procesamiento de gas natural

INGENIERIA Y SIMULACION DE PROCESOS ENLA INDUSTRIA DE HIDROCARBUROS

PROCESAMIENTO GAS NATURAL

MARZO 2015

• El Gas Natural Bruto que viene de los campos deproducción contiene Hidrocarburos Condensables yCompuestos Contaminantes que lo hacen inadecuadopara el transporte y utilización final.• La presencia de hidrocarburos líquidos y aguaocasionan serios problemas a las instalaciones detransporte (Tubería, Compresores, Medidores, etc)• La presencia de compuestos contaminantes encantidades mayores a los establecidos por Ley puedenocasionar contaminación medioambientales, riesgos a lasalud y problemas de transporte (corrosion)

Procesamiento

Ing. Christian Viladegut – Marzo 2015

Especificación Gas de Venta

Procesamiento


Especificación Condensado

Procesamiento


PLANTA Carrasco Vuelta Grande Santa Rosa San Antonio San Alberto

CAUDAL (MMscfd) 45 80 45 436 420COMPONENTESN2 0.61 1.6291 2.14 0.43 0.55CO2 1.55 0.0966 10.44 2.3 2.33C1 87.84 84.56 86.39 83.75 85.95C2 6.29 8.95 0.416 6.44 5.5C3 2.29 2.71 0.257 2.34 1.94i-C4 0.297 0.387 0.046 0.47 0.42n-C4 0.642 0.796 0.096 0.79 0.63i-C5 0.167 0.248 0.035 0.41 0.36n-C5 0.169 0.262 0.043 0.31 0.26C6+ 0.145 0.362 0.137 2.84 2.06

Composición de algunos campos

Procesamiento


• El Gas Natural Bruto contiene HidrocarburosCondensables y Compuestos Contaminantes.• El Gas Natural Bruto debe ser ACONDICIONADOy TRATADO para:

- Cumplir con las especificaciones de venta.

- Requisitos de Seguridad y Medio Ambiente

- Requisitos de Transporte (Tuberias,Compresores)

Procesamiento


ACONDICIONAMIENTO

Extraer HidrocarburosCondensables del Gas

TRATAMIENTORemover o Reducir elcontenido decontaminantes

• Expansión Joule-Thompson (LTS)• Refrigeración Mecánica• Absorción Refrigerada• Refrigeración por Turbo Expansión

Procesamiento


Los productos líquidos del gas son agrupados según su composiciónde la siguiente manera:

• Gas Natural Licuado, GNL (Liquefied Natural Gas, LNG): porción dehidrocarburos ligeros del gas natural, principalmente metano, que hasido licuado

• Gas Licuado de Petróleo, GLP (Liquefied Petroleum Gas, LPG):principalmente propano y butano, mezclados o separados, los cualesson mantenidos en estado líquido bajo presión en un recipiente.)

• Líquidos de Gas Natural, LGN (Natural Gas Liquids, NGL):hidrocarburos licuados en las instalaciones de superficie o en lasplantas de procesamiento de gas. Los líquidos de gas natural incluyenetano, propano, butanos y gasolina natural.

ProcesamientoHidrocarburos Líquidos


ProcesamientoHidrocarburos Líquidos


Tiene por objetivo separar los componentes mas pesados delgas (componentes condensables) en una corriente liquida,volviendo al gas mas liviano.

La corriente liquida es conocida como LGN (Liquido del GasNatural) de la cual se puede fraccionar: GLP, Gasolinas, Diesel yotros. Estas corriente liquidas poseen mayor valor energético.

El gas, denominado gas procesado, gas seco o gas residualesta compuesto básicamente de C1 y C2. Tiene menor valorenergético.

ProcesamientoAcondicionamiento


La separación del LGN del gas natural se hace por condensación.Este proceso se logra enfriando la corriente de gas.


UnidadGasNaturalRico

Calor

GasNatural

LGN

EL parámetro de control es la temperatura de rocío (Dew Point). Poreso estas unidades se llaman “Unidades de ajuste de Dew Point”.


Los principales tipos de Proceso son:

• Expansión Joule-Thompson (LTS)• Refrigeración Mecánica


• Absorción Refrigerada• Refrigeración por Turbo Expansión

Si se quieren obtener sub-productos como GLP o etano sedeben utilizar los siguientes procesos:


• Se aplica cuando el gas esta a alta presión.• El enfriamiento se realiza a través de la expansión del gaspor una válvula de regulación de presión (Choke - valvula JTValve).• La disminución de la temperatura depende principalmentede la caída de presión del gas (cerca de 0,3 °C/bar [0,04°F/psi])• La expansión es isoentalpica y se conoce como “EfectoJoule Thompson”• En este proceso se promueve la condensación de loscomponentes a partir del Butano (C4).

ProcesamientoExpansión Joule Thompson (Auto Refrigeración)


Metanol oGlycol

ProcesamientoExpansión Joule Thompson

• El enfriamiento se realiza a través de un Ciclo deRefrigeración Standard, produciéndose el enfriamiento en el“evaporador”.• En este proceso se promueve la condensación de loscomponentes a partir del Propano (C3).• El Fluido refrigerante mas utilizado es el Propano puro quepermite alcanzar temperaturas hasta de -40 C.

ProcesamientoRefrigeración Mecánica


Metanol oGlycol

Metanol oGlycol

ProcesamientoRefrigeración Mecánica

• Este proceso es una modificación del LTS donde la válvula deexpansión es reemplzada por un Turbo Expander (Turbina).• El enfriamiento se realiza a través de la expansión del gas enel Turbo Expander con la consecuente realización de TRABAJO.• El trabajo generado puede ser utilizado para restaurarparcialmente la presión del gas.• Por las bajas temperaturas alcanzadas en este proceso sepromueve la condensación de los componentes a partir delPropano (C2).

ProcesamientoTurbo Expander


ProcesamientoTurbo Expander

De URC yEndulzamiento

Gas-Gas3 E-1 (A/B/C)

Separador Frío

(Trifásico)

3-V-2A

A Estabilización

A Regeneración MEGGas-Gasolina

3-E-3 (A/B)

Chiller Propano3-E-2A

Filtro Salida

3-F-2A

Gas deVenta

A Sub-TrenB

A Sub-TrenA

Inyección deGlicol

Inyección deGlicol

Inyección deGlicol

ProcesamientoUnidad de Ajuste de Dew Point Típica

ProcesamientoTratamiento

AguaEl agua contenida en el gas natural en estado de vapor puedetener dos orígenes:

• Debido a la presencia de agua libre en los reservorios dehidrocarburos. A las condiciones del reservorio (presión ytemperatura), el gas natural siempre está saturado con agua.

• Debido a la contaminación accidental. Por ejemplo, laevaporación de agua que no ha sido removida correctamente deun equipo o una línea después de una prueba hidrostática.

El vapor en si no genera problemas, cuando se genera agua librepueden haber problemas de corrosión y formación de hidratos.


Agua (H2O)

Deshidrataciónpor Absorción

Deshidrataciónpor Adsorción

Silica Gel

Alumina Activada

Tamiz Molecular

Glicoles


Agua


Ventajas• Menores costos de inversión• Menores caídas de presión• Proceso Continuo• Se requiere menos calor de regeneración por libra de

agua retirada

Desventajas• Glicol es susceptible a contaminación• Glicol es corrosivo• No logran eliminar el 100% del agua contenida


Glicol versus agentes secantes


• Los sistemas de deshidratación de gas con glicol son muy usadospor la simplicidad de la operación y el mantenimiento.

• Los tipos de glicol usados pueden ser monoetileno glicol (MEG),trietileno glicol (TEG).

• El proceso está basado en la absorción del vapor de agua pormedio del glicol.

• El MEG es utilizado cuando el proceso tiene asociado una unidadde ajuste de dew point

• EL TEG es utilizado cuando el proceso cuando se requierenreducciones de agua mayores y no se tiene asociado una unidadde ajuste de dew point

ProcesamientoTratamiento – Deshidratación (Glicoles)


ProcesamientoTratamiento – Deshidratación (Glicoles)

MEG y TEG

MEG TEGCorrosividad alta Corrosividad baja

Menor temperatura dedescomposición

Mayor temperatura dedescomposición

Mas volátil mayores perdidasdurante la regeneración

Menos volátil menor perdidadurante la regeneración

Menos viscoso (puede ser utilizado abaja temperatura)

Mas viscoso (no puede ser utilizadoa baja temperatura)


Tratamiento – Deshidratación (Glicoles)Procesamiento


Mercurio (Hg)Quimisorción en lechos noregenerativos (adsorbentes).

Componente Activo : CuS

Remoción porAdsorción Química

CuS + Hg HgS + Cu



Filtro Partículas

Precalentador Entrada

Reactor Mercurio

Gas

A Endulzamiento

A Dew Point

ProcesamientoTratamiento – Remoción de Mercurio

Al ser una proceso no regenerativo el lecho terminasaturándose obligando su cambio completo.El tratamiento del lecho saturado para recuperar elmercurio debe hacerse con empresa especializadasfuera del país.



Dióxido de Carbono (Gas Acido)

El agua libre combinada con CO2 presente en el fluidodel proceso, forma ácido carbónico (H2CO3):

CO2 + H2O H2CO3

El ácido carbónico causa la reducción del pH (corrosióndulce) del agua, la cual es muy corrosiva para el acerode las líneas y de los equipos.

También el ácido carbónico ataca el hierro formandobicarbonato de hierro, el cual es soluble en agua.



Dióxido de Carbono (Gas Acido)La presión parcial de CO2 (PCO2) se determina de la siguientemanera:

PCO2 = Presión total [unidad de presión absoluta] × Fracción molar de CO2



Dióxido de Carbono (Gas Acido)Que puede ocasionar la corrosión????

Carlsbad, Nuevo Mexico (2000)

• Gasoducto 30”• Exploto y ardio.• 12 Fatalidades• Daños materiales : 1MM Usd• Sección de la tubería construida en 1950• La rotura se dio en un punto bajo donde

se podía dar acumulación de liquido• Se encontró corrosión significativa en el

punto de ruptura


Dióxido deCarbón (CO2)

Sulfuro deHidrogeno

(H2S)

Absorción Química

Aminas

Carbonato de Potasio

Absorción Física

GasesAcidos

Sulfinol



La separación de los gases ácidos se hace por absorción en unasolución de amina.

Procesamiento

UnidadGas

NaturalAgrio

GasNaturalDulce

AminaRica

Endulz.

AminaPobre

Endulzamiento


AguaSalBaseAcido

aASHOHaAdeSulfuroaASH minminmin 222

aACOOHaAdeCarbamatoaACO minminmin 222

Las Aminas son, desde 1930, los Solventes de mayor aceptación yamplia utilización para la Absorción se H2S y CO2 del Gas

ProcesamientoEndulzamiento


C

H

N

H

C

H

H

OH

H

H

Grupo “ol”

Grupo “Amino”

MEA (Mono Etanol Amina)

• Amina Primaria• Peso Molecular : 61.1• Altamente Reactiva


C

H

H

C

H

H

OH

C

H

H

C

H

H

OH

N HC

H

H

MDEA (Metil Dietanol Amina)• Amina Terciaria• Peso Molecular : 119• Principal componente de lossolventes formulados• Mas capacidad pararemoción de gas ácido



• Menor grado de degradación térmica

• Mayor capacidad para remoción de gas ácido

• Alta selectividad hacia el H2S o hacia el CO2

• Los menores requerimientos energéticos

• Concentraciones altas, (no presenta corrosión)

• Usos: Refinación, Gas Natural, Plantas H2, Plantas de NH3, PlantasEtano / Etileno, Liq/Liq, Hornos de reducción Acero,

Aminas Formuladas



Torre de Absorción

Filtro de Entrada

Filtro Separador

Scrubber Gas Dulce

De URC

Gas Dulce aDew Point

Amina Pobre

Amina Rica

Aeroenfriador Salida

ProcesamientoEndulzamiento - Absorción


Torre deRegeneradoraT-3502

Flush Drum

Amina Pobre aTorre Absorción

Amina Rica deTorre deAbsorción

Surge Drum

Pre-FiltroPartículasF-3501

Post-FiltroPartículasF-3503

FiltroCarbónF-3502

Aero-EnfriadorAmina Pobre

IntercambiadorAmina Pobre/Rica

BoosterAminaPobre

BombaAmina Pobre

ReboilerE-3502

Condensador

Acumulador

K.O Gas Acido

BombaReflujo

GasCombustible

ProcesamientoEndulzamiento - Regeneración


El condensado proveniente de la separación primaria y lagasolina proveniente de la unidad de ajuste de dew pointno tienen condiciones de ser almacenados y transportados.

Elevada presion de vapor debido a componentes livianos(butanos)

La “Estabilización” es un proceso de separación de estoscomponentes livianos y la producción de condensadosuficientemente estable para su almacenamiento ytransporte.

ProcesamientoEstabilización de Condensado


Unidad

Gasolina

Gas Residual(C1,C2,C3, C4)Recirculado alingreso de la

planta

Condensado Estabilizado aTanque de almacenamiento

Condensado

ProcesamientoEstabilización de Condensado


Facilidadesde Entrada

Remoción deMercurio Dew Point Gas Venta

Circuito dePropano

Sistema deVenteos

ServiciosCircuito deGlicol

Circuito deAceite Térmico

Aire de *Instrumentos

Estabilizaciónde

Gasolina

ServiciosPlanta deTratamientoe Inyección Agua

Endulzamiento

Generación *E.E.

Tanques

Drenajes AguaDEMI

FuelGas

Almacen.Glycol yAmina

Red Contra *Incendio

Almacenamientode Condensado

Sistema *BombeoCondensado

AguaPotable

Condensado

Gasolina

Gas Reciclo

ProcesamientoUnidad Tipo

Fraccionamiento de Gas Natural


Fraccionamiento de Gas NaturalSeleccion del Proceso

Dependerá:• Composición del gas• Presión disponible del gas• Recuperación de Líquidos deseados


Fraccionamiento de Gas Natural

procesamiento de gas natural

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