REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL RAFAEL MARA BARALT VICERECTORADO ACADMICO PROGRAMA INGENIERA Y TECNOLOGA PROYECTO: INGENIERA DE GAS

SISTEMA DE DESHIDRATACION DEL PROPANO PRODUCTO DEL COMPLEJO CRIOGENICO DE OCCIDENTE BAJO LA TECNOLOGIA DE TORRE DE DESPOJO Trabajo especial de grado para optar al ttulo de Ingeniero de Gas

AUTORES: Br. Fiorella Alicia Castro Monnin Br. Douglas Bernotti Dvila De Rubeis TUTOR METODOLGICO: Doc. Ignacio Valbuena TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Eduardo Jos Duque Daz

Ciudad Ojeda, Febrero de 2011

CAPITULO I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema En trmino general, la industria del gas natural ha alcanzado un gran desarrollo, esto debido a que es una fuente energtica econmica y de alto poder calorfico, con un bajo impacto ambiental en contraste con otras fuentes de energas utilizadas a nivel mundial. La composicin qumica del gas natural es la razn de su amplia aceptacin como el ms limpio de los combustibles fsiles. En efecto, la mayor relacin hidrgeno/carbono en la composicin del gas natural, en comparacin con la de otros combustibles fsiles, hace que en su combustin se emita menos CO2 por unidad de energa producida. En la combustin del gas natural, que esta compuesto principalmente por metano (CH4), se produce un 25% menos de CO2 que los productos petrolferos y un 40% menos de CO2 que en la combustin del carbn por unidad de energa producida. Se atribuye al CO2 el 65% de la influencia de la actividad humana en el efecto invernadero, y al CH 4 el 19% de dicha influencia. La mayor parte del CO2 emitido (75% - 90%) es producido por la combustin de combustibles fsiles. Sin embargo, las emisiones de metano son producidas en su mayora por la ganadera y la agricultura, los vertederos, las aguas residuales, y las actividades relacionadas con los combustibles fsiles. A las empresas que distribuyen gas natural les corresponde menos del 10% de las emisiones de metano a la atmsfera, cifra que cada ao se va reduciendo por las medidas que han adoptado las empresas como renovacin de tuberas antiguas, recuperacin de venteos de gas, entre otros. Su mezcla con aire y posterior combustin es ms fcil que con otros combustibles fsiles y la ausencia de partculas y compuestos

corrosivos de azufre, facilitan la recuperacin del calor residual y, por tanto, las eficacias de su utilizacin. Adems, las reservas de gas natural son abundantes, y su transporte y distribucin mediante tuberas enterradas hacen que su impacto sobre el paisaje sea mnimo. Por su rendimiento y baja emisin de contaminantes, el gas natural es especialmente apropiado para la generacin de electricidad y cogeneracin, uso de calderas y hornos industriales, automocin, climatizacin y otros usos en los sectores comercial y domstico. El gas natural es un combustible que tiene un impacto medioambiental mnimo comparado con el resto de los combustibles fsiles y cuya utilizacin contribuye a reducir la emisin de gases de efecto invernadero. Las reservas mundiales de gas natural son muy importantes y las estimaciones de su dimensin continan progresando a medida que las nuevas tcnicas de explotacin, de exploracin y de extraccin son descubiertas. Las reservas de gas natural son abundantes y ampliamente distribuidas por el mundo, se estima que una cantidad significativa de gas natural queda an por descubrir. Con referencia a Venezuela esta se encuentra en una posicin privilegiada al encontrarse como el octavo pas del mundo y el primero en Amrica Latina en lo que a reservas probadas de gas natural se refiere, es decir, cuenta con 147 billones de pies cbicos (BPC) (4,15 Billones de m3) de gas en reservas probadas, adems posee recursos entre 40 y 60 BPC por confirmar. Sin embargo, las reservas probadas de gas natural en Venezuela, corresponde a gas natural asociado con el 91%, el mayor volumen de reservas del pas (70%) est localizado en el Oriente, 23% corresponde al Occidente y el resto a Costa Afuera 7%.(PDVSA, 2010) Con relacin a lo antes expuesto, esta nacin cuenta con una ventajosa posicin geogrfica e importancia geopoltica, constituyendo uno de los cinco grandes polos de atraccin gasfera del mundo: Rusia, Medio Oriente, Norte

de frica, Norteamrica y Venezuela, conjuntamente con Trinidad y Tobago y Bolivia, en Suramrica. PDVSA Gas como empresa integral en todos sus procesos; se dedica a la exploracin y explotacin de gas no asociado, as como a la extraccin y fraccionamiento de Lquidos del Gas Natural (LGN), al transporte, distribucin y comercializacin del Metano, dada su importancia esta industria est presente en casi todo el pas con la finalidad de profundizar de manera eficiente los planes de Negocio de la Corporacin y especficamente los nuevos desarrollos del gas natural, a nivel nacional, dando de esta manera el salto hacia delante propuesto por el Gobierno Venezolano. Por otra parte, la serie parafinica que se extrae de las reservas existentes, no cuenta con un grado de pureza del 100%, ya que contiene impurezas, tales como, dixido de carbono (CO2), cido sulfhdrico (H2S) y agua (H2O), estas impurezas se eliminan mediante diversos procesos como endulzamiento y deshidratacin, para su posterior uso industrial, comercial y domstico. Asimismo, la presencia de agua en forma de vapor en el gas se ha convertido en una problemtica, debido a que impide obtener la composicin y las condiciones ptimas; igualmente trae consigo varios efectos, los cuales son perjudiciales a las lneas de transmisin y equipos encargados del manejo y procesamiento de la corriente de gas natural, Campbell (1992). El primero de estos efectos es la condensacin, cuando por una u otra razn la temperatura en la corriente de gas disminuye y el vapor de agua presente se condensa depositndose en el fondo de las secciones de menor elevacin de una lnea de tubera, este mismo efecto puede ocasionar la formacin de hidratos (cristales slidos formados por agua e hidrocarburos) reduciendo y taponando sustancialmente el rea de flujo de esas secciones de tubera y por consecuencia disminuyendo la capacidad de transporte de la lnea de transmisin (GPSA 2000).

Aunado a la situacin, un segundo efecto nocivo que causa la presencia de agua en la corriente de gas, es la de brindar un medio acuoso apropiado en el seno del cual ocurren reacciones qumicas (particularmente si contiene CO2) que conducen a la formacin de cidos, los cuales son causantes directos de la corrosin de paredes metlicas de tuberas, recipientes y equipos de manejo y proceso del gas. Existen otras consecuencias perjudiciales que acarrea la presencia de agua como daos por el impacto en los compresores, peligros de explosin en las calderas, formacin de hielo en los procesos criognicos, entre otros. Los temas tratados, nos asocian al caso del Complejo Criognico de Occidente (CCO), que tiene como funcin el procesamiento del gas natural en el Occidente del pas; a fin de incrementar la produccin de etano y LGN, el cual tendr una capacidad de procesamiento de gas asociado de 950 MMPCED, contando con dos trenes de extraccin y uno de fraccionamiento; donde cada tren de extraccin de LGN contiene cuatro lechos deshidratadores, tres de los cuales operan simultneamente bajo el ciclo de secado y uno en ciclo de regeneracin. Los deshidratadores estarn diseados con un volumen extra del lecho de tamiz molecular, con la finalidad de alargar la operacin normal de secado un tiempo mximo de ocho horas, en los eventos de fallo del ciclo de regeneracin. A travs de los cuales, se obtendr los productos metano, etano y propano requeridos para el desarrollo petroqumico de forma confiable en volumen y calidad; bajo condiciones normales el CCO garantizar la demanda de etano requerido por las plantas de Olefinas / y la alimentacin de la futura planta de Olefinas de PEQUIVEN, en el Tablazo, el suministro local y para exportacin de los productos fraccionados de LGN. El metano ser enviado para el levantamiento artificial de crudo, el etano y propano ser transportado hasta el Complejo Ana Mara Campos.

En el Complejo Criognico de Occidente, llegan dos corrientes provenientes del rea norte y del rea sur, las cuales se mezclan para ingresar al separador trifsico, en donde se obtienen las corriente de condensados no estabilizados (metano y etano), la corriente de LGN y por ltimo la corriente de condensados estabilizados (LGN y agua). La corriente de no estabilizados van directo a la industria; las dos ltimas se mezclan quedando con un porcentaje de agua haciendo que el LGN (propano, butano, i-butano, pentano, n-pentano, entre otros), sea inapropiado para la comercializacin, pero a su vez contiene una cantidad significativa de compuestos que pueden ser recuperados y aprovechados. En el caso del propano en su procesamiento criognico requiere que prcticamente la humedad sea eliminada, as como tambin para cumplir con las especificaciones en cuanto a la calidad del producto para la posterior comercializacin. El gas stripping es un mtodo que tiene como fin remover mayores porcentajes de agua, siendo esto una condicin aceptable por las industrias, es por ello la necesidad de realizar esta investigacin en el proceso seleccionado para el Complejo Criognico de Occidente, utilizando el gas stripping y un simulador como herramienta de estudio, la cual ayudara a sensibilizar aquellas variables definidas como influyentes dentro del proceso, para generar posibles soluciones que mejoren la deshidratacin del propano bajo la tecnologa de torre de despojo.

Formulacin del problema

En virtud de lo planteado se realiza la siguiente interrogante: Qu caractersticas debe poseer el diseo de un sistema de deshidratacin de propano producto del CCO bajo la tecnologa de torre de despojo?

Objetivos de la Investigacin Objetivo general Disear un sistema de deshidratacin de propano producto del CCO bajo la tecnologa de torre de despojo. Objetivos especficos

Describir las propiedades y caractersticas del propano a ser empleado en el sistema de deshidratacin (C3H8). Identificar la cantidad de agua presente en el propano. Establecer el gas deshidratador a utilizar en el sistema tomando en cuenta aspectos de operacin. Establecer las condiciones operacionales bajo las cuales debe trabajar el sistema de deshidratacin del propano, bajo la tecnologa de torre de despojo.

Proponer el diseo del sistema de deshidratacin de propano producto del CCO bajo la tecnologa de torre de despojo.

Justificacin del problema La presente investigacin permitir determinar la cantidad exacta de agua que contiene el propano proveniente de una mezcla de LGN, mediante un balance de masa, para posteriormente ser analizado, y poder realizar los clculos de los parmetros fsicos para el diseo de un sistema de deshidratacin del propano bajo la tecnologa torre de despojo, tomando en cuenta las condiciones operacionales, de acuerdo a las caractersticas del propano y el gas deshidratador

Es de suma importancia desarrollar el estudio cientfico, ya que por medio de l se aplicar las bases tericas y prcticas estudiadas y aprendidas durante la carrera de ingeniera de gas, debido a ello se suministrara los conocimientos en la formacin acadmica de forma terica y metodolgica para futuras investigaciones; por ltimo se realizar un aporte significativo en el avance del proyecto Complejo Criognico de Occidente; beneficiando al departamento de ingeniera de procesos , la cual se encarga de realizar la revisin de los documentos que se generan como productos de ingeniera ejecutados por terceros, que se requieren en el CCO, a fin de lograr el cumpliendo con los diversos parmetros que permitan incrementar la produccin de LGN y etano. Asegurar el suministro de gas residual a terceros, ampliar el negocio del gas para satisfacer la demanda interna y externa, de manera eficiente y productiva. Delimitacin de la investigacin Espacial La investigacin se realizar tomando en cuenta el ambiente y espacio destinado para tal fin, en las instalaciones del Proyecto Complejo Criognico de Occidente, ubicado en el Municipio Simn Bolvar, cercano a los sectores denominados La Vaca y ULE, especficamente en la Costa Oriental del Lago, Estado Zulia. Temporal La investigacin tendr una duracin de 6 meses, lapso que abarca desde el 8 de noviembre de 2010 hasta el 8 de abril de 2011.

CAPITULO II MARCO TERICO

CAPTULO II MARCO TEORICO Antecedentes de la investigacin Al compilar la informacin del presente estudio donde se propone un diseo de un sistema de deshidratacin de propano bajo la tecnologa torre de despojo, no se encontr algn procedimiento de trabajo relacionado al mismo. Cabe resaltar, que el tema de deshidratacin de gas natural y evaluacin del sistema de deshidratacin ha sido muy estudiado, encontrndose mltiples investigaciones realizadas, con el fin de dar soporte a esta investigacin y para posteriormente servir como base documental para un posterior diseo. Entre estos trabajos se pueden nombrar los siguientes: Bohrquez Juan (2002), Evalu el sistema de deshidratacin de propano de la planta de fraccionamiento Bajo Grande; cuya finalidad trata de mejorar la eficiencia del proceso para evitar problemas operacionales y prdidas econmicas debido al alto contenido de humedad en el propano producido en la planta que pueden ocasionar fallas en los equipos de refrigeracin. Para la ejecucin de la investigacin el autor simul la operacin de la torre despropanizadora, reproduciendo los datos de diseo y de operacin, adems del modelo termodinmico de Peng-Robinson. Realizo los clculos para estimar los tiempos de ruptura de las torres secadoras, y midi la presin, flujo y temperatura durante el proceso de secado, donde encontr que el proceso de adsorcin es sumamente sensible a las variaciones en la temperatura y a los cambios en el flujo. Igualmente evalu la operacin de los ciclos de regeneracin de los lechos de tamices, encontrndose deficiencias operacionales en los tiempos de calentamiento dificultades en mantener la temperatura para la desorcin de la humedad, y la utilizacin de propano hmedo en la etapa de enfriamiento.

El aporte obtenido de este trabajo de investigacin son las bases tericas y la profundizacin en cuanto a la tecnologa de adsorcion para exponer en el planteamiento del problema las ventajas que posee este sistema, igualmente se obtuvo la metodologa aplicada para lograr los objetivos planteados. Quintero y Lema (2003), Sistema computarizado de deshidratacin de gas natural por absorcin; cuyo objetivo principal fue realizar un programa en el Lenguaje Visual Basic que permitirn simular el diseo y rediseo de una planta de deshidratacinregeneracin de gas natural por desecantes lquidos de manera rpida y sencilla en el menor tiempo posible. Utilizaron un tiempo de investigacin documental- predictiva-descriptiva, a su vez, las tcnicas empleadas para la recoleccin de informacin fueron la revisin bibliogrfica y la recopilacin de datos para el desarrollo del diseo del programa. Los autores segn los resultados obtenidos concluyeron que el programa creado generaba informacin que se adaptaba a los datos de campo, proporcionando resultados que permiten seleccionar de una forma ms confiable con qu tipo de desecante resulta ms favorable trabajar en la planta. Sin embargo, recomendaron incluir otros parmetros tales como, cadas de presin, perdidas de temperaturas y ampliar el sistema de unidades de las entradas de los datos con el fin de arrojar mayor nmero de resultados y as tener un mejor diseo. El estudio permiti observar las ventajas de la utilizacin de procesos de deshidratacin con desecantes lquidos dentro de la industria en comparacin con las otras tcnicas existentes en el mercado, as como tambin estudiar los factores que inciden en el proceso de seleccin del glicol. Por su parte, el antes mencionado estudio se ajusta a los fundamentos tericos y metodolgicos que la sustentan, adems de generar informacin en cuanto a programas de simulacin en la factibilidad para la aplicacin en los procesos de deshidratacin.

Ocando

(2009),

Disearon

conceptualmente

un

sistema

de

deshidratacin del as natural por absorcin a escala de laboratorio. El objetivo de esta investigacin es evaluar un diseo conceptual de un sistema de deshidratacin de gas natural por absorcin qumica a escala de laboratorio, siendo esta investigacin de tipo documental, descriptiva y predictiva. Para el cumplimiento del objetivo general y los especficos de esta investigacin; se aplicaron tcnicas y herramientas que ayudaron a la obtencin de toda la informacin necesaria para el desarrollo de la misma; entre ellos se puede mencionar: material digital, tablas y ecuaciones, programas y simuladores como PIPEPHASE 9.1, Aspen BJAC y PRO II; material documental como Data Book Gas Processors Supllier Association (2004); Gas Conditioning and Processing (1992); Petrochemical Processes (2005), entre otros. La metodologa se estructuro en 9 etapas partiendo desde la recoleccin de datos inciales, seleccin del glicol, determinacin de las cadas de presin, diseo de los equipos, hasta llegar a la elaboracin de un manual para la construccin, operacin y control del sistema. Los resultados que se presentan, apoyan a una futura construccin del sistema diseado para el laboratorio de la escuela de petrleo de la Universidad del Zulia; sumndose as como una fuente de aprendizaje directa para los estudiantes, ya que podrn observar y realizar prcticas y clculos reales de un proceso que se lleva a cabo a nivel industrial, pero a menor escala. En la investigacin antes mencionada, permite el avance de ciertas actividades en la elaboracin, sustitucin y utilizacin de los instrumentos de recoleccin de datos que dan soporte al desarrollo de las nuevas tecnologas. Brito (2005), Evalu el sistema de deshidratacin del gas mediante el uso de glicol en el rea de tratamiento en la planta refinadora de Amuay estado Falcn. El objetivo fue evaluar la efectividad del sistema de deshidratacin de gas mediante el empleo de glicol, realizado bajo la modalidad de un estudio diagnostico de tipo descriptiva y explicativa,

orientada a un diseo de campo. Por tal razn se aplicaron como tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos la observacin directa mediante impresiones fotogrfica y un registro de datos de la evaluacin del sistema de deshidratacin del gas. Una vez aplicada la metodologa, el autor concluyo que el proceso de deshidratacin de gas tuvo gran relevancia en el tiempo determinado para la observacin, ya que el ndice productivo alcanzo los parmetros establecidos, comprobando as la efectividad del proceso. Asimismo, el estudio permiti conocer las condiciones del uso de los glicoles dentro de una planta para la deshidratacin de gas natural, permitiendo profundizar las medidas de control y prevencin de fallas que deben ser evaluadas durante el desarrollo de dicho proceso. Lo antes expuesto en la investigacin, contribuye a obtencin de el desarrollo de diversas actividades que integran el sistema de deshidratacin, hacindolo pertinente para guiar tanto terica como metodolgicamente el avance de la misma, por lo cual genera un aporte significativo. Villalobos (2005), Dise las facilidades para el manejo de los productos de fraccionamiento de lquidos del gas natural, esta investigacin tiene como objetivo general el diseo de las facilidades para el manejo de los productos de fraccionamiento de lquidos del gas natural (LGN), en el Complejo Criognico de Occidente (CCO), aprovechando las instalaciones de almacenamiento existentes en la planta GLP-ULE, los productos provenientes del tren de fraccionamiento del CCO, sern: propano, n-butano, i-butano, pentano y gasolina, los cuales se obtendrn a partir del procesamiento de 35.000 Bls/dia de LGN producto de la planta de extraccin del CCO, el rea de almacenamiento GLP-ULE cuenta con seis recipientes con capacidad de 5.000 Bls c/u, la filosofa de operacin ser rgida para asegurar la calidad a los clientes, por tanto se dispondrn como mnimo de dos tanques para almacenar cada producto, almacenando en uno de ellos y otro en espera mientras se analiza que el producto se encuentre dentro de

especificaciones mediante la cromatografa. De acuerdo a los objetivos planteados, la investigacin fue realizada a nivel descriptiva, bajo un diseo experimental. La poblacin se encuentra conformada por el Complejo Criognico Occidente y la planta de fraccionamiento GLP-ULE. El muestreo es por conglomerados y se asume como muestra las reas de almacenamiento de la planta de fraccionamiento ULE y el CCO. La informacin se obtuvo a travs de la revisin bibliogrfica y de los cdigos internacionales que rigen en el diseo de equipos, entrevistas a expertos y levantamiento de informacin en campo. Los clculos para el diseo se realizaron por medio de hojas de clculo, y software de ingeniera utilizada por la empresa y reconocida para este diseo. Luego de analizar el proceso se disearon dos tanques para almacenar productos fuera de especificaciones segn el cdigo ASME, seccin III, divisin 1, se dimensionaron las tuberas y se seleccionaron bombas del tipo API. Mostrando su posible interconexin a travs de planos y diagrama. Esta investigacin nos aporto informacin en cuanto a bases tericas y descripcin de procesos de suma importancia para el desarrollo de nuestra investigacin. Bases tericas Estas constituyen un conjunto de conceptos y proposiciones que comprenden un punto de vista o enfoque determinado, dirigido a explicar un fenmeno o problema planteado. Esta seccin puede dividirse en funcin de los tpicos que integran la temtica tratada o de las variables que sern analizadas.

Variables Operacionales. Segn el manual para Operador de Plantas de Gas del ICIJACH (2008) las principales variables operaciones son: temperatura, presin, flujo y nivel. Temperatura Es la mayor o menor intensidad con que se manifiesta la energa interna contenida en un cuerpo. Cuando comparamos la temperatura de un objeto con la de nuestro cuerpo, decimos que est caliente si sentimos que su temperatura es mayor que la nuestra y decimos que est fra cuando su temperatura es menor. El trmino de caliente o fro depende con cual patrn de temperatura se realiz la comparacin. Los patrones de comparacin que se utilizan para medir la temperatura se denominan escalas de temperatura. Toda escala de temperatura toma como punto de partida una temperatura mnima y como final una temperatura mxima observadas durante un perodo determinado. Las escalas de temperatura ms utilizas son: la escala centgrada o Celsius, la escala Fahrenheit, Absoluta o Kelvin y Reamur.

Escala Centgrada o Celsius La escala centgrada toma como punto de partida el punto de congelacin del agua, que equivale a 0 C y como tope el punto de ebullicin del agua, que equivale a 100 C. Escala Fahrenheit En la escala Fahrenheit, 32 F equivale a 0 C en la escala centgrada y 212 F equivale a 100 C.

Escala Absoluta o Kelvin Esta escala tiene como punto de partida la menor temperatura a la cual la materia deja de manifestarse, lo cual sucede a -273,16 C; por tal razn 0C equivale a 273,16K y 100C equivale a 373,16 K. Escala de Reamur En la escala 0 R equivale a 0 C y 80 R equivale a 100 C. La presin La presin es una de las variables ms comunes que se pueden encontrar en un proceso industrial. Ella es quizs, la variable ms importante, ya que por medio de ella podemos medir y/o controlar otras variables del proceso de una manera sencilla sin necesitar equipos especiales. Un ejemplo simple lo constituye la manera de conocer el trabajo realizado por una bomba, el cual es fcilmente determinable con solo conocer la presin de succin y descarga de la misma. Presin se puede definir como la relacin entre la fuerza y el rea donde sta acta, es decir:

P = F/A

La presin de los gases est dada por la presin que las molculas de estos ejercen sobre las paredes se sus recipientes. El instrumento de medicin para medir la presin se denomina manmetro y la unidad ms utilizada es PSI, o sea libras por pulgadas cuadradas.

Presin Atmosfrica Como su nombre lo indica es la presin que ejerce la atmsfera sobre la tierra, por lo tanto depende de la altitud del lugar donde se mida, pero como las variaciones son muy pequeas (la ms grande es de 1 atmsfera que equivale 14,7 psi, o sea libras por pulgadas cuadradas. Presin Manomtrica Es la presin registrada por cualquier instrumento. Dichos instrumentos registran cero presiones cuando miden la presin atmosfrica. Se abrevia L.P.C.M (PSIG) o simplemente L.P.C (PSI). Presin de Vaco Es la diferencia de presiones entre la presin atmosfrica existente y la presin absoluta, es decir, es la presin medida por debajo de la atmosfrica. Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presin atmosfrica influyen considerablemente en las lecturas del vaco. Presin Absoluta. La presin absoluta tiene por origen el cero absoluto, matemticamente es la presin manomtrica ms la atmosfrica. Se abrevia L.P.C.A. (P.S.I.A). En la figura se puede ver claramente las relaciones existentes entre la presin atmosfrica, manomtrica, absoluta y vaco.

XPRESIN MANOMETRICA POSITIVA

PRESIN ATMOSFRICAPRESIN ABSOLUTA PRESIN DE VACO O MANOMET. NEG.

PRESIN ABSOLUTA

LINEA DE CERO ABSOLUTO

Figura 1: Relaciones existentes entre la presin atmosfrica, manomtrica, absoluta y vaco. Fuente: Manual para Operador de Plantas de Gas. ICIJACH (2008). Presin Hidrosttica: Es el peso que ejerce una columna de lquido sobre una unidad de superficie dependiendo de la altura y el peso especfico del lquido. P = H x Pe La presin vara con la profundidad, esto es debido al peso del lquido y puede ser comprobado fcilmente, mediante las siguientes deducciones: Sabemos P = F/A, pero F = W (peso del lquido). Por lo tanto P = W/A (I) Pe: Peso especfico del lquido V: Volumen ocupado por el lquido. Por la fsica sabemos que W = Pe. V (II)

Sustituyendo II en I obtenemos: P = (Pe.V)/A, pero V = A.H, donde H es la altura del lquido, luego P = (Pe.A.H)/A, de donde se deduce que P =Pe.H Presin Hidrosttica = Peso Especfico x Altura. Flujo o Caudal Para la conduccin con xito de los procesos industriales en gran escala, la medicin correcta y confiable del flujo de fluidos es un factor vital. Es esencial para el control de todas las etapas de una operacin y asegura la calidad del producto. Suministra la base de informacin exacta de costos y produccin en la operacin y es garanta de las cantidades vendidas a los clientes. Es igualmente importante en trabajos de pruebas en la planta realizados para aumentar la produccin, para obtener informacin para diseos o para eliminar dificultades en la operacin. El flujo lo podemos definir como el movimiento de un fluido. Y otro concepto que se le puede acreditar es el de tasa de flujo, el cual no es ms que la cantidad de fluido que pasa por un punto por una unidad de tiempo. En plantas de gas las unidades en la cual va ha ser medido el flujo es en: MMPCED millones de pies cbicos estndar por das.

Viscosidad Segn Ranald G. (2008) La viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las molculas del fluido. En los lquidos la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, pero no se ve afectada apreciablemente por los efectos de

presin. La viscosidad absoluta de los gases aumenta al aumentar la temperatura, pero casi no vara la presin.

Peso especifico El peso especfico w de una sustancia es el peso de la unidad de columen de dicha sustancia. En los lquidos w puede considerarse constante para las variaciones ordinarias de presin. El peso especifico del aguapara las temperaturas mas comunes es de 1000 Kg/m3 Densidad Segn Cengel (2002) La densidades define como la masa por unidad de volumen.=m V

En general la densidad de una sustancia depende de la temperatura y la presin. La densidad de la mayora de los gases es proporcional a la presin e inversamente proporcional a la temperatura. Por otro lado, los lquidos y los slidos son en ecencia sustancias no compresibles y la variacin de su densidad con la presin es por lo general insignificante. Factor de Compresibilidad. La ecuacin de Gas ideal es una ecuacin muy simple, por lo tanto, muy conveniente de usar. Pero los gases se desvan de manera importante del comportamiento de Gas Ideal en estados cercanos a la regin de saturacin y el punto critico. Esta desviacin a presin y temperatura especfica se explica con exactitud mediante la inclusin de un factor de correccin llamado factor de compresibilidad Z definido como:

Z=

Pv RT

Punto de roco El punto de roco del hidrocarburo es la temperatura a la cual el hidrocarburo comienza a condensarse cuando el gas natural es enfriado a presin constante y en consecuencia deja de ser totalmente gaseoso. Para la determinacin de la temperatura del punto de Roco es necesario establecer dos condiciones: a) la temperatura se alcanza cuando se presenta en cambio de fase del vapor de agua a lquido (o a slido), y b) el enfriamiento se lleva a cabo a presin constante. En la figura 2, se muestra un diagrama de fases del agua y se indican las tres lneas o curvas que describen los cambios de fase lquido-vapor, lquido-slido y slido-vapor. Las tres curvas se cruzan en el punto triple. Si un gas est a una temperatura y presin indicadas por el punto A en el diagrama, cuando el gas se enfra a presin constante hasta alcanzar la lnea de coexistencia lquido-vapor, en el punto B aparece el primer condensado en la muestra de gas, el valor de la temperatura en el punto B es el punto de roco Td.

Figura 2: Diagrama de fase del Agua. Fuente: Internet Simultneamente, si la muestra est a una temperatura y presin indicadas por el punto C, si al enfriar el gas a presin constante se alcanza la lnea de coexistencia slido-vapor, en el punto D aparece la solidificacin del vapor de agua, el valor de la temperatura en el punto D es el punto de escarcha Tf. Para una mezcla gas-vapor de agua; el comportamiento del vapor de agua se puede describir con la ley del gas ideal como primera aproximacin. La ley del gas ideal relaciona a la temperatura, la presin y el volumen de un gas por medio de la ecuacin: PV=n*R*T Donde n es el nmero de moles del gas, P es la presin, T es la temperatura y R es la constante de los gases.

Para una mezcla de un gas con vapor de agua, las leyes que relacionan a Td y la presin total de la mezcla son la ley del gas ideal y la ley de presiones parciales de Dalton. La ley de presiones parciales de Dalton relaciona a la presin total (PT) de una mezcla de gases con la suma de las presiones de cada uno de los gases que constituyen la mezcla, es decir:

Cuando una mezcla de gas con vapor de agua se enfra a presin constante, si el primer condensado es de agua y aparece a un valor Td, entonces el contenido de humedad se puede calcular a partir de la presin parcial de vapor de agua y del valor de Td.

Gas Natural El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre y se encuentra mezclado con el petrleo crudo cerca de los yacimientos. Como se trata de un gas, puede encontrarse solo en yacimientos separados. La manera ms comn en que se encuentra este combustible es atrapado entre el petrleo y una capa rocosa impermeable. El gas natural arrastra desde los yacimientos componentes indeseables como son: cido sulfhdrico (H2S), dixido de carbono (CO2), y agua en fase gaseosa, por lo que se dice que el gas que se recibe es un gas hmedo; por la presencia de agua que arrastra desde los yacimientos y gas amargo; por los componentes cidos que contiene. Existen diversas denominaciones que se le dan al gas natural y por lo general se asocia a los compuestos que forman parte de su composicin. Por ejemplo cuando el gas natural est presente el H 2S por encima de 4 ppm por cada pie cbico de gas que se dice que es un gas amargo y cuando la

composicin desciende a menos de 4 ppm se dice que es un gas dulce. (Diccionario de Quimica Mc Graw Hill, 1992) Componentes del gas natural No existe una composicin o mezcla que se pueda tomar para generalizar la composicin del gas natural. Cada gas tiene su propia composicin, de hecho dos pozos de un mismo yacimiento puede tener una composicin diferente entre s. Tambin la composicin del gas varia conforme el yacimiento va siendo explotado, es por eso que se deber hacer un anlisis peridico al gas extrado, para adecuar los equipos de explotacin a la nueva composicin y evitar problemas operacionales. Cuando el gas natural es extrado de los yacimientos presenta impurezas las cuales hay que eliminar ya que pueden provocar daos al medio ambiente, corrosin en equipos o disminuir el valor comercial del gas. Normalmente se compone con hidrocarburos con muy bajo punto de ebullicin. El metano es el principal constituyente de este combustible, con un punto de ebullicin de 154 C, el etano con un punto de ebullicin de -89C, puede estar presente en cantidades de hasta 10%; el propano cuyo punto de ebullicin es de hasta -42C representa un 3%. El butano, pentano hexano y octano tambin pueden estar presentes. La composicin de una mezcla de gas natural puede ser expresada tanto en fraccin mol, fraccin volumen o fraccin peso de sus componentes, aunque tambin puede ser expresada en por ciento mol, en por ciento volumen o por ciento peso. (Marcas Martnez, 2008) Clasificacin del gas natural El gas natural generalmente se clasifica en funcin de los compuestos presentes en l y la proporcin en que se encuentran, se tiene:

segn el contenido de hidrocarburos recuperables como lquido Gas Rico: es aquel cuyo contenido de hidrocarburos recuperables en estado lquido (C3+) es mayor o igual a 0,00004 m3/s (0,6 GPM) de gas a condiciones estndares o que su contenido de propano sea mayor o igual de 1,3% molar. Gas Pobre: es aquel cuyo contenido de hidrocarburos recuperables en estado liquido (C3+) es menor de 0,00004 m3/s (0,6 GPM) de gas a condiciones estndares o que su contenido de propano sea menor de 1,3% molar. segn el contenido de compuestos cidos Gas cido: es aquel que posee en su composicin 2% de CO2 o ms de 4 ppm de H2S u otro compuesto sulfurado (sulfuro de carbonilo, mercaptanos, entre otros) Gas Dulce: es aquel que posee en su composicin menos del 2% de CO2 y menos de 4 ppm de H2S u otro compuesto sulfurado (sulfuro de carbonilo, mercaptanos, entre otros). Segn el contenido de agua Gas Seco: es aquel gas cuyo contenido de agua es menor o igual a 3,175 kg H2O/ 28.317 m3 de gas (7 lbm H2O/ MMPCE de gas). Gas Hmedo: es aquel gas cuyo contenido de agua es mayor que 3,175 kg H2O/ 28.317 m3 de gas (7 lbm H2O/ MMPCE de gas).

Por su origen Gas Natural Asociado: se encuentra en contacto y/o disuelto en el aceite crudo del yacimiento. Este puede ser clasificado como gas de casquete (libre) o gas en solucin (disuelto). Gas Natural No Asociado: gas natural extrado de yacimientos que no contienen petrleo. Por su composicin Gas Natural Amargo: contiene azufre, compuestos de azufre y/o bixido de carbono, en cantidades que requieren tratamiento para que pueda ser utilizado. Gas Natural Dulce: no contiene azufre o compuestos de azufre, o los tiene en cantidades tan pequeas que no es necesario procesarlo para pueda ser utilizado directamente como combustible no corrosivo. Gas seco: gas cuyo contenido en metano puede variar en volumen de 95 a 99%. Por su almacenamiento o procesamiento: Gas Natural Comprimido: gas natural seco almacenado a alta presin en estado gaseoso en un recipiente. Gas Natural Licuado: gas natural compuesto predominantemente de metano, que ha sido licuado por compresin y enfriamiento para facilitar su transporte y almacenamiento.

Gas Natural Seco: gas producto de la extraccin de los hidrocarburos lquidos y compuestos de azufre. Lquidos del gas natural (LGN) Los lquidos del gas natural formados por etano, propano, butano y otros componentes hidrocarburos ms pesados, son utilizados en el mercado interno como combustible y materia prima, adems un porcentaje de la produccin nacional abastece mercados internacionales. Para ello es necesario procesar el LGN que se obtiene a travs de: la licuefaccin y separacin selectiva, donde se emplean las operaciones bsicas de refrigeracin, absorcin y destilacin fraccionada, adems de las operaciones complementarias de transferencia de calor, compresin y transporte de fluidos. Propano Segn la publicacin electrnica de www.glosario.net es un

Hidrocarburo que se encuentra en pequeas cantidades en el gas natural, consistente de tres tomos de carbono y ocho de hidrgeno ; gaseoso en condiciones normales. Se le emplea como combustible automotriz, para cocinar y para calefaccin. A presin atmosfrica el propano se licua a -42C. El propano se suele obtener del gas natural o de los gases de los procesos de cracking producidos en las instalaciones petroqumicas. Se lo emplea en instalaciones centralizadas, con un depsito exterior que es llenado por la compaa suministradora, o se expende en botellas de 20 kg. Este gas es ms pesado que el aire y tiene mayor poder calorfico que el gas butano, sin tener problemas con las bajas temperaturas.

En zonas donde no existe red de abastecimiento de gas natural, se utiliza el gas propano envasado en depsitos comunales. Composicin y Propiedades

El propano es un gas incoloro e inodoro. Es una mezcla de hidrocarburos livianos compuesta principalmente por propano, propileno, butilenos y butanos, en proporciones variables y que en condiciones normales es un gas, pero al comprimirla pasa a estado liquido, puede obtener en una planta de procesamiento de gas natural o en una refinera, en las unidades de ruptura cataltico. Frmula Qumica: C3 H8 El gas propano mezclado con aire puede ser explosivo con concentraciones del 1,7 - 9,3 % Vol de propano. El propano quema con una llama amarillenta que libera ciertas cantidades de holln. En elevadas concentraciones el propano tiene propiedades narcotizantes. Usos del GLP

El gas propano es un combustible que se utiliza principalmente para uso domstico, comercial, y tambin en industrias, para hornos, secadoras, calderas; en motores de combustible interno y en turbinas de gas para generacin de electricidad.

En la industria qumica es uno de los productos usados para la sntesis del propeno. Tambin se lo usa como gas refrigerante (R290) o como gas propulsor en los aerosoles. Propiedades fsicas del Propano: Segn Marcias J. Martinez (2007) el propano tiene las siguientes constantes fsicas en el sistema Ingles: Peso Molecular: 44.097 Punto de Burbujeo a presin atmosfrica -43.73 F Presin de Vapor a 100F: 188.68 psi Punto de Congelacin a presin Atmosfrica: -305.72 F ndice de Refractividad a 60F: 1.29558 Presin Critica: 615.0 psi Temperatura Critica: 205.92 F Volumen Critico: 0.0727 ft3/lbs Densidad Relativa 60F/60F (liquido): 0.50698 Peso en Vaco (liquido): 4.2268 lbs/Gal Densidad a condiciones normales (liquido): 10.433 Gal/lbs.mol Coeficiente de densidad con la temperatura 1/T: -0.00168 Factor Acentrico: 0.1515 Factor de compresibilidad a condiciones normales: 0.9825 Densidad relativa a condiciones normales (Gas ideal): 1.5226 Volumen especifico a condiciones normales (Gas ideal): 8.6059 ft3/Gal Calor especifico a condiciones normales (lGas ideal): 0.38852 BTU/lbsF Calor especifico a condiciones normales (liquido): 0.61996 Valor Calorfico 60F Neto Gas ideal: 2314.9 BTU/ft3 Valor Calorfico 60F Neto Lquido (peso en vaco): 19757 Valor Calorfico 60F Bruto Gas ideal: 2516.1 BTU/ft3

Valor Calorfico 60F Bruto Lquido (peso en vaco): 21489 Calor de vaporizacin del punto de burbujeo a presin estndar: 183.01 Aire requerido para combustin Gas Ideal: 23.871 ft3 (aire)/ ft3 (Gas) Deshidratacin de gas natural El gas natural para ser transportado por tuberas y /o conductos; debe cumplir con ciertas especificaciones. Adems de las especificaciones relativas de presin de entrega, tasa y posiblemente la temperatura; otras especificaciones incluyen el mximo contenido de agua, mximo contenido de hidrocarburos condensados; las concentraciones permisibles de contaminantes tales como: H2S, CO2, mercaptanos, valores mnimos de calor, y limpieza (haciendo referencia al contenido de slidos permisibles). A continuacin se har una explicacin detallada y objetiva, del sistema de deshidratacin de gases naturales, como mtodo de tratamiento del gas natural, con el fin de cumplir con una de las especificaciones de transporte de este fluido por las tuberas. Campbell (1992), indica que la deshidratacin del gas natural nace con el descubrimiento de los hidratos en 1810 por Dhabi, a pesar de que para el momento solo se estudiaron como curiosidades de la qumica-fsica. En 1880, Villard fue el primero en determinar la existencia de hidratos con los componentes tpicos del gas natural como el metano, etano y propano. Sin embargo, el empuje real para medir la conducta de los hidratos comenz en 1930 cuando Hammerschimdt sealo que los hidratos eran los culpables del estrangulamiento de la cabeza del pozo y de los equipos de produccin en el campo del gas, a partir de all comienza a medir la conducta de la fase de hidrato y piensa en una manera de inhibirlo. El termino deshidratacin significa remocin de del vapor de agua. Todo gas natural corriente debajo de los separadores aun son poseedores de vapor de vapor de agua en algn grado. El vapor de agua probablemente

sea la impureza indeseable ms comn encontrada en un gas no tratado. La principal razn para la remocin del vapor de agua del gas natural, es que el vapor de agua se convierte en agua lquida en condiciones de bajas temperaturas y/o condiciones de altas presiones. Especficamente, el contenido de agua puede afectar la transmisin dl gas natural en largas distancias debido a los siguientes hechos: El agua lquida y el gas pueden formar hidratos, que a su vez pueden taponear la tubera y otro equipo. El gas natural contiene CO2 Y/O H2S ambos resultan corrosivos

cuando el agua lquida se encuentra presente El agua lquida presente en una tubera que transporta gas natural, potencialmente causara una bajo eficiencia de flujo del gas por la tubera. El contenido de agua disminuye en valor calorfico del gas natural transportado. De estas, la razn ms comn de deshidratacin es prevenir la formacin de hidratos en los gasoductos. Los hidratos de gas natural son compuestos slidos cristalinos formados por la combinacin de gas natural y agua bajo presin a temperaturas considerablemente por encima del punto de congelacin del agua. En la presencia de agua libre, los hidratos se formaran cuando la temperatura este por debajo del punto llamado temperatura del hidrato. La formacin del hidrato es comnmente confundida con la condensacin. La diferencia entre ambas debe ser claramente entendida. La condensacin del agua del gas natural bajo presin ocurre cuando la temperatura esta en el punto de roco o por debajo del mismo a esa presin. El agua libre obtenida bajo estas condiciones es esencial para la formacin de hidratos que ocurrir el punto de temperatura del hidrato o por debajo de ese punto a esa misma presin.

Durante el flujo de gas natural, es necesario evitar condiciones que faciliten la formacin de hidratos. Esto es esencial ya que los hidratos pueden atorar el flujo, lneas de superficie y otro equipo. La formacin de hidratos en el flujo resulta en un valor menor de las presiones medidas de la boca del pozo. En un medidor de la tasa de flujo, la formacin de hidratos genera una aparente tasa de flujo mas baja. La formacin excesiva de hidratos tambin puede bloquear completamente las lneas de flujo y el funcionamiento del equipo. Agua en el Gas Natural Segn Martinez M. lo normal es que el gas natural, tal como se extrae de los pozos, venga cargado de agua, la cual suele estar presente en estado gaseoso junto con los otros componentes que integran la mezcla de hidrocarburos. Los cambios de presin y temperatura que experimenta el fluido hacen que el agua se deposite en forma lquida en las tuberas que se utilizan para transportarlo. As, cuando el gas est cargado de agua (saturado) produce depsitos de lquido al bajar la temperatura. Un aspecto que suele complicar el esquema mental de los ingenieros es tener absoluta claridad en cuanto al volumen de agua, en estado de vapor, que puede estar dispersa en el gas natural. En la literatura publicada existen tablas que nos permiten conocer la cantidad de agua que puede contener el gas cuando est sometido a determinadas condiciones de presin y temperatura. A continuacin un ejemplo.

Para medir el contenido de agua que transporta el gas natural se utiliza el medidor de punto de roco, un aparatico capaz de medir la temperatura a la cual se condensar fluidos a partir del gas natural. El operador deber aprender a diferenciar cundo se condensa agua o hidrocarburos y, debe estar en condiciones de garantizar de cul de los lquidos se trata. El punto de roco al agua. Se conoce como punto de roco al agua a la temperatura a la cual se condensa el agua, a determina presin previamente conocida o establecida. El punto de roco a los hidrocarburos. Como es factible que se deposite agua o hidrocarburos en estado lquido, el operador

deber determinar la temperatura a la cual se depositaron los hidrocarburos, indistintamente de que haya tambin agua en la mezcla. Uno de los clculos que ms comnmente se deben realizar es la determinacin y el conocimiento cierto del lugar geomtrico de los puntos de roco y de burbujeo en una mezcla de gas natural. Eso se conoce como envolvente o diagrama de fases. Por la experiencia que se capitaliza en los aos que uno lleva trabajando con el gas natural, me atrevo a afirmar que todo lo inherente al diagrama de fases configura un lenguaje dentro de la industria del gas natural. Al interpretar la informacin superponiendo sobre el dibujo la presin y la temperatura a la cual se trabaja se pueden prevenir muchsimos problemas y saber las razones por las cuales funcionan adecuadamente o se salen de su operacin normal. Tcnicas para deshidratar el Gas Natural La deshidratacin del gas natural puede hacerse con los siguientes procesos: Absorcin: Usando un liquido higroscpico como el Glicol Adsorcin: Utilizando un slido que adsorbe el agua especficamente, como el tamiz molecular, gel de slice y aluminatos. Desorcin: Usando un Gas seco para retirar el agua de una corriente liquida Absorcin: En este mtodo se usa un lquido higroscpico como el glicol, el cual retiene de manera selectiva el agua contenida en el gas natural. El proceso de absorcin se lleva a cabo de la siguiente manera: El gas mojado fluye contracorriente hacia el TEG (GLICOL TRI-ETILENO) seco en

el absorbedor TEG. El TEG seco atrae y retiene el agua cuando esta entra en el contacto ntimo con la corriente de gas. El contacto es asegurado va platos "bubble-caps" o empaques estructurado. El gas deshidratado fluye por el eliminador de niebla y para comercializacin. El ahora TEG mojado fluye por el intercambiador de reflujo y hacia el tanque de flasheo. El gas soluble es flasheado y el TEG mojado fluye por el intercambiador de TEG seco/mojado y hacia la columna de destilacin. El TEG mojado fluye a contracorriente al flujo ascendente del vapor generado en el recalentados TEG. El flujo del TEG fri hmedo, enfra y parcialmente condensa los vapores permitiendo mejor separacin de agua y TEG. TEG mojado es calentado, en el recalentador, a 400 F donde el agua absorbida en el TEG es vaporizada para producir el vapor. El ahora TEG seco es almacenado en el tanque de bacheo. El intercambiador de reflujo, encima de la columna de destilacin, posicionado para el control preciso del vapor que sale del recalentador. Una parte de los vapores es parcialmente condensada y fluye de regreso hacia abajo en la columna de destilacin dentro del recalentador. Esto ayuda a reducir las prdidas de TEG. El TEG seco es enfriado, en el intercambiador de calor de gas/glicol, antes de la introduccin en lo alto de la torre de absorcin. Este es un rasgo importante debido a que la capacidad del TEG de atraer y retener agua aumenta a temperaturas inferiores. El intercambiador de calor seco/hmedo del TEG, en el tanque de bacheo, precalienta el TEG mojado fri que regresa del absorbedor TEG, de esa manera reduce el calor espeso en el recalentador TEG mientras enfra el TEG seco y reduciendo la carga de calor en el intercambiador de calor de gas/glicol. Filtracin de partculas TEG remueve los slidos del TEG y protege la bomba. El gas / condensado / separador de glicol (tanque de flasheo) asiste removiendo el gas entrampado y el condensado del vapor de TEG hmedo y reduce prdidas de TEG. Ver Fig 3 a continuacion

Fig 3: Diagrama del proceso de absorcion Adsorcin Utilizando un slido que absorbe todo el agua especficamente, como el tamiz molecular (molculas cieves), gel de silice (silica gel) y aluminatos. El proceso consiste bsicamente en pasar gas a travs de un lecho, el cual est compuesto principalmente por aluminios iliaticos. Al circular el gas, el vapor de agua es atrapado en las cavidades del material que conforma el lecho. A medida que el tiempo transcurre el lecho va saturndose con agua hasta que finalmente pierde su capacidad de retencin de agua. El tiempo transcurrido desde el inicio del proceso hasta que se satura el lecho se conoce como Ciclo de Adsorcin, el cumplirse el ciclo de adsorcin y mediante un sistema automatizado de control, el gas se desva haca otra

torre absorbedora cuyo lecho ha sido previamente regenerado, y el cual se encuentra en condiciones de iniciar un nuevo ciclo de adsorcin. Normalmente un sistema de adsorcin con lecho puede estar integrado por un mnimo de dos torres absorbedores, de manera que cuando una est ya adsorbiendo agua, la otra est en proceso de regeneracin La regeneracin del lecho se realiza circulando gas seco y caliente ( 400-600 F) a travs de l en sentido contrario al flujo de gas, cuando el lecho se encuentra en el ciclo de adsorcin. El gas de regeneracin se calienta en un horno antes de entrar a la torre absorbedora, al salir del lecho el mismo es enfriado para condensar el agua que desadsorbio el lecho y luego se separa para ser enviado bien sea al sistema de gas combustible de la planta o directamente a unirse con el gas de alimentacin de la planta.Gas de Regeneracin Compresor Enfriamient o

Separad or de Gas Hm edo Entrada Torre contacta dora Calentad or Agua de Gas Regenera cinF R C

Fig. 4 Planta de deshidratacin con maticez moleculares

Desorcin:

Operacin unitaria en la cual se pone en contacto una corriente liquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente liquida a la corriente gaseosa. Como puede verse es la operacin contraria a la absorcin, la diferencia es nicamente la direccin en la cual ocurre la transferencia de masa. Esta tcnica es usualmente utilizada para retirar componentes contaminantes del suelo, tambin es usado para retirar dixido de carbono de corrientes de agua, sin embargo su uso no es limitado a estos aspectos, la tcnica es prcticamente aplicable a todos los campos el nico requerimientos es tener un componente no deseable en una corriente liquida que puedan ser transferidos a una corriente gaseosa. Deshidratacin por desorcin o despojo Segn el manual para el ingeniero qumico de Perry (2002) el proceso de deshidratacin con torre de despojo es poco usado, debido a sus limitaciones referentes a la caractersticas que debe tener el gas de despojo, en muchas ocasiones no hay un gas disponible que cubra estos requerimientos. Este mtodo de deshidratacin es usado en su mayora como regenerador de glicoles en plantas deshidratadores de Gas, el gas de despojo bubujea en la corriente de glicol a alta temperatura que evapora el agua, posteriormente estos gases son condensados y se genera una corriente de reflujo. En algunas ocasiones este mtodo es utilizado para deshidratar hidrocarburos lquidos en plantas criognicas o costa afuera donde los condensados deben estar listos para exportacin. El mtodo de columna de despojo es sumamente sencillo, de fcil manejo y de menor costo en comparacin con otros medios de deshidratacin bsicamente el nico requerimiento del sistema es un gas de

despojo el cual debe ser un gas deshidratado y que no influya de manera negativa en el proceso mismo. El mtodo de deshidratacin por medio de gas de despojo consiste en lo siguiente segn Martinez M (2008) Los vapores de agua son venteados a travs de un despojador que consiste en una columna rellena de 2 o 3 platos equivalentes. Un serpentn colocado en el tope de la torre condensa parte del vapor para formar un reflujo en la columna. La torre remueve la mayor parte del agua de la corriente de entrada dejando el producto con una pureza de aproximadamente 98% y dependiendo el tipo de planta o tecnologa que se emplee se puede elevar hasta el 99.9%. Para mejorar aun mas la pureza del producto se agrega una corriente de gas de despojamiento que se burbujea en la columna ya sea a nivel del horno o en una columna empacada adicional Torres de Despojo Segn el GPSA clculos de absorcin y despojo pueden ser alcanzados por modelaje computarizado de los elementos. Sin embargo los clculos manuales tambin son efectivos para estimar la absorcin o desorcin de los componentes en el gas pobre. La operacin de despojo es esencialmente el proceso inverso de la absorcin y puede manejarse de una manera similar. Segn Perry (2002) Esta operacin se puede analizar de manera simplificada en trminos de transporte ascendente absorbido que incrementa el gradiente de concentracin y dispersin en el lquido. En un caso mas bsico la corriente de alimentacin se divide en 2 corrientes una perfectamente deshidratada y la otra con toda el agua, esta disposicin es obviamente imposible por lo tanto se consideran 2 corrientes con presencia de lquido.

Diagrama del mtodo. Fuente Perry (2002) Como ejemplo considrese el caso limite en el que la corriente de alimentacin liquida a deshidratar se separe en 2 corrientes liquidas una pobre (deshidratada) y una rica o con alto contenido de agua por el tope, esto se debe a que el gas de despojo arrastra tambin parte del liquido del proceso por lo cual es necesario un arreglo que permita condensar y separar el liquido de proceso del agua y ser enviado de nuevo a la torre en lo que se conoce como corriente de reflujo, esto no solo aumenta la eficiencia del sistema sino que adems puede reducir la cantidad de platos a utilizar en la torre lo que significa desde luego una ventaja econmica.

Stripping gas

Recomprensin de gas de despojo. Fuente GPSA (2004) Segn el GPSA es importante el uso de reflujos en el sistema, la corriente de entrada (estado liquido) se hace pasar en contra corriente por una columna de gas inyectado en la base de la columna que retira el agua esto divide la corriente de entrada en 2 una de fondo que lleva propano deshidratado y una de tope que lleva una mezcla de gas de despojo agua y trazas de propano por tal motivo se hace un arreglo de una segunda columna que separa la fase liquida de la gaseosa, una parte de esa fase liquida (esencialmente agua) se desecha y la tal parte es insertada a la columna como reflujo que incrementa la eficiencia del sistema. La fase gaseosa (gas de despojo) es comprimida y calentada para entrar de nuevo al proceso. Gas de despojo o Gas Stripping Segn el GPSA Un mtodo simple de deshidratacin de hidrocarburos lquidos es una contracorriente de despojo con un gas seco. Este mtodo es actualmente usado para secar productos condensados costa afuera previamente a exportacin desde las plataformas de produccin. El contacto

es usualmente por platos. Las ratas de gas de despojo dependen de la rata de condensados, la cantidad de agua contenida en el condensado la temperatura y presin de despojo. Las ventajas de este proceso son su simplicidad y su bajo costo econmico. Las desventajas incluyen el requerimiento de una corriente de Gas seco y una corriente coincidencial con algunos de los componentes voltiles de hidrocarburos del condensado. El gas de despojo puede ser reciclado del gas deshidratado o puede usarse como gas combustible. Propiedades que debe tener un gas de despojo. Segn Perry (2002) el gas de despojo debe cumplir las siguientes condiciones Compatibilidad con el proceso: El gas de despojo seleccionado no debe interferir con las caractersticas fsico qumicas de la corriente del proceso ni reaccionar de ninguna forma con los componentes deseables del propano. Adems no puede formar espuma ni facilitar emulsiones que puedan generar problemas en el proceso mas adelante. Es recomendable para el caso de hidrocarburos usar como gas de despojo otro hidrocarburo que se adapte mejor a las condiciones dadas. Deshidratado: El gas elegido como gas de despojo debe ser un gas completamente seco para que pueda absorber el agua que se quiere, de otra forma es posible tener el efecto contrario es decir que la corriente original salga con un mayor contenido de agua.

Punto de ebullicin bajo El gas de despojo tiene que tener un punto de ebullicin mucho mas bajo que el propano y que el agua, mientras mas bajo sea este punto en relacin a los otros componentes Ser mas fcil asegurar que el gas de despojo no se condense de esta forma se garantiza la pureza tanto en la corriente producto como en la corriente de reflujo. De condensarse el gas este podra mezclarse con el producto de entrada degradando la pureza del mismo o bien no cumplir con la funcin de deshidratacin. Tipos de Gas de Despojo. Como gas de despojo se utilizan 3 gases principales que usualmente cumplen las condiciones mencionadas anteriormente. Aire: El aire es ampliamente usado especialmente para separar fracciones de CO2 del agua, ya que es sumamente difcil de licuar incluso en condiciones criognicas y adems es fcil de conseguir basta con ajustar el aire atmosfrico a un compresor su desventaja principal es la presencia de oxigeno el cual es un elemento sumamente reactivo y puede afectar el proceso en cuestin. Dixido de Carbono: Este tiene propiedades parecidas al aire se usa usualmente para el control de sistemas efluentes de alcalinos cuando es necesario tambin se usa en caso donde se pueda regular la temperatura con este gas, su principal desventaja es la contaminacin que puede generar adems de ser supresor del sistema respiratorio a altas dosis y es potencialmente reactivo en algunas soluciones especialmente en agua puede generar cidos.

Metano: El metano es el alcano con el menor punto de ebullicin es decir es fcil de mantener en estado gaseoso en comparacin a otros alcanos su uso esta limitado para la deshidratacin de hidrocarburos en estado liquido ya que no interfiere con este, entre sus principales desventajas se obtiene la accesibilidad, es mas difcil de conseguir que los anteriores adems es sumamente inflamable lo cual genera una preocupacin de seguridad. Es usado en plantas de gas donde esta disponible para alimentar calderas usualmente pero en el proceso de deshidratacin es el mas optimo de los hidrocarburos para ser usado como gas de despojo. CRITERIOS PARA LA SELECCIN DE PROCESOS. La seleccin del proceso ms conveniente para la deshidratacin del gas depende fundamentalmente de los siguientes factores: Nivel requerido de remocin de agua Caractersticas del gas (Propano)

Facilidades existentes/conexas Consideraciones ambientales Planes futuros de desarrollo Costos NIVEL REQUERIDO POR REMICIN DE AGUA. Este el factor ms determinante para seleccionar el proceso de deshidratacin, ya que establece la capacidad de agua requerida del proceso. Como se indic anteriormente el nivel de remocin de agua es funcin directa del destino o uso posterior del gas, en la tabla siguiente, se muestra la aplicabilidad del tipo de proceso en funcin del uso.

CARACTERSTICAS DEL PROPANO. Generalmente el propano proveniente de los campos de produccin previamente tratado y entra a la planta de deshidratacin bajo condiciones de saturacin de agua a una presin y temperatura determinada. Sin embargo, es posible que este gas haya sido deshidratado parcialmente en el campo, por lo tanto es necesario conocer el contenido de agua promedio del gas que ser deshidratado. Es de vital importancia conocer con precisin las caractersticas del gas, principalmente en relacin a los contaminantes que pudiesen estar presentes, tales como: H2S, parafinas, asfltenos, otros. Los contaminantes sealados pueden influir en el esquema de tratamiento que al final sea seleccionado.

FACILIDADES EXISTENTES/CONEXAS. En la seleccin de procesos de deshidratacin de gas, es necesario considerar las instalaciones y servicios que se dispondrn en el rea aledaa a la planta de deshidratacin. Si la planta a construirse conformar la etapa inicial de tratamiento de un gas que posteriormente ser sometido a un proceso de extraccin profunda de lquidos, es conveniente comparar la opcin de deshidratacin enfriamiento/tamices moleculares. En el caso de que se trate de una deshidratacin, a nivel de campo, de un gas muy por debajo de su nivel de saturacin, podran aplicarse glicoles o tamices moleculares. Sin embargo, para aplicar este ltimo, es necesario considerar que el gas utilizado para el proceso de regeneracin de los lechos deber ser recomprimido parcialmente para su reinyeccin a la corriente de gas de entrada. CONSIDERACIONES AMBIENTALES. Adems de los aspectos sealados anteriormente es tambin un aspecto importante el ambiental, ya que en los ltimos aos se han destinado los procesos industriales a ser mas limpios. El proceso por desorcin es poco contaminante ya que por su simplicidad no usa qumicos complejos aunque en ocasiones puede agregarse antiespumante a la mezcla, sin embargo la posible fuga de metano o propano puede producir una serie de riesgos ambientales ya que estos son contaminantes, adems de ser explosivos.

Operacionalizacin de las variables

Objetivo general: Disear un sistema de deshidratacin de propano producto del CCO bajo la tecnologa de torre de despojo Variables de estudio: Sistema de deshidratacin de propano. Torres de despojo. Definicin Conceptual Sistema de deshidratacin de propano: Conjunto de equipos que tienen como funcin la remocin del agua Definicin Operacional Sistema de deshidratacin de propano: determinar la composicin de la mezcla en las facilidades de entrada, para establecer las dimensiones y nmero de equipos en el sistema, con el fin de lograr las condiciones adecuadas con los que trabaja la torre. Torres de despojo: determinar las condiciones y la cantidad de partculas de agua presentes en el propano, adems de las condiciones del gas caliente

Torres de despojo: torre de platos donde el propano se pone en contracorriente con un gas caliente para la disociacin de la mezcla.

Variable

Dimensiones

SubDimensiones

IndicadoresPresin Temperatura Viscosidad Densidad Factor de compresibilidad Gravedad especifica Presin Temperatura Caudal Equipos Propano Agua

Sistema de deshidratacin de propano

Propiedades del propano

Sistema de Deshidratacin de Propano Producto del CCO Bajo la Tecnologa de Torre de Despojo Torres de despojo

Condiciones operacionales del sistema

Cantidad de agua presente en el propano Gas stripping

Metano CO2 Aire

Fuente: Castro, Dvila y Villamizar (2010).