deshidratacion mediante absorcin y adsorcion.pdf

ING. WILDER PATIO CORDERO

DESHIDRATACION DEL GAS MEDIANTE

ABSORCION Y ADSORCION

OBJETIVOS

Los operadores y supervisores estarn en condiciones de:

Aplicar las propiedades de absorcin y adsorcin en la deshidratacin del gas natural.

Verificar las operaciones que se realizan en el sistema de deshidratacin, en la regeneracin y la separacin en fro del

agente deshidratante.

Desenvolverse con eficiencia en el seguimiento del proceso y lograr una optimizacin.


DESHIDRATACION DEL GAS MEDIANTE ABSORCION Y

ADSORCION

CONTENIDOS

Deshidratacin

o Definicin de deshidratacin

o Principios de deshidratacin

o Agentes deshidratantes

o Glicoles

Adsorcin

o Hidratos

o Control de hidratos

o Materiales usados como adsorbentes

o Alumina

o Slica gel

o Tamices o mallas moleculares

o Plantas de adsorcin

o Operacin de una planta de deshidratacin por tamices moleculares

Absorcin

o Tipos de glicoles

o Descripcin de una planta tpica con trietilen glicol

o Separador de entrada Absorbedor o Regulador condensador de vapor columna de destilacin o Rehervidor tanque acumulador o Tanque de expansin filtros

Descripcin de una planta con Monoetilen Glicol

o Problemas operacionales en una planta con monoetilen glicol

o Oxidacin

o Descomposicin trmica

o Control de PH

o Contaminacin con sales

o Presencia de hidrocarburos

o Sedimentos

o Espuma

o Filtrado de la solucin


Deshidratacin

Definicin.-

El agua en estado de vapor existe en el gas, esta cantidad se puede medir con equipos

adecuados llamados medidores de punto de roci. Este parmetro se puede referir tanto a

los hidrocarburos lquidos como al agua, y el operador deber tener la habilidad necesaria

para distinguir los depsitos de gasolina con respecto al agua

La presin, temperatura y la composicin de la mezcla de hidrocarburos inciden en el

comportamiento del sistema y en la cantidad de agua que puede retener, as a presin

constante, a medida que se enfri un volumen dado de gas natural, su capacidad de

retencin disminuye.

El anlisis de la cantidad de agua que se puede retener el gas natural saturado a diversas

condiciones de presin y temperatura, es el objetivo de este estudio. Permitiendo apreciar el

contenido de vapor de agua que transporta el gas, siempre que este completamente saturado.

Se mide en libras por cada milln de pies cbicos de gas natural a condiciones normales

(14.7 lpca y 60 F), a la presin y temperatura a la cual se encuentra la mezcla de

hidrocarburos.

Principios

La tecnologa del gas y la industria petrolera operan con fluidos gaseosos y lquidos en

contacto ntimo que luego necesitan ser acondicionados, separados y tratados para su

utilizacin.

Estos tratamientos se pueden considerar bajo dos grandes grupos:

1. Si ha de ser transportado una cierta distancia dentro del yacimiento (o hasta la Planta de Tratamiento), deber ser acondicionado para el transporte; entendiendo por tal, ponerlo en condiciones ptimas para lograr una mxima

eficiencia en su transporte y no tener inconvenientes y problemas durante el mismo.

2. Asimismo, para su utilizacin interna, ya sea como combustible o materia prima para procesos posteriores ms complejos. Segn la utilizacin que se haga del gas y

las condiciones en que se produce, tendr o no que ser sometido a procesos de tratamiento, entendiendo por tal eliminar del gas todo aquel elemento contaminante o impurezas que no admitan los equipos donde se utilizar, o estn

por encima de los valores admitidos por normas y reglamentaciones.

El acondicionamiento es una tarea inevitable, ya que el gas proveniente de bateras o

plantas separadoras de petrleo se encuentra con contenidos de agua y gasolina. Si la

eficiencia de los separadores es baja o si tienen problemas de descarga, contendr tambin

petrleo lquido. Estos componentes pueden estar gasificados y mezclados con el resto del

gas natural, pero a determinadas condiciones de presin y temperatura pueden condensar y

pasar al estado lquido.


Adems, como ocurre en algunos de los yacimientos, es necesario calentar el hidrocarburo

para poder desplazarlo (viscosidad) o evitar obstrucciones (hidratos); lo que produce la

evaporacin de los hidrocarburos ms livianos, y cuando esto ocurre antes de un separador,

stos derivados livianos saldrn por la parte superior del separador en forma de gas y luego,

con el enfriamiento natural dentro de las lneas de gas, se condensar pasando al estado

lquido, lo que traer problemas en el transporte, o en los equipos que lo consuman.

Si se pretende tener un transporte de gas por gasoductos internos, eficiente y sin

interrupciones, ser imprescindible acondicionarlo.

El tratamiento en cambio, depender de los posibles contaminantes presentes en el gas, del

aprovechamiento y estabilizacin de los licuables comerciales, condiciones contractuales o

especificaciones de venta.

Componentes del Gas

El componente predominante del gas natural es el metano con cantidades ms pequeas de

otros hidrocarburos. La siguiente tabla brinda ejemplos de algunos pocos componentes

comunes del gas natural y su fase y uso luego del Tratamiento.

Hidrocarburos:

No Hidrocarburos:


Los pentanos y los hexanos se muestran en la tabla como componentes de condensado. El

condensado tambin incluye lquidos ms pesados que el hexano. Los butanos tambin

pueden estar presentes en el condensado.

El gas entonces, tanto proveniente de produccin asociada con petrleo como el producido

por pozos gasferos, no debe ser utilizado como combustible sin previamente extraerle los

hidrocarburos pesados (lquidos), debido a que el gas se encuentra saturado en agua y

contiene adems otros hidrocarburos lquidos que lo convierten en un flujo bifsico con la

posterior interferencia tanto en el transporte como en su utilizacin.

El gas natural de pozos gasferos tal como se lo recibe en la separacin, es una mezcla de

hidrocarburos de diferentes encadenamientos cuyo principal componente es el metano (80

al 90%) y el resto puede llegar a tener componentes hasta del orden de C8. Adems es

probable que se encuentre saturado en

agua. Para mayor claridad se puede decir

que el gas obtenido puede no tener

ningn lquido bajo ciertas condiciones

de presin y temperatura y ese mismo

gas, dentro de las lneas de consumo en

la operacin, puede contener tanta

cantidad de agua y/o gasolina que

presenta serias dificultades para ser

usado, particularmente en reas con

inviernos muy fros.

Lo que ocurre se explica si se considera

el cambio de estado de los hidrocarburos

livianos, ante variaciones de las

condiciones de presin y temperatura a

las que se ve sometida.

Como ejemplo grfico, se observa

claramente el comportamiento de los

posibles componentes de la mezcla, a

presin constante de una atmsfera, si la

temperatura es considerada la variable.


Se han resaltado en rojo, los componentes que podran cambiar de estado, ante una simple

variacin de la temperatura ambiente.

Se han resaltado en verde, los componentes que, en condiciones normales atmosfricas se encontraran en estado gaseoso; y en negro en estado lquido. Al lquido condensado se lo llama gasolina, elemento comercial y muy til, siempre que est separado del gas, del agua y estabilizada.

En mayor o menor medida, el gas producido se encuentra conteniendo agua, y mediante la

siguiente tabla puede estimarse la cantidad de agua a distintas presiones y temperaturas. Se

determina en Libras por MMCFD (milln de pie cbico da).

En stas condiciones es previsible que se sucedan inconvenientes de transporte y consumo,

que consecuentemente traern aparejados grandes perjuicios de carcter operativo. Se

plantea entonces la necesidad de su acondicionamiento.


En Yacimientos extensos, el acondicionamiento del gas se comienza a realizar en el propio

Campo, antes de su arribo a las Plantas de Tratamiento. En los que las distancias son

menores, la tarea normalmente se centraliza en las instalaciones de Tratamiento.

Sistema agua + hidrocarburo liquido

El agua presente en el gas, bajo ciertas condiciones de presin, baja temperatura, flujo en

torbellinos y en presencia de algunos hidrocarburos ms pesados, provoca la formacin de

hidratos.

El grfico presentado anteriormente, que da el contenido de vapor de agua en un gas

hmedo en funcin de la temperatura y presin, permite asimismo estimar que si la

temperatura decrece para una presin dada, tambin decrece el agua requerida para la

saturacin del gas y se producir entonces una condensacin de esa agua por saturacin del

gas cuando este es enfriado.

Los hidratos son sistemas slidos cristalinos agua + hidrocarburos, que tienen la

particularidad fsica de presentarse como slidos en temperaturas an superiores a 0C.

En un principio exista la creencia de que el hidrato era el resultado de la congelacin del

agua existente en el gas. Se ha comprobado que los vapores de agua e hidrocarburos

(gasolina) se combinan para formar el hidrato (4 a 1), el que bajo ciertas condiciones puede

formarse a temperaturas an por encima del punto de congelacin del agua.

Los factores que afectan la velocidad de formacin del hidrato son, entre otras: la

composicin del gas, altas velocidades de flujo, pulsacin de la presin, pequeos cristales,

y la existencia de lugares apropiados para su acumulacin y expansin.

Dado que para la formacin de hidratos es necesaria la presencia de agua lquida, pudiendo

predecir la temperatura a la que aparecer el agua lquida ayudar tambin a predecir la

formacin de los hidratos.

Esta caracterstica, provocada de exprofeso operativamente, contribuye al

acondicionamiento del gas; ocurrida fuera de control o accidentalmente, puede manifestar

se en la formacin de slidos en el transporte o proceso.

Los hidratos solidificados ocasionan graves perjuicios en los conductos y vlvulas pues

producen taponamientos que disminuyen y hasta llegan a interrumpir el pasaje de gas.

El siguiente grfico puede ser usado para estimar la formacin de hidratos en varios gases a

distintas gravedad especfica segn la presin y la temperatura a la que est sometida la

mezcla.

Las acciones que se pueden tomar para evitar la formacin de los hidratos son:

a. Separar el agua de los hidrocarburos lquidos o viceversa.

b. Modificar las condiciones de presin.


c. Llevar el punto de roco del agua por debajo de la temperatura de operacin.

d. Introducir sustancias que bajan la temperatura de formacin de hidratos (inhibidores).

e. Elevar la temperatura del gas (calentar).

Una vez formado el hidrato, para producir su disolucin no queda otra alternativa que

disminuir la presin que se ejerca sobre la mezcla. Tal operacin trae consecuentemente la

necesidad de sacar de servicio equipos o lneas de conduccin, con prdida del gas

venteado a la atmsfera y el perjuicio econmico por la interrupcin en el suministro.

La gasolina, adems de combinarse en la formacin de hidratos, se condensa a lo largo de

los conductos creando tambin problemas en el transporte, que si bien no llega a

interrumpir el suministro provoca considerables prdidas de carga y por lo tanto

disminucin en el caudal transportado, a energa de compresin constante o aumento de

dicha energa para mantener el suministro. No deben descartarse tampoco los graves


inconvenientes que puede ocasionar en los compresores u otros sistemas (mediciones), la

presencia de estos condensados.

Parmetros operativos

Tanto el agua como la gasolina, si se encuentran en estado de vapor en el seno del gas, no

ocasionan mayores inconvenientes; stos se presentan cuando algunos de los elementos

citados se condensan.

Por lo tanto, desde el punto de vista operativo, no interesa tanto conocer las cantidades

mximas admisibles de vapores en el gas, tanto sea de agua como de gasolina, sino saber a

qu presin y temperatura se produce la condensacin.

Esta temperatura es la que se llama Punto de Roco y se define de la siguiente manera:

Punto de roco es la temperatura a la cual condensa la primer gota de lquido cuando a

una mezcla constituida por un vapor y un gas se la enfra a presi6n constante.

De lo anteriormente expuesto surge que dos son los parmetros a fijar y son los

denominados:

a) Punto de Roco de Agua. b) Punto de Roco de Hidrocarburos.

Ambos son medidos en grados centgrados.

Siempre debe indicarse la presin a que corresponde la temperatura de roco, de lo

contrario se tendr una indeterminacin.

Es de destacar que los valores citados son slo ejemplos, y susceptibles a variaciones segn

sea en poca estival o invernal. En esta ltima es cuando mayores deben ser los controles,

no slo por las bajas temperaturas a que est sometido el gas sino tambin porque es

cuando se tiene mayor demanda.

En el transporte de importantes gasoductos y a fin de asegurar la calidad del gas inyectado,

se efectan controles peridicos de los puntos de roco de agua e hidrocarburos. Tal control

no solo brinda el conocimiento de los puntos de roco, sino que mediante el mismo es

posible evaluar las condiciones de trabajo de las plantas acondicionadoras. Adems, en el

caso de tener varias corrientes que aporten a un mismo gasoducto, conociendo los distintos

valores se pueden adoptar decisiones que permitan aceptar alguna desviacin parcial, si de

resultas de la mezcla surgen valores encuadrados dentro de las especificaciones de

transporte.

La medicin de campo se efecta mediante el mtodo de Bureau of Mines, que consiste en

la determinacin directa mediante un aparato, de los puntos de roco de agua e

hidrocarburos.


Dicho instrumento tiene una cmara de presin para contener el gas, con su correspondiente

vlvula para controlar el pasaje de mismo. Un visor de plstico transparente permite la

observacin del interior de la cmara y de un espejo sobre el cual se produce la

condensacin del vapor contenido en el gas, cuando al mismo se lo enfra gradualmente

mediante la expansin del gas propano en una cmara adyacente.

El punto de roco ser la temperatura leda simultneamente cuando se observa la

condensacin sobre el espejo, a la presin a que est sometido el gas en ese momento.

Cuanto menor sea el contenido de agua, menor va a ser la temperatura a la que inicie la

condensacin, a igual presin.

Existen en el mercado otros instrumentos electrnicos que dan con alta precisin

directamente el dato de temperatura y cantidad de agua contenida, por unidad de volumen

de gas.

El contenido de agua en el gas que deba ser transportado por gasoductos y destinado a la

venta, est regido por normas de aceptacin internacional. Algunos lmites se colocan en no

aceptar ms de 1,5 litros de agua por cada 10.000 metros cbicos de gas, o lo que es lo

mismo en unidades inglesas, 7 libras de agua por cada milln de pies cbicos de gas

(MMCF).

Determinacin del Punto de Roco

El gas en su flujo tiene como se ha visto contenidos de agua y gasolina. La gasolina, se

supone que ha sido retenida y eliminada por el proceso de condensacin al que fue

sometida, luego le quedar el agua que ser necesario eliminar.

El primer paso para saber de que manera o en que magnitud contiene agua, es conocer la

cantidad de agua por unidad de volumen de gas y una forma de determinarlo, es mediante

la lectura del punto de roco o dew point del gas.

El punto de roco ser entonces, el momento en que el agua contenida en el gas comienza a

condensarse en valores de presin y temperatura conocidos.

Como ejemplo, el aparato medidor de este parmetro se compone de un visor, un espejo y

un gas refrigerante en una cmara de expansin de tal manera que se hace pasar el flujo del

gas a medir frente al espejo y se refrigera bajando lentamente la temperatura (se lee en el

termmetro instalado en contacto con el espejo) hasta que se comience a empaar el espejo.

La presin y la temperatura de ese momento es precisamente la medicin del punto de roco,

que es el punto donde se inicia la condensacin bajo esas condiciones.

Con cualquiera de los mtodos, se podr determinar el tipo y forma de tratamiento o bien la

eficiencia del mismo, en una planta deshidratadora de gas en operacin.


El contenido de agua aceptable para la comercializacin y el transporte, est regido por

normas de asociaciones internacionales y por convenios entre empresas.

De todas formas se pueden tomar valores conocidos como un lmite mximo de 7 libras de

agua por cada milln de pies cbicos de gas o en el sistema decimal 0,15 cm3 de agua por

cada metro cbico de gas o 1,5 litros de agua por cada 10.000 metros cbicos de gas.

Observando nuevamente la tabla de la Pgina 6, que representa el contenido de agua en el

gas natural a distintas temperaturas y presiones, se explica las variaciones que sufre el

punto de roco del vapor de agua en el gas con la temperatura (depresin del punto de

roco).

Se puede observar que la temperatura del punto de roco del vapor de agua en el gas es la

misma que la temperatura de saturacin para una dada presin.

Nuevamente, si se tiene un flujo de gas a 1000 PSI y a 100F, el contenido de agua es de 62

lb./MMCF y si manteniendo la presin, y el contenido de agua pasa a ser de slo

7lb./MMCF la temperatura del punto de roco ahora es de 33F.

Entonces el equipo deshidratador, al reducir el contenido de agua de 62 a 7 lb./MMCF ha

sido capaz de bajar el punto de roco de 100F a 33F.

Visto de otra manera, si se requiriera operativamente bajar el punto de roco de un flujo de

gas como el del ejemplo, a 33F, se debera provocar un contacto que absorviera 65 libras

de agua por cada milln de pi cbico de gas.

Por lo tanto y resumiendo, dados un caudal, temperatura y presin iniciales, y presin y

temperatura finales; es posible determinar por ste procedimiento la cantidad de agua a

absorber, para eliminar la posibilidad de presencia de la misma en estado liquido, en el

resto del proceso.

Tomando como ejemplo el siguiente caso:

Caudal de gas a deshidratar: 1.8 MMCFD (1.800.000 pie3/da) Punto de roco del gas a la entrada de la torre de contacto: 40 F Presin de operacin: l00 psi.

Si se adopta el valor limite de 7 lb. agua/MMCF, se desarrolla:

1. Contenido de agua del gas a la entrada; (del grfico) 40 0F y 100 psi, indica que el gas

puede contener 67 Lb. agua/MMCF.

2. Punto de roco del gas a la salida; del grfico para 7 Lb. agua/MMCF y 100 psi, se

obtiene: -15 F.

Depresin del punto de roco 40 - (-15) = 55F.


Agua a eliminar: 67 7 = 60 Lb. agua por MMCF

Ms adelante veremos cmo es el proceso de eliminacin del agua del gas, mediante la

utilizacin de los glicoles y cmo calcular el caudal y el volumen del glicol a utilizar.

Caractersticas de los Glicoles

Por su alta capacidad higroscpica (afinidad con el agua) se utilizan glicoles para la

deshidratacin del gas natural. Esta capacidad est directamente relacionada con la

concentracin de la solucin agua-glicol.

El glicol es un producto qumico orgnico, de la familia de los alcoholes, que naturalmente

tiene gran avidez por el agua; es prcticamente imposible mantenerlo en mxima pureza en

contacto con el ambiente porque absorbe la humedad del aire. Esta importante propiedad es

aprovechada para estos procesos de deshidratacin, porque adems son muy estables, con

una elevada temperatura de degradacin, de tal manera que los convierten en ptimos para

ponerlos en contacto con gases reteniendo el agua contenida en cualquiera de sus formas.

Existen tres compuestos glicoles muy utilizados, el etilenglicol, el dietilenglicol y el

trietilenglicol. La temperatura mxima a la que se puede someter el etilenglicol y el

dietilenglicol, es de 165C (328F) y para el trietilenglicol este valor es de 205C (404F),

temperaturas que deben respetarse rigurosamente en la operacin cuando se regenera el

glicol, porque de no ser as se degradara cambiando su estructura qumica inutilizndose

como absorbente.

La concentracin del glicol no debe estar por debajo del 98,5% y el estado ptimo

de mximo rendimiento es de 99,5. En el caso que tuviera 98,5%, el 1,5% restante ser

contenido de agua, con la consecuencia de la disminucin, en la misma medida, de la

capacidad de absorcin.

La concentracin estar directamente relacionada con la eficiencia del regenerador de glicol

hmedo.

El dietilenglicol (DEG) fue el primer glicol que hall aplicacin comercial en la

deshidratacin de gas natural. Este compuesto otorga una buena depresin del punto de

roco y tiene la habilidad para absorber agua en un amplio rango de concentraciones. Sin

embargo tiene ciertas limitaciones para lograr las concentraciones requeridas.

En cambio, con el trietilenglicol (TEG) concentraciones del 97,5% al 98,5% son fcilmente

obtenibles, dada la mayor temperatura de ebullicin que tiene respecto a los otros dos,

adems de la conveniencia de tener tambin una mayor temperatura de degradacin.

Es comn que las ventajas del T.E.G. sobre el D.E.G. hagan que aquel sea el favorito en los

procesos de deshidratacin con glicoles, no obstante y dadas sus caractersticas y costo, se

ha establecido el uso del T.E.G. para procesos por Torre de Contacto, y el M.E.G. para los

efectuados por Inyeccin.


DESHIDRATACION MEDIANTE ABSORCION

La puesta en contacto del gas a deshidratar con el absorbente, requiere de un recipiente

denominado torre de contacto, que por conveniencia operativa se construye con el aspecto de un separador bifsico vertical, como se observa en la figura siguiente.

Su tamao estar en funcin del volumen de gas a tratar, del diseo interior y de la cantidad

de agua a extraer; en definitiva el tamao determinar el tiempo de contacto glicol - gas.

En algunos casos, la torre dispone de un sector inferior que cumplir la funcin de

depurador de la corriente de gas de entrada, a fines de asegurar la eliminacin de lquidos

en el flujo de contacto.

En la siguiente figura se puede observar un esquema simplificado de un diagrama de flujo

de una planta de tratamiento de gas por glicol por absorcin en torre de contacto.

Flujo del gas hmedo: Saliendo del separador ya sin condensados, la corriente de gas

hmedo se introduce en la torre de contacto por un nivel inferior y se la hace circular

ascendiendo y pasando por lechos de relleno o bandejas de burbujeo, diseadas

especialmente para que el gas tome contacto ntimo con el glicol.


El gas se mezcla en cada una de las bandejas con la solucin de glicol, cediendo al mismo

el vapor de agua que contenga.

Una vez que ha cedido el agua al glicol, el flujo de gas seco pasa a travs de un eliminador

de niebla en la parte superior del absorbedor para dejar pequeas partculas de lquido

arrastrado y abandona el equipo como gas seco, pasando previamente por un

intercambiador de calor para enfriar el glicol que ingresa.

En la figura de la pgina siguiente, tambin se observan detalles de una copa y de una bandeja de burbujeo, donde el gas es obligado a pasar a travs del lecho lquido del glicol de manera de establecer entre ambos un contacto ntimo y facilitar la absorcin del agua

por el glicol.

Flujo de glicol pobre o seco: El glicol proveniente de la Planta Regeneradora, entra a la

torre por la parte superior, intercambiando calor inicialmente para adecuarse a la

temperatura de operacin, luego va circulando hacia abajo pasando por rebase de bandeja

en bandeja, tomando contacto ntimo con el gas y quedndose con el contenido de agua.

Flujo de glicol rico o hmedo: Es tomado a menor temperatura del fondo de la torre de

absorcin y descargado generalmente por un mecanismo de controlador de nivel y vlvula

de descarga, hacia la Planta Regeneradora, donde debe ser tratado para eliminarle el

contenido de agua a fin de poder ser utilizado nuevamente en la torre de contacto, de

manera de tener un ciclo de operacin continuo. Para ello se lo bombea a travs de una

serie de equipos donde bsicamente se lo somete a una temperatura superior al punto de

ebullicin del agua como para que la misma se desprenda en estado de vapor.

El glicol, que se mantiene en estado lquido debido a que su temperatura de ebullicin es

muy superior a la del agua, es nuevamente acondicionado para su reutilizacin.


Absorcin Fsica por Inyeccin

El tipo de instalacin que se describir a continuacin permite cumplir los dos objetivos del

acondicionamiento simultneamente, la deshidratacin y el desgasolinaje, y son las

llamadas Dew Point o Plantas de Ajuste de Punto de Roco. Bsicamente el proceso consiste en provocar la condensacin del vapor de agua y de los

hidrocarburos pesados mediante enfriamiento. Observando las curvas temperatura de roco

del agua se ve claramente que la condensacin se favorecer a altas presiones.

Es evidente que esta sencilla operacin necesita de otro agente a efectos de impedir la

formacin de hidratos en la instalacin al reducir considerablemente la temperatura del gas,

a tal fin se utilizan los glicoles, por su doble accin, como absorbente y como

anticongelante.

Atendiendo las bajas temperaturas de trabajo el ms apto es el monoetilenglicol. Soluciones

al 70% son altamente higroscpicas y de muy bajo punto de congelamiento. Se puede decir

que prcticamente soluciones que oscilen entre el 60% y 80% no congelan.

Por lo general en ste tipo de Plantas, se encuentran instalados intercambiadores Gas-Gas

que optimizan el rendimiento de la misma, calentando el gas de salida merced al

enfriamiento del gas de entrada.

Una solucin de monoetileneglicol pobre, es inyectada antes y en el intercambiador gas-gas.

El gas es dirigido a un enfriador (chiller) que constituye el evaporador de un ciclo

frigorfico, donde se lo lleva por debajo del punto de roco establecido para su inyeccin a

gasoducto.


El lquido posteriormente es extrado en un separador de alta presin de tres fases

comnmente llamado trifsico o separador de fro, donde la fase gaseosa constituye el

llamado gas residual seco que se enva a gasoducto o al proceso restante.

La fase lquida se subdivide en dos, una constituida por la solucin glicol-agua y la restante

por gasolina, debido a la inmiscibilidad de ambos y su apreciable diferencia de densidad,

son fcilmente separables.

La corriente de glicol enriquecido con agua es enviada a la Planta Regeneradora o

Rectificadora, donde a presin atmosfrica y mediante la entrega de calor, se la despoja del

agua absorbida.

La gasolina obtenida en estas condiciones contiene apreciable cantidad de hidrocarburos

livianos, como ser propano y butano, razn por la cual se los debe eliminar de la misma,

transformndola en gasolina estabilizada.

El propano y butano se puede inyectar a gasoducto separarlos para su utilizacin como

gas licuado de petrleo.

La experiencia ha mostrado que este tipo de instalacin es muy confiable y ofrece

resultados satisfactorios.

Los problemas ms comunes son ms bien de carcter mecnico y fcilmente solucionables

a saber:

a.- Deficiente pulverizaci6n del glicol en su inyeccin, con lo que no se consigue un

contacto intimo glicol-gas. Debe revisarse el diseo del inyector o su control peridico. En

algunas oportunidades, el desplazamiento de carbn activado de los filtros de la Planta

Regeneradora, origina el taponamiento de los inyectores.

b.- Problemas de separacin de condensado en el separador trifsico, generando arrastres de

condensados y glicol al circuito posterior. Esta dificultad se mejora no sobrepasando los

caudales de diseo, evitando disminuir el tiempo de residencia de los fluidos en el

separador y respetando los adecuados niveles de operacin.

Los dos sistemas de absorcin por contacto del flujo de gas con el TEG en la torre, o por

inyeccin de MEG en el flujo, para un posterior enfriamiento, separacin y recuperacin;

requieren de estar complementados con un sistema que regenere ste producto absorvedor,

separando y eliminando la mayor parte del agua contenida.

Ambos equipos de rectificacin o Planta Regeneradora son similares, y se basan en elevar

la temperatura de la mezcla hasta valores suficientes para evaporar el agua y no el glicol,

eliminando el agua en forma de vapor.


Planta y Proceso de Regeneracin de Glicol

En la siguiente figura se puede observar, en el recuadro inferior resaltado, un esquema de la

Planta Regeneradora de Glicol, como parte de un proceso de absorcin por inyeccin.

Para la regeneracin del glicol, el mismo es bombeado previamente a travs de un

condensador de reflujo enfriador en el tope de la columna de condensacin para condensar

parte de los vapores que son descargados, pasando luego a travs de una serpentina de

precalentamiento produciendo un intercambio de calor glicol-glicol, donde el glicol seco

concentrado es enfriado y el glicol hmedo es precalentado, reducindose as la carga del

calentador y evitando una ebullicin violenta.

En la siguiente figura, se esquematiza el flujo descripto de recuperacin de glicol, para una

Planta de una sola columna.


Luego pasa a travs de un filtro, y por ltimo es inyectado por la parte superior de una torre

o columna de destilacin donde en primer lugar es parcialmente extrada o absorbida el

agua por el contacto producido en la contracorriente con los vapores que se producen en el

reboiler y luego, aprovechando la diferente temperatura para el cambio de estado fsico que

tienen el agua y el glicol, se produce la vaporizacin del agua debido a la temperatura de

este proceso.

En algunos casos o diseos, se utilizan dos torres por donde pasa el glicol a regenerar:

1) Una torre llamada torre ciega donde ingresa el glicol previamente calentado y donde se

separa parte del agua que sale al exterior en forma de vapor.

2) Otra torre, llamada torre de destilacin en la que el glicol entra en contacto a contra

corriente con los vapores de agua y pequeas cantidades de vapores de glicol y gasolina

generados en el calentador. El glicol que fuera arrastrado con el vapor que sube, se

condensa en la seccin de productos de cabeza y vuelve al calentador. El vapor no

condensado deja la parte superior de la columna y es enviado al tanque de eliminacin.

En el siguiente esquema se observa un corte de ambas torres y del calentador de glicol.


Como se ha visto anteriormente, la temperatura de degradacin de cualquiera de los

glicoles mencionados est muy por encima del punto de ebullicin del agua.

Por ejemplo, calentando si es trietilenglicol, hasta unos 193C (380F), el agua saldr por la

torre de destilados en forma de vapor y el glicol rebasar por el vertedero al tanque de

reserva.

El glicol as regenerado cae por un vertedero en el calentador y de all al acumulador, de

donde es enviado a la torre de contacto en donde ingresa a travs de un intercambiador

(glicol-gas) de calor para enfriarse y comenzar nuevamente el ciclo.

En circuitos instalados en Plantas de tratamiento, cmo por ejemplo las Plantas de Ajuste

de Punto de Roco, se observa en la linea de glicol rico y posterior al precalentamiento del

mismo (antes de los filtros); la presencia de un separador o "flash tank" que contribuir a

despojar el gas asociado al glicol rico, proveniente del proceso de absorcin.

En los siguientes esquemas se puede observar el detalle del conjunto en diversas variables.


Variables de Operacin

La presin y la temperatura son parmetros que influyen en la absorcin; se puede decir

como regla general que altas presiones y bajas temperaturas son las condiciones ms

favorables.

No obstante hay ciertas limitaciones que es menester considerar:

Temperatura: una condicin que es de suma importancia en la calidad del proceso es la de

conservar las caractersticas fsicas optimas del glicol, las que se ven afectadas por la

temperatura a lo largo de la operacin.

A presin constante y considerando que al gas se lo recibe saturado en agua, a mayor

temperatura el contenido de vapor de agua en el gas aumenta. Por lo tanto, cuanto mayor

sea la temperatura de proceso, mayor ser la cantidad de agua que debe eliminar la torre y

mayor ser la depresin del punto de roco. Pero si la temperatura aumenta mucho el glicol

ser arrastrado por el flujo de gas y el retenedor de niebla ser superado, con la consecuente

prdida del producto por la lnea de gas. Por otro lado bajar la temperatura del proceso

tampoco es aconsejable ya que si la temperatura baja los 10C (50F) el glicol tiende a

formar espuma y la viscosidad aumenta, a tal punto que el gas formar canales que no

permitirn un buen contacto, reduciendo la eficiencia del proceso. El rango ptimo de

temperatura se ubica entre 10C y 38C (50F y 100F).

Presin: la presin tiene un marcado efecto sobre la viscosidad. Por ejemplo a 1000 psi (70

Kg/cm2) la viscosidad del D.E.G. se hace 3 a 4 veces la viscosidad que tiene a presin

atmosfrica. Esto significa que para una concentracin dada del glicol a la entrada, la

velocidad de circulacin del mismo debe ser aumentada en el absorbedor, para compensar

la prdida en la eficiencia del plato a causa de su mayor viscosidad. En consecuencia, a

medida que aumentan las presiones, la circulacin del glicol no es una funcin directa del

contenido de agua en el gas, sino del cambio de las condiciones fsicas.

Concentracin del glicol: El glicol que sale de la torre de contacto (glicol hmedo) se

deshidrata en la planta rectificadora de glicol para luego volver al ciclo. Cuanto ms

concentrado (seco) sea el glicol que entra a la torre de contacto, mayor ser la eficiencia de

deshidratacin del gas. El grado de deshidratacin del glicol que pueda lograrse, depende

en primer lugar de las especificaciones de diseo de la planta de glicol. As por ejemplo,

tendremos plantas cuyo diseo garantiza una eficiencia de concentracin del glicol de:

98,5 %; 99,0 %; 99,5 %; etc. Esto significa que si la eficiencia de una planta de glicol es de

98,5 %, la concentracin de glicol ser 98,5 % y el resto, 1,5 %, es agua incorporada al

glicol en el proceso (que la planta no elimina).

Conocida entonces la eficiencia de la planta, podr determinarse si la misma trabaja de

acuerdo a las especificaciones de diseo. Para ello se realiza un anlisis de determinacin

de agua; la muestra de glicol se debe tomar a la salida del tanque de glicol seco.


Otros factores que influyen en el grado de deshidratacin del glicol son la capacidad de

tratamiento de la planta que est relacionada con el caudal de circulacin del glicol y la

temperatura del calentador.

Para lograr una concentracin adecuada del trietilenglicol, la temperatura del calentador

debe mantenerse entre 375 0F y 390 0F. Es importante controlar el valor mximo de

temperatura para evitar la degradacin del TEG, la que se inicia a los 404 F. Es una

condicin de suma importancia en lo que hace a la regeneracin, observar un adecuado

funcionamiento proporcional de los sistemas de control de temperatura del regenerador. Un

funcionamiento si/no del controlador del mismo (que no es otra cosa que un Calentador

Directo), propondr momentos de mximo rendimiento del quemador, con serias

posibilidades de degradacin del glicol circulante, merced a las altas temperaturas

generadas en el rea inmediata al tubo de fuego.

Caudal de circulacin de glicol: Cuando se conoce la concentracin del glicol y el nmero

de platos de burbujeo que tiene la torre de contacto, la depresin del punto de roco del gas

saturado es funcin de la velocidad de circulacin del glicol. Las torres de contacto

estndar tienen 4 a 8 platos de burbujeo. La circulacin del glicol vara de 3 a 5 galones por

libras de agua en el gas. El valor prctico es 3 gal/lb de agua a eliminar. En general es ms

favorable aumentar la concentracin del glicol que el caudal de circulacin. Esta

determinacin depende de la capacidad de absorcin del glicol, o dicho de otra forma el

TEG puede retener 1 libra de agua cada 3 a 5 galones.

Continuando con el ejemplo de la pgina 19, donde tenamos que eliminar un total de 60

libras de agua, calculemos ahora el total de circulacin de glicol.

Total de agua a eliminar por da: 1.800.000 pie3/ da de gas x 60 lb./MMCF gas = 108 lb.

De agua/da

Caudal de circulacin del glicol: adoptando el valor prctico de 3 gal/lb. agua se obtiene:

Q glicol = 3 gal/Lb. agua x 108 Lb agua/da = 324 gal. glicol / dia.

Q glicol = 324 / 24 = 13.5 gal / hora

Con el dato de 13,5 gal/hora se puede recurrir al grfico de caudales de la bomba

suministrado por el fabricante y determinar los golpes por minuto a que debe trabajar la

misma para mantener dicho caudal horario de glicol en el sistema. En caso de no contarse

con los grficos de la bomba, el caudal puede determinarse intercalando en el sistema un

medidor de caudal del tipo de desplazamiento positivo, por calculo conociendo la carrera y

dimetro del pistn, o contrastando la misma en servicio contra un recipiente calibrado.

Como comentario final respecto a este tipo de plantas es de destacar su simplicidad de

operacin, ya que las mismas requieren de una mnima atencin y no necesitan de personal

permanente de operacin. Es conveniente un control diario de la temperatura de

regeneracin y del caudal, y semanalmente del Ph y de la concentracin del glicol.


PROCESAMIENTO DE GAS POR ABSORCION DE ACEITE

Principio fsico

Este sistema tambin llamado de absorcin refrigerada, adems de acondicionar el punto

de roco, permite mediante un absorbente, separar en cascada, todos los pesados.

La absorcin implica contactar el gas crudo

comprimido con un hidrocarburo lquido

llamado aceite seco o en un absorbedor donde

los componentes presentes en el gas de

disuelvan en el aceite seco.

Los componentes ms pesados se disuelven ms

fcilmente y el aceite puede contener ms de

ellos que los componentes ms livianos, pero

algunos de los componentes ms livianos

tambin son absorbidos.

La masa de gas, llamada gas residual, abandona

la parte superior del absorbedor al tiempo que

los componentes absorbidos se van con el

petrleo rico proveniente del fondo del

absorbedor.

Absorcin refrigerada

Hablaremos del funcionamiento de una planta de tratamiento de gas por absorcin

refrigerada, que es un modelo de planta muy utilizada a pesar de que se han producido

avances hacia el sistema de turboexpansin.

El gas llega a la planta desde las bateras, donde supuestamente ya pas por los separadores

de lquido de dichas instalaciones.

Al ingresar en la planta, se le inyecta glicol y vuelve a pasar por un tren de separadores, que

bsicamente se disean en funcin de las presiones a manejar y a los caudales a tratar. Aqu

se le retiene el lquido que pueda traer en su seno, principalmente hidrocarburos

condensados en la lnea de conduccin.

Desde los separadores el gas ingresa al sistema de enfriamiento, donde previo un

intercambio gas-gas, se dirige a los chiller, equipos con un enfriador de primera especie

como el propano, en los cuales debe alcanzar una temperatura de diseo que normalmente

est entre los 30 a 40C.


Si el proceso de deshidratacin no fue realizado con anterioridad, aqu para evitar la

formacin de hidratos de gas en esta etapa de enfriamiento, se inyecta a la corriente de gas,

antes de su ingreso a los intercambiadores, monoetilenglicol, finamente pulverizado. Con

esto se consigue un ntimo mezclado y una consiguiente depresin en el punto de roco del

gas (desestimado en el croquis anterior).

El glicol inyectado se recuperar en un separador de tipo bifsico, donde se forman dos

fases liquidas: una de los hidrocarburos condensados en el enfriamiento, y otra de la mezcla

glicol-agua. Dichos hidrocarburos son arrastrados por la corriente gaseosa hacia la torre

absorbedora de absorcin.

La mezcla glicol-agua pasa a los regeneradores donde, mediante calentamiento, se evapora

parte del agua hasta lograr la concentracin deseada.

Para obtener la correcta pulverizacin del glicol debe atenderse a la diferencial de presin

de diseo (del orden de las 150/200 psi), entre la presin de inyeccin y la presin de la

corriente gaseosa. Valores mayores inferiores a este, ocasionan un mal mezclado y este

produce una disminucin en la depresin del punto de roco logrado en el gas. Como

consecuencia de ello habr problemas de formaciones de hidratos de gas en los equipos.

El gas enfriado y los hidrocarburos condensados pasan a la torres absorbedora donde se

ponen en contacto con una contracorriente de absorbente, previamente enfriado en los

chiller, mediante la refrigeracin con propano.

Por la cabeza de la torre absorbedora sale gas residual despojado de los hidrocarburos

licuables, propano y superiores. De all el gas pasa por los intercambiadores gas-gas y luego,

previa etapa de separacin va al gasoducto de venta consumo, en su defecto de contarlo

la planta a Reinyeccin, como gas excedente.

El absorbente usado es generalmente un corte de kerosene obtenido en topping primario de

crudo. Dado que el absorbente debe respetar la curva de destilacin de diseo adems del

punto seco y el peso molecular, es de fundamental importancia, que dicho producto sea lo

ms aproximado al fluido de diseo.

El absorbente rico que sale del fondo de la torre de absorcin, pasa luego a la etapa de

despojamiento de los hidrocarburos absorbidos mediante una serie de fraccionamiento en

cascada.

Primeramente pasa por un tanque de flasheo, donde mediante una cada de presin, se

produce una vaporizacin instantnea, lo que facilita la liberacin del exceso de metano y

etano que indefectiblemente quedan ocludos en el absorbente.

Las corrientes gaseosa y liquida que salen del tanque flash, van separadamente como

alimentacin del cono superior de la torre deetanizadora. All tambin va una carga de

absorbente pobre y enfriado y cuya funcin es reabsorber los vapores de propano y

superiores que llegan a la cabeza de la torre, y que se ha desprendido como consecuencia

del calentamiento que sufre el absorbente rico en el fondo de la deetanizadora.


La torre deetanizadora trabaja como una fraccionadora que destila etano y ms livianos por

cabeza. Su alimentacin proviene de los dos afluentes del tanque de flash y el absorbente

pobre de cabeza acta como reflujo fro. La calefaccin de fondo se logra a travs de

intercambiadores y de un rehervidor.

La corriente gaseosa de cabeza de la deetanizadora, compuesta por metano y etano, se

utiliza como gas combustible para todas las necesidades de la planta. Como este gas esta en

media presin (alrededor de 284/355 PSI), el excedente se suele comprimir para llevarlo a

la presin de entrada a gasoducto, dado que es gas de venta.

El fondo de la deetanizadora, que es absorbente rico despojado solo de metano y etano,

pasa como carga a la torre fraccionadora donde es despojado de la totalidad de los

componentes absorbidos.

La temperatura de fondo es conseguida a travs de un circuito que permite la circulacin de

un efluente por los hornos de calefaccin.

Los productos destilados por la cabeza son condensados y parte pueden enviarse como

reflujo refro, mientras que el resto va como alimentacin de la torre depropanizadora. La

torre depropanizadora destila por cabeza todo el propano absorbido, mientras que el

producto de fondo, butano y superiores, pasa como carga a la torre debutanizadora. En esta

ltima se destila todo el butano por cabeza y por el fondo se recupera la gasolina

estabilizada.

El propano, butano y la gasolina son almacenados, previa medicin para su transferencia de

venta. Todos los productos debern estar en especificacin internacional de venta.

Caractersticas del absorbente

La eficiencia del sistema en gran medida estar dada por las caractersticas y calidad del

absorbente, por lo cual es vlido mencionar algunas variables:

La absorcin de un determinado componente en el absorbente, est dada por las constantes de equilibrio de los componentes en la fase vapor y liquido.

Estas constantes son funcin de la presin y temperatura de cada plato. La masa absorbida es directamente proporcional al caudal del absorbente. El equipo en el que la operacin se lleva a cabo debe estar diseado para permitir el

correcto contacto entre fases. Las velocidades del gas y del liquido deben ser tales

que no se produzca la inundacin de los platos de la columna, ni el arrastre del

liquido por excesiva velocidad del gas. Debe mantenerse limpio para mantener la

seccin de paso del fluido.

Asimismo el absorbente debe ser el adecuado para el proceso y aquel para el que fue diseado.

Su calidad, en cuanto a mantener su capacidad de absorcin, y estar libre de contaminantes que puedan disminuirla debe permanecer constante en el proceso.


Caudal del absorbente

El coeficiente de absorcin para un componente dado se indica como:

VK

LA

* Donde:

L: Caudal molar del absorbente; V: Caudal molar del gas; K: Constante de equilibrio

Aqu se puede observar que si V se mantiene constante, es necesario mantener el caudal de

absorbente para tener la capacidad de absorcin deseada.

Una disminucin en el caudal de absorbente conlleva directamente a una disminucin en la

capacidad de absorcin en el sistema, que se mantiene en primera instancia en el

componente determinante del diseo.

Esto e se puede observar muy claramente en cualquier ensayo real, donde al disminuir el

caudal de absorbente, baja inmediatamente el porcentaje recuperado.

Velocidad en la torre

Es muy importante mantener la corriente de los fluidos en el equipo por debajo de la

velocidad que producira la inundacin de los platos y el consiguiente arrastre de lquido

por el gas.

La velocidad superficial de los fluidos en la torre se define como el caudal volumtrico

sobre seccin transversal de flujo real.

Asimismo se define a la velocidad de inundacin aquella por encima de la cual el flujo

adecuado no puede mantenerse, esto esta relacionado con las densidades de las dos fases

por la ecuacin:

ggff DDDCV 1*

Donde Cf; es funcin del tipo de bandeja.

En ensayos realizados prcticamente se pueden confirmar algunos datos importantes:

1. La densidad del absorbente no influye en gran medida a la velocidad de inundacin. 2. Cuanto menor es la densidad del gas (mayor temperatura), mayor es su velocidad en

la torre y esta puede sobrepasar la velocidad de inundacin.

3. Un ensuciamiento en la torre puede resultar en una menor seccin transversal de flujo, por lo tanto una mayor velocidad del gas, y esta puede sobrepasar la velocidad

de inundacin produciendo arrastre de absorbente.


Calidad del absorbente

La capacidad de absorcin entonces, es funcin de las constantes de equilibrio, el equilibrio

es similar para los componentes livianos dentro de determinado rango de absorbentes.

En el clculo de diseo de la torre de absorcin, un valor muy importante es el PM del

absorbente y su consecuente curva de destilacin.

Normalmente por razones de mercado no siempre es probable encontrar un absorbente que

responda a la curva valores de diseo.

Por ensayos realizados se puede sostener que cobra mayor importancia el rendimiento de la

destilacin que el punto seco del absorbente, ya que todo lo que no puede destilarse son

contaminantes que impiden la absorcin.

Por otra parte un elevado punto seco del absorbente, hace ms dificultoso su enfriamiento

en los chiller, pudiendo no alcanzar las temperaturas adecuadas; esto origina tambin una

mayor temperatura en la torre de absorcin, en consecuencia disminuye la densidad del gas

y el consiguiente arrastre de liquido, con lo cual un aumento de densidad del absorbente va

acompaado de una disminucin en el JP1 que puede ingresar a la torre, finalizando este

ciclo con la consecuente prdida de produccin de Propano.

Problemas comunes

Lo siguientes son algunos de los conceptos ms comunes que pueden afectar el rendimiento

de la torre absorbedora, en consecuencia el rendimiento de la produccin de propano:

La disminucin en el rendimiento de propano se debe a deficiencias en la absorcin. Respetar las condiciones de diseo es fundamental para el normal funcionamiento

del sistema.

La calidad del absorbente se ve empeorada a travs del tiempo por el ingreso de contaminantes con el gas.

Acumulacin de suciedad en el equipo.

Suciedad en el sistema:

En los fluidos producidos en las distintas reas, se encuentra como contaminante las

parafinas.

Cuando por deficiencia en al separacin en las bateras las parafinas llegan a la planta de

tratamiento, estas se depositan en los separadores y; las que se encuentran disueltas o

suspendidas en la gasolina precipitan en los intercambiadores gas-gas y pueden llegar por la

alta velocidad del gas en los tubos del chiller a la torre de absorcin. Estas parafinas llegan

al equipo absorbedor y al JP1. Un calentamiento de estos enfriadores lo disuelve.


El JP1, que tiene afinidad con los HC pesados (como se dijo, de C4 en adelante todos se

absorben 100% en las condiciones de proceso), absorbe y disuelve estas parafinas hasta

saturarse, dado que normalmente no pueden separarse en la torre fraccionadora.

El resto de estas parafinas se depositan en la torre absorbedora y el equipo de enfriamiento

a medida que la planta recupera sus temperaturas normales de operacin.

Un leve calentamiento en el sistema que se encuentra sucio, trae como consecuencia:

Las parafinas llegan a la torre absorbedora, disminuyendo la seccin libre por la que el gas circula, se produce as un aumento en la velocidad del gas y una disminucin

en el caudal de absorbente, dado por el arrastre producido.

Las parafinas precipitadas entorpecen el efectivo contacto de las dos fases (tapan los casquetes y disminuyen la altura del plato).

El absorbente que contiene parafinas, ha perdido porcentualmente algo de su capacidad de absorcin. Podra pensarse esto como las partculas que se encuentran suspendidas tienen un efecto de pantalla sobre la absorcin, entorpeciendo el contacto molecular de los fluidos.

En los sistemas de enfriamiento de JP1, tambin se produce la precipitacin de la parafina que ste contiene (en el primer ciclo de enfriamiento posterior a un paro),

disminuye as la capacidad del intercambio, y el JP1 no puede enfriarse a la

temperatura ptima de operacin; adems de disminuir su capacidad de absorber

propano, calienta el gas, con el consiguiente aumento de velocidad y arrastre de

liquido.

Puede llegarse as a una condicin de operacin en que la planta se estabiliza funcionando

en condiciones de menor absorcin de propano y si estas situaciones se continan

repitiendo, incrementa obviamente el bajo rendimiento de la planta.

Alternativas de solucin

Es de fundamental importancia intentar evitar el arrastre de parafinas desde las bateras.

Para ello se pueden recalcular modificar los separadores.

Los separadores pierden capacidad al irse acumulando en ellos la parafina, no reteniendo

luego los lquidos. Adems es probable que las parafinas sean arrastradas como slidos por

el gas, con lo cual no son retenidas en el separador.

Algunas alternativas de solucin son las siguientes:

Aislar los separadores en batera y calefaccionarlos, intentando que las parafinas se separen con los lquidos.

Si esto no fuera suficiente, se deber instalar un equipo de filtrado del gas de manera tal de retener los slidos que pudieran ser arrastrados.


Verificar que el absorbente se adecue a las especificaciones de diseo.

Si el producto absorbente es transportado desde otro lugar, deber hacerse en camiones que normalmente transporten JP1, combustibles ms livianos, nunca

ms pesados.

En el proceso el JP1 deber ser regenerado continuamente, ya que como el regenerador funciona por evaporacin y posterior condensacin del JP1, es

excelente para eliminar cualquier impureza slida lquida que se purgar por el

fondo.

El caudal de JP1 que ingrese a la torre deber ser siempre el terico, nunca por debajo, por los problemas que acarrea. (valor estipulado en el manual de operacin).

Respetar tambin la temperatura del JP1 de ingreso a la torre.

Los controles de laboratorio debern ser:

1. Control del JP1 recepcionado.

2. Filtrado y curva de destilacin del JP1 de proceso.

3. Cuando el caudal temperatura de absorbente no sean los requeridos, realizar cromatografa de la torre de absorcin.

4. Cuando se necesite variar el caudal de produccin de C3, realizar cromatografa de la torre de absorcin.

5. Instruir a todos los operadores de Planta y Campo sobre la importancia de los parmetros operativos, a efectos de analizar en conjunto las

consecuencias que se ocasionan con las variaciones en los parmetros que

gobiernan la operacin.

6. Contenido de agua en los hidrocarburoS


DESHIDRATACION POR ADSORCION

Hidratos.-

Los hidratos son compuestos slidos que se forman como cristales tomando la apariencia

de la nieve, se forman por una reaccin entre el gas natural y el agua y su composicin es

aproximadamente un 10% de hidrocarburos y un 90% de agua. Su gravedad especfica es

de 0.98 y flotan en el agua pero se hunden en los hidrocarburos lquidos.

La formacin de hidratos en el gas natural ocurrir si existe agua libre y se enfra el gas por

debajo de la temperatura llamadas de formacin de hidratos

Este estudio nos permitir estimar las condiciones de temperatura y presin a las cuales el

gas natural saturado con agua podra formar hidratos. El GPSA presenta en su bibliografa

ayudas para poder determinar los mismos.

El proceso de adsorcin es una forma de adhesin entre una superficie slida y el vapor de

agua que aparece como una capa muy delgada, y se sostiene segn la propiedad de

atraccin de los materiales y las caractersticas particulares de los mismos.

La cantidad de agua adsorbida, vara con la naturaleza vara con la naturaleza y el rea

superficial del desecante utilizado.

Los desecantes ms efectivos, son los que tienen una alta relacin entre el rea superficial y

su volumen. Probablemente, a sta caracterstica se sume que parte del agua se condense y

sea retenida en los canales capilares en el interior del desecante (condensacin capilar).

Procesos de Adsorcin

En general ste tipo de instalaciones estn equipadas inicialmente con un separador de

entrada, utilizado para interceptar y separar los lquidos presentes en el flujo, evitando

inconvenientes en el proceso que puedan reducir la capacidad del adsorbente.

La corriente principal de gas pasar por una de las dos Torres de Secado, tomando contacto

con el desecante que permitir la remocin de los vapores de agua.

Ing. WILDER PATIO CORDERO

35

Otro flujo de reciclo o regeneracin, pasar a contracorriente por la segunda Torre, donde

el agua adsorbida en el ciclo anterior por la misma, ser barrida por el gas caliente

(generalmente un 10% de la corriente principal, y entre 350 F a 450F, dependiendo del

tipo de desecante utilizado) hacia un enfriador y un posterior separador del agua

condensada.

Alternativamente entonces, una Torre est adsorbiendo los vapores de agua del flujo

principal, mientras en la otra se est regenerando el desecante. Controladores cclicos o

temporizadores, permiten el cambio automtico de las torres segn un programa horario

establecido.

Basados en las caractersticas y mtodos mencionados, son dos las variables generalmente

utilizadas por aspectos prcticos y econmicos. La principal diferencia, radica en el punto

dnde se toma el gas para el flujo de regeneracin.

En el siguiente esquema la corriente principal fluye a travs de una vlvula reductora de

presin, la cual controla el flujo del gas de regeneracin, induciendo una cada de presin

en la corriente principal.


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El flujo principal entonces, contina hacia la torre seleccionada (en ste caso la N1),

donde se adsorbern los vapores de agua, para seguir su curso hacia el resto del proceso.

El flujo de regeneracin por su parte, es tomado aguas arriba de la vlvula reductora, y por

diferencia de presin con el sector aguas abajo, circula hacia sa conexin pasando por un

calentador primero, la otra torre (N2) en contracorriente permitiendo la remocin de la

humedad retenida anteriormente, para condensarla a su posterior paso por un enfriador, y

finalmente separarla en un depurador desde donde ser eliminada.

El gas ya sin presencia de agua en estado lquido, se reciclar hasta la conexin mencionada,

aguas debajo de la vlvula reductora de presin.

En otra de las posibilidades particulares del proceso (figura en la pgina siguiente), el gas

de regeneracin es tomado de la salida de gas seco de la torre en uso, calentado, circulado

por la torre a regenerar, posteriormente enfriado y separada el agua, para ser comprimido y

reinyectado a la entrada del sistema.

El siguiente croquis, refleja la mencionada modalidad.


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Desecantes y Aplicaciones

Se pueden utilizar varios productos adsorbentes, cuya seleccin depender del tipo de

problemas y de las condiciones de operacin.

Los desecantes granulares son generalmente slica gel o almina activada. El primero es un

material altamente silceo en forma de partculas sumamente irregulares, con densidad

variable de 45 a 55 Lb/pi3.

Las capacidades de adsorcin son variables, pudiendo inicialmente retener 20 libras de

agua por cada 100 libras de desecante. Sin embargo, sta capacidad decrece rpidamente al

10% y de all lentamente hasta que llega el momento de su reemplazo.

La duracin de los desecantes depender de la aplicacin a que se los someta. Bajo

condiciones ideales puede durar hasta 10 aos, bajo condiciones muy rigurosas puede

requerir de su reemplazo en el trmino de menos de un ao.

Se debe considerar, que adems de daarse con los hidrocarburos pesados, las capas

desecantes pueden ser contaminadas con SH2 en presencia de oxgeno y NH3 en presencia

de CO2.

El sistema es aplicable cuando se pretende un contenido de agua menor a 1 libra por milln

de pies cbicos standard. Observando un cuidadoso diseo, pueden obtenerse Puntos de

Roco cercanos a los 90F.

PLANTAS DE ADSORCION

PROCESAMIENTO CRIOGENICO DEL GAS

Caractersticas del Sistema

La relativamente alta recuperacin del etano puede llevarse a cabo a travs de la

combinacin de baja temperatura y circulacin de aceite seco en una planta de absorcin.

Otros tipos de proceso para el fraccionamiento no usan el sistema de equilibrio por reflujo

de productos condensados.

El ms importante de ellos es el sistema criognico. El significado de la palabra de por s

identifica al proceso como transformaciones sobre la base de enfriamientos. La principal

caracterstica de estos sistemas es el concepto denominado split-vapor, que consiste en dividir la corriente de gas de entrada al proceso (feed gas) para generar reflujo en las torres

demetanizadora o deetanizadora.

Para dar un ejemplo del funcionamiento del sistema se describir una columna

demetanizadora que no posee reflujo de condensados externos y opera con muy bajas

temperaturas.


38

Si bien el diseo de la torre depende de muchos aspectos relacionados con los volmenes y

la calidad de los distintos componentes, se puede decir que el rendimiento, la eficiencia y la

pureza del producto obtenido por este sistema tienen un mejor resultado que los obtenidos

por el proceso comn de reflujo.

Las bajas temperaturas se pueden obtener mediante el principio de turbo expansin o por

enfriamiento en cmaras de refrigerantes tipo chillers.

La figura de la pgina siguiente muestra el proceso criognico en una torre demetanizadora

con la composicin del porcentaje molar en cada etapa.

El ingreso en la columna de fraccionamiento se produce en diferentes lugares en funcin de

la temperatura necesaria de tratamiento. Tal como se puede apreciar en la figura, la

eliminacin del metano por la parte superior se producir con el ingreso a contracorriente

del flujo en la parte superior con 166 F de temperatura, en la parte media con 137 F y en la parte ms baja del ingreso con 32 F.

Por la parte inferior o fondo de torre se obtendr lquido en equilibrio sin componente de

metano a una temperatura de 8 F. La composicin y porcentaje molar de componentes se

indica claramente en cada tramo del ingreso a la torre demetanizadora.

Observando el aspecto tcnico fundamental del proceso de fraccionamiento, permite

determinar la importancia del equilibrio de los parmetros fsicos, tanto en el punto de

condensacin (roco) como en el punto de evaporacin (burbuja)y este se podr mantener si

el volumen de reflujo y el tiempo de contacto entre el lquido descendente y el gas

ascendente en la columna es el adecuado.

Desde el punto de vista operativo, es de suma importancia conocer el volumen de reflujo

necesario para un equilibrio perfecto y la composicin de las bandejas o sistema de

contacto dentro de la torre. Tambin es de suma importancia mantener los circuitos, libres

de slidos e impurezas efectuando un mantenimiento adecuado


39

Turboexpansin

Bajo determinadas circunstancias entonces, resulta econmico procesar el gas para una alta

recuperacin del etano utilizando slo temperaturas extremadamente bajas con presin

moderada como las plantas criognicas; las que son prcticas y econmicas para la

industria de procesamiento de gas natural con el desarrollo del turbo expander.


40

Este tipo de proceso resulta ms apropiado en aquellos casos donde el gas de alta presin se

encuentre disponible y el uso final del gas a baja presin y relativamente cerca del punto de

procesamiento.

En este sistema ms moderno y de alto rendimiento, mediante turbinas se logra una

expansin, logrando temperaturas muy bajas, lo cual permite la ms eficiente separacin de

todos los pesados, logrando una calidad comercial excelente de cualquier producto.

A medida que el gas de alimento fluye a travs del expansor, se despresuriza y enfra. All

trasmite un empuje al compresor, mediante el desbalance provocado por las diferencias de

presin entre la succin del compresor y la descarga del expansor.

El lmite entre ambas presiones generalmente no debe exceder las 20 psi. Para diferenciales

mayores se requerir de un conjunto de trabajo en etapas.

En el esquema de una planta que se observa en las prximas pginas, se puede determinar

los valores de trabajo como:

Entrada al expansor aproximadamente 700 psi y 65 F. Salida del expansor 215 psi y 135 F. Hacia la entrada de la torre demetanizadora. Entrada al compresor aproximadamente 200 psi. Proveniente de la salida de gases

de cabeza de la torre demetanizadora, por varios intercambiadores donde entrega

fro recibiendo calor.

Descarga del compresor estimada en 250 psi, para un posterior enfriado, compresin y comercializacin.


41

EJEMPLO SIMPLIFICADO DE UNA PLANTA REAL CON APROVECHAMIENTO DEL PROCESO CRIOGENICO


42

Se destaca en el equipamiento, la importancia del sistema de lubricacin, y la particularidad

y requerimientos del gas de sello.

La mayora de los problemas observados en la experiencia con stos equipos, proviene de

stos dos rigurosos requerimientos, tanto como de las pulsasiones del flujo o las

vibraciones del equipo.


43

Tamiz Molecular

El servicio de ste sistema de adsorcin y filtrado mediante cedazos adecuados al

requerimiento en particular, es generalmente aprovechado en las plantas de tratamiento de

gas licuado o turboexpanders.

Es utilizable a muy bajas temperaturas, requiriendo bajos contenidos de agua (no se usa

para lquidos) y logrando puntos de roco de 150 F, y an menores con diseos especiales y una estricta atencin a los parmetros de trabajo.

Si bien el costo de ste sistema es mayor que otros como el similar de almina activada,

debe ser considerado cuando la mezcla debe llegar a concentraciones mnimas de gases a

remover.

El rendimiento es mucho menos dependiente de la temperatura del flujo, requiriendo menor

cantidad de calor y temperatura para su regeneracin.

Es un tipo de almina con silicatos que puede ser utilizado para la retencin de otros

componentes del gas como es el H2S, COS o mercaptanos.


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ANEXOS


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Documents

deshidratacion mediante absorcin y adsorcion.pdf