proceso del gas ii

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MÓDULO 3: PROCESOS DEL

GAS II

Docente: Msc Ing. Enrique J. Cuellar

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Procesos del Gas II

1. Introducción

2. Contaminantes del gas natural

3. Remoción de compuestos no deseados

4. Clasificación de los procesos de remoción del

gas natural

5. Definición de Procesos de Absorción

6. Definición de Procesos de Adsorción

7. Definición de Deshidratación del Gas


Del pozo se extrae una mezcla de :

Hidrocarburos líquidos y gaseosos

Agua y sales disueltas

Arena

Otros contaminantes

En las unidades de tratamiento se separan unos de

otros y se acondicionan para su venta o disposición


Primero se separan las fases obteniéndose :

Hidrocarburos en fase gaseosos

Hidrocarburos en fase liquida

Fase acuosa

Fase solida

Algunos productos no deseados pueden estar

presentes en una o mas fases


Los gases se tratan para:

Remover gases ácidos y mercurio

Remover vapor de agua ( Deshidratación )

Remover GLP ( Ajuste del punto de rocío )

Recuperar GLP ( Turbo expansión )

Compresión a presión de gasoducto Medición e inyección a gasoducto


En la purificación del gas natural es importante la

remoción de los gases ácidos contaminantes

Los mas importantes son el dióxido de carbono ( CO2 )

y acido sulfhídrico ( H2S )

Deben ser removidos para :

Evitar la toxicidad del H2S

Evitar la corrosión en equipos y tuberías

Mantener el poder calorífico del gas

Respetar las especificaciones


Los hidrocarburos líquidos se tratan para :

Separar el agua libre y el agua emulsionada

Separar los solidos arrastrados

Separar gases disueltos

Reducir el contenido de sales

Bombeo a presión del oleoducto


El agua separada se trata para:

Reducir el contenido de hidrocarburos

Eliminar los solidos en suspensión

Bombeo

Otros tratamientos según el origen y destino

Disposición en pozos o medio ambiente

Recuperación secundaria


PLANTAS DESHIDRATADORAS:

Requerimientos para el transporte :

Punto de Rocio de HC : -4 °C a 800 psia

PCS : 995 – 1046 BTU/ft3

CO2 : 2 % molar

Inertes totales : 4 % molar

H2S : 3 mg/ m3 o 2,1 ppm

H2O : 4 lb / MMft3 o 85 ppm

O2 : 0,2 % molar

Partículas solidas : 1,4 lb / MMft3


PLANTAS DESHIDRATADORAS:

Requerimientos para el transporte :

Partículas liquidas : 2,8 lt/ MMft3

Libre de arena, polvo, gomas, aceites, etc.

La medición del contenido de agua esta estandarizada

por ASTM D – 1142

4 lb de agua / MMft3

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CONTENIDO DE AGUA

EN GAS NATURAL

LIBRE DE GASES

ÁCIDOS


CONTENIDO DE

AGUA EN

ÁCIDO SULFHÍDRICO


PROCESOS DE ADSORCION


El término adsorción se deriva de un proceso general

denominado sorción, que describe la transferencia

periódica de energía en dos subprocesos, en los

cuales un medio sólido adsorbente bajo transferencia

de energía adsorbe y desorbe una materia en estado

gaseoso.

Los dos subprocesos son clasificados en

Adsorción y desorción.


La adsorción es el fenómeno en el cual un cuerpo

sólido, bajo la liberación de una determinada cantidad

de energía en forma de calor, adsorbe o atrapa en su

superficie una cantidad de materia gaseosa, cuyo

efecto contrario, o sea, la separación de la materia

gaseosa del cuerpo sólido mediante entrega de calor a

dicho cuerpo, se reconoce como desorción


La adsorción se utiliza para eliminar de forma

individual los componentes de una mezcla

gaseosa o líquida.

El componente a separarse liga de forma física o

química a una superficie sólida.

El componente eliminado por adsorción de una

mezcla gaseosa o líquida puede ser el producto

deseado, pero también una impureza.

Este último es el caso, por ejemplo, de la

depuración de gases residuales.


El sólido recibe el nombre de adsorbente, y el

componente que se adsorbe en él se denomina

adsorbato.

El adsorbente se debería ligar, en lo posible, sólo

a un adsorbato, y no los demás componentes de

la mezcla a separar.

Otros requisitos que debe cumplir el adsorbente

son:

una gran superficie específica (gran porosidad) y

tener una buena capacidad de regeneración


Un adsorbente muy utilizado es el carbón activo.

Dado que la adsorción se favorece por

temperaturas bajas y presiones altas, para la

regeneración, es decir, para la desorción, se

emplean temperaturas altas y presiones bajas.

De este modo, para la regeneración del adsorbente

se puede utilizar, por ejemplo, vapor de agua o un

gas inerte caliente


Curva ideal de ruptura de un adsorbedor de lecho fijo: Co

concentración de entrada de adsorbato en el fluido,

C(t)concentración de adsorbato en el fluido en la salida del

adsorbedor


Según transcurre el tiempo, disminuye la capacidad

de adsorción en la zona inferior del lecho fijo.

El adsorbato se va ligando al adsorbente en zonas

cada vez más altas.

Esto equivale a la migración de la zona de

transferencia de materia(Mass Transfer Zone, MTZ)

con el tiempo. Una vez la MTZ ha migrado

completamente a través del lecho fijo (ruptura).


Hay muchas sustancias con esta capacidad, pero las

mas utilizadas en la práctica son el :

carbón vegetal activado

las zeolitas,

las tierras diatomeas y

otras.

Como los procesos de absorción y adsorción son en

principio muy similares en cuanto a su resultado neto,

la refrigeración por adsorción solo se diferencia de la

de por absorción en la naturaleza de las sustancias

adsorbedoras, el refrigerante y sus temperaturas de

trabajo.


ADSORCIÓN

Es el proceso mediante el cual un sólido poroso

(a nivel microscópico) es capaz de retener

partículas de gas o de soluto en su superficie tras

entrar en contacto con éste.


ADSORBENTE: sólido poroso

SUSTRATO: superficie sólida sobre la que tienen

lugar la adsorción.

ADSORVATO: partículas a ser retenidas

RECUBRIMIENTO: medida de la extensión de la

adsorción de especies en una superficie


El adsorbente dispone de nano poros, lo que se

conoce como centros activos, en los que las

fuerzas de enlace entre los átomos no están

saturadas. Estos centros activos admiten que se

instalen moléculas de naturaleza distinta a la suya

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Activated-carbon.jpg

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Activated-carbon.jpg


Nano poros del adsorbente = Centros Activos

Características de los centros activos:

Las fuerzas de enlace entre los átomos no están saturadas.

Estos centros activos admiten que se instalen moléculas de

naturaleza distinta a la suya.

La adsorción es un proceso exotérmico y se produce por tanto de

manera espontánea si el adsorbente no se encuentra saturado


Las moléculas pueden enlazarse de dos formas a una

superficie:

Adsorción Física o Fisisorción: La adsorción física consiste en

un enlace débil originado por fuerzas de Van der Waals, y en

principio no hay una redistribución de carga en la

molécula/átomo y la superficie

Adsorción química o Quimisorción: La adsorción química

implica un cambio sustancial en la densidad electrónica entre

substrato y adsorbato. La naturaleza del enlace puede ser

intermedia entre iónico y covalente


La base del estudio lo constituyen las isotermas de

adsorción.

(representaciones gráficas de la cantidad de

sustancia adsorbida frente a otras variables como

la presión o la concentración, y la temperatura


Área 1: bajas presiones

Adsorción directamente proporcional

a la presión

Área 2: presiones media

A mayor presión mayor adsorción

Área 3: altas presiones

La adsorción se mantiene constante a

pesar del incremento de presión

En cuanto a la temperatura a mayor

temperatura menor adsorción

Área 1

Área 2

Área 3


PROCESOS DE REFRIGERACION

MECANICA


La refrigeración mecánica es el proceso más simple y

más directo para la recuperación de LGN.

La refrigeración mecánica o externa es suplida por un

ciclo de refrigeración y compresión de vapor que

utiliza propano como el refrigerante y compresores

centrífugos o reciprocantes para mover el refrigerante

desde las condiciones de operación de baja presión a

las de alta presión


En la figura se presenta un esquema de este tipo de

proceso, en este esquema puede verse que el gas de

entrada es pre-enfriado en el intercambiador de calor

gas-gas usando la corriente de gas de salida del

separador, para así de este modo aprovechar parte de

la energía utilizada para la refrigeración.

El enfriador es una unidad de tubo y carcasa tipo en

el cual el gas pasa por los tubos y le transmite la

energía al líquido refrigerante que rodea los tubos.


El refrigerante se vaporiza y deja el enfriador

esencialmente como vapor saturado. Si hay

presente agua, la formación de hidratos es

prevenida por la inyección de un inhibidor de

hidratos, como el metanol.


AUTO-REFRIGERACIÓN

Como se observa en la figura en oposición a la refrigeración

externa, en los procesos de auto-refrigeración el gas de entrada

es pre-enfriado usando el gas tratado, a través de un

intercambiador gas-gas, y luego se enfría aún más por una

expansión isoentálpica, o expansión Joule-Thomson, a través

de una válvula, esto produce que los hidrocarburos pesados y el

agua condensen.

En este proceso el comportamiento no ideal del gas de entrada

causa que la temperatura del gas disminuya con la reducción de

presión, y el cambio de temperatura depende principalmente de

la caída de presión


Los líquidos condensados son removidos en uno o más

separadores para alcanzar las especificaciones de presión de

vapor y composición, el gas de salida del separador de baja

temperatura, que satisface dichas especificaciones es

calentado usando el gas de entrada.

En muchos casos el gas tratado debe ser comprimido

nuevamente a la presión de la línea de distribución requerida,

ya que ha sido expandido hasta una presión más baja, esto

penaliza el proceso debido a que tiene que tomarse en cuenta

el requerimiento de potencia de recompresión.


Por esto el proceso es favorecido cuando el gas es producido a

una muy alta presión y puede ser expandido hasta la presión de

la línea de distribución sin necesidad de compresión

El enfriamiento en este proceso está limitado con frecuencia por

la temperatura de formación de hidratos a la presión aguas arriba

de la planta de extracción, a menos que se le inyecte un inhibidor

de hidratos, como por ejemplo, el metanol o glicol.

En este caso, el condensado compuesto de hidrocarburos y

glicol húmedo son calentados y


separados en un separador trifásico, luego de esto el

glicol puede ser regenerado en una columna

despojadora.

Este proceso es muy efectivo si el objetivo es

recobrar etano o mayor cantidad de propano que la

obtenida por refrigeración mecánica, la auto-

refrigeración es aplicable particularmente para

volúmenes de gas pequeños, de 5 a 10 MMSCFD


REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA

Cuando la presión disponible es insuficiente para

alcanzar el punto de rocío requerido con el proceso

de auto-refrigeración, la refrigeración criogénica

puede ser considerada.

Los procesos de refrigeración criogénica se usan

tradicionalmente para la recuperación de líquidos del

gas natural, debido a que aún cuando tienen un alto

costo de capital poseen bajos costos operacionales;

sin embargo, contienen numerosas partes movibles y

son complicadas de operar


En la figura se muestra un esquema de este tipo

de plantas, las mismas se caracterizan por el

uso de una turbina de expansión, en sustitución

del enfriador y de la válvula JT usada en la

refrigeración mecánica y la auto-refrigeración

respectivamente, por lo cual son conocidas

como plantas turbo-expansoras


El gas que entra a la planta se expande, esta

energía proporcionada por la expansión es suplida

en forma de trabajo a la turbina, lo que produce una

reducción de la entalpía del gas, y de esta manera

se alcanza una disminución de la temperatura aún

mayor que la alcanzada por el procesos JT simple

(entalpía constante).

La turbina puede estar conectada a un compresor, el

cual vuelve a comprimir el gas con una pequeña

pérdida en la presión total.


PROCESOS DE ABSORCIÓN EN ACEITE POBRE

El método de absorción para recuperación de líquidos del

gas natural es muy similar al usado para endulzamiento y

para deshidratación.

En este caso se utiliza un aceite pobre como medio de

absorción, el cual tiene una gran afinidad por los

hidrocarburos pesados (C3 – C7+). En la figura se muestra

un esquema de este tipo de plantas, el gas a ser

procesado es puesto en contacto con el aceite de

absorción (aceite pobre) en una columna empacada o de

platos, la cual opera típicamente a la temperatura

ambiente y a una presión cercana a la del gas de venta


El gas que sale por el tope es enviado hacia los

consumidores finales, mientras que el aceite ahora

rico en hidrocarburos pesados se expande para

liberar la mayor parte del metano absorbido, y luego

se dirige hacia el sistema de regeneración.

La recuperación de líquidos es típicamente 99% del

butano y la gasolina natural, 65-75% del propano, y

15-25% del etano contenido en el gas

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