocarburos que están disueltos en la solución de amina. Los hidrocarburos producidos se usan como combustible o se manda a quemar.

• Normalmente opera a 75 psig o menos cuando la presión de la contactora es arriba de 1000 psig

• Puede tener una contactora de amina en el flujo de gas para remover a H2S de los hidrocarburos flasheados (Puede resultar altas perdidas de amina)

• Normalmente se localiza entre el contactor y el intercambiador de amina rica/pobre

• Puede ser de 2-fases (gas-amina) o 3-fases (gas-HC liquido-amina)

Intercambiador de Calor Amina Rica/Pobre

• Reduce la temperatura de la amina pobre saliendo de la Regeneradora y aumenta la temperatura de la amina rica entrando a la Regeneradora.

• - Normalmente es de tubo/carcasa pero intercambiadores de tubo/platos también son utilizados.

• - Amina rica pasa por los tubos y la amina pobre por la carcasa.• E1 diseño debe minimizar el flasheo de gases ácidos (carcasa fija de

presión lo más cerca posible a la regeneradora).• Los requerimientos de la rehervidora será 50% más alto si no se

diseña así.• Un problema común es la corrosión/erosión• Es causado por la liberación de gases ácidos a la salida de la amina

rica.• El potencial de corrosión se aumenta cuando la carga de los gases

ácidos se aumenta por una reducción en el flujo de amina o en la concentración de amina.

• Es importante mantener suficiente flujo de amina y presión para mantener una fase en el flujo.

Regeneradora/Rehervidora

• Regenera la solución de amina por la adición de calor para:• aumentar la temperatura de la amina rica entrando a la regeneradora. Calor

sensible.• Calor es necesario para cambiar la reacción y remover el H2S y/o C02 de la

solución. Calor de reacción.• Calor es necesario para mantener el radio de reflujo en la parte superior de

la regeneradora. Calor de vaporización.•

• 90-95% de los gases ácidos son removidos de la solución en la regeneradora.

• El residual es removido en la rehervidora.• El punto de hervir de la solución depende solamente de la composición de

la amina, la concentración de amina y la presión que se mantiene en la regeneradora/rehervidora.

• Un incremento de presión a una temperatura constante resulta en temperaturas más altas pero produce menos vapor por el incremento de la demanda de calor sensible.

Reflujo

• La función del condensador de gases ácidos es para condensar y enfriar el agua de vapor a líquido.

• Los gases ácidos y el agua se separan en el tanque de reflujo.• El agua regresa a la parte superior de la regeneradora como reflujo.

.• La razón del reflujo es para minimizar la concentración de amina en

la parte superior de la regeneradora.

• Normalmente hay de 1 a 1.5 % amina en el reflujo• El Radio de Reflujo se define: mol agua / mol gases ácidos saliendo

de la regeneradora antes del condensador.

Filtros• Sirven para remover contaminantes químicos como jabones,

moléculas grandes de hidrocarburos, y productos de degradación.• Filtros Mecánicos• Son usados para remover partículas (tierra, productos de corrosión,

sulfato de hierro, etc.) que puede causar espumación, corrosión, y gas dulce fuera de especificación

• Pueden ser de cartuchos, bolsas, o de tipo pre-cubiertos• Son disponibles en rangos de 1-100 micrones.• Los elementos son cambiados basados en la diferencial de presión.• Pueden tratar todo el flujo de amina o una parte del flujo. Se

pueden usar con amina pobre o rico (normalmente se usan para amina rica).

• Se pueden usar antes y/o después del filtro de carbón.

Enfriador de Amina Pobre

• Enfría la amina pobre del intercambiador a la temperatura apropiada para uso en el contactor.

• Las condiciones ambientales determinan que temperaturas se pueden lograr con la amina pobre.

Filtro de Carbón

• Tiene que ser carbón activado

• Normalmente trata una parte del flujo de amina rica.

• Es usado para remover hidrocarburos, productos de degradación de aminas, algunas sales termoestables y hierro.

• También sirve como un filtro mecánico.

• Puede reducir la corrosividad de la solución de amina

• Es recomendado para cualquier uso de amina.

Tanque Surge

• Debe ser lo suficiente grande para mantener el flujo a las bombas durante problemas con el sistema.

• Normalmente es un tanque de almacenamiento tipo API.

• Operación– Almacenamiento de amina de adición.– La concentración de Amina normalmente es de 99.9 %

Peso.– Normalmente tiene una purga de nitrógeno o gas

natural para prevenir el contacto con oxigeno.