Procesos de Deshidratación Del Gas Natural

Faculta de tecnologa Ing. Edson Jimnez

Ingeniara del gas natural 2

UNIVERSIDAD MAYOR, REAL Y PONTIFICIA DE SAN

FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGIA

INGENIERIA DEL GAS NATURAL 2 (PRQ-311)

Docente: Ing. Edgar Jimnez M Tema: Deshidratacin del gas natural

Universitarios: Vega Navarro Maritza Isabel

Lira Heredia Javier

Michel Espinoza German Einar

Caldern Tern Editha

Flores Moncada Wilson

Carrera: Petrleo y Gas Natural

Fecha: 10/ 09 / 2015

Sucre Bolivia

2015



PROCESOS DE DESHIDRATACIN DEL GAS NATURAL

1. Introduccin

En general, la corriente de gas natural posee, impurezas o contaminantes como

nitrgeno, hidrgeno, anhdrido carbnico, y sulfuro de hidrgeno. El hidrgeno y el

nitrgeno son gases inertes que solo van a afectar el poder calorfico del gas y tambin,

lgicamente, el costo de transporte. Mientras que el anhdrido carbnico (CO2) y el

sulfuro de hidrgeno, forman cidos o soluciones cidas en presencia del agua

contenida en el gas. Estas sustancias son muy indeseables y deben eliminarse del gas

natural.

El contaminante al que hay que prestarle suma importancia es el agua, siempre

presente en el gas proveniente del yacimiento, ya que produce corrosin y formacin

de hidratos. Los hidratos son inclusiones slidas que se forman cuando los

hidrocarburos del gas natural estn en contacto con el agua lquida bajo ciertas

condiciones de presin y temperatura.

El acondicionamiento del gas natural consta de dos procesos fundamentales: la

deshidratacin y el endulzamiento. El primero consiste en la eliminacin del excedente

de agua presente en la corriente gaseosa por medio de una tcnica denominada

deshidratacin que ser el tema central del presente trabajo de investigacin.

2. Deshidratacin del Gas Natural con deshidratantes

La deshidratacin del gas natural juega una parte importante en la produccin de gas

natural. Una deshidratacin efectiva previene la formacin de hidratos de gas y la

acumulacin de agua en los sistemas de transmisin. El contenido de agua en el gas

debe ser reducido y controlado para asegurar procesamiento y transporte seguro. Las

principales razones para eliminar el agua del gas natural son:

1. El gas natural en las condiciones adecuadas puede combinarse con el agua libre

para formar hidratos slidos que pueden taponar Vlvulas, accesorios o incluso

Tuberas.

2. El agua puede condensarse en la tubera, causando flujo tapn y posible erosin y

corrosin.

3. El vapor de agua aumenta el volumen y disminuye el contenido energtico del gas.

4. Los transportistas y vendedores de gas deben lograr especificaciones con un

mximo contenido de agua de 7 lb por milln de pies cbicos (112 kg por Milln de

m3).



En general, para remover el vapor de agua presente en el gas natural existen diversos

mtodos de deshidratacin que, de acuerdo a su principio de operacin, pueden ser

clasificados de la forma siguiente:

a) Absorcin con solventes fsicos: desecantes lquidos (glicoles, metanol).

b) Adsorcin en lecho slido: desecantes slidos (almina, silica gel, tamices

moleculares)

c) Refrigeracin.

d) Reacciones qumicas.

3. Proceso de deshidratacin por Inyeccin de Inhibidores

La inyeccin de un lquido hidroflico

en la corriente de gas es una

operacin que est muy relacionada

a la deshidratacin con glicoles, pero

est ms dirigida a inhibir la

formacin de hidratos slidos que en

remover el agua del gas. Muchos

lquidos han sido usados o

propuestos para la inyeccin. Los

inhibidores reducen la temperatura o

aumentan la presin a la que el

hidrato se formar.

Los principales son listados en la tabla siguiente:



El proceso de inyeccin es particularmente aplicable junto a la recuperacin por

refrigeracin de hidrocarburos lquidos. A causa de las bajas temperaturas de

congelamiento de sus soluciones acuosas, el metanol y el etilen glicol son los ms

comnmente usados como inhibidores de hidratos. El dietilen y trietilen glicol son

usados primeramente para prevenir la formacin de hidratos en las lneas llevando a

unidades de deshidratacin convencional usando el mismo glicol.

Slidos inicos como el cloruro de sodio (sal comn) tambin inhiben la formacin de

hidratos. Esto es similar a rociar sal en las calles o carreteras llenas de hielo para

derretirlo. No es muy probable que se use sal como inhibidor ya que la sal casi siempre

est presente en el agua que se produce.

a) Inyeccin de glicol

En el proceso de inyeccin de glicol mostrado en la figura, el gas pasa primero a travs

de un separador donde el agua lquida y otros hidrocarburos son removidos. El glicol

es rociado en el gas despus que deja el separador y antes de que baje la temperatura

por debajo del punto de temperatura del hidrato. Tubos que no estn humedecidos con

glicol pueden llenarse de hidratos mientras el gas hmedo se enfra.

El etilen glicol es generalmente preferido al dietilen o trietilen glicol para este tipo de

operacin porque es menos soluble en hidrocarburos lquidos y porque los

hidrocarburos lquidos son menos solubles en etilen glicol que en los otros glicoles. Por

otra parte, los otros dos glicoles tienen una presin de vapor ms baja, la cual resulta

en prdidas de vaporizacin menores. Para minimizar la posibilidad de la formacin de

una fase slida en la solucin de glicol, las composiciones cerca del eutctico son

comnmente empleadas en comparacin al 95% de concentraciones ms altas usadas

en diseos de deshidratadores convencionales. Las soluciones acuosas diluidas tienen

una amplia ventaja de baja solubilidad en hidrocarburos lquidos.

En los sistemas de inyeccin de glicol, el glicol provee un poco de deshidratacin pero

su funcin primaria es de actuar como agente anticongenlante suprimiendo la

formacin de hidratos slidos. Muchos diagramas de flujo son usados para los sistemas

de inyeccin de glicol. En su forma ms sencilla, el proceso es muy similar a la

deshidratacin convencional con glicol con una seccin de la lnea de gas sirviendo

como contactor gas - lquido.



b) Inyeccin de metanol

Para temperaturas ms bajas que -40 F, la inyeccin de glicol es imprctica por la alta

viscosidad de soluciones de glicol a tales bajas temperaturas. La baja viscosidad del

metanol y otras caractersticas favorables hacen que sea el fluido elegido para la

inhibicin en aplicaciones a muy bajas temperaturas tales como plantas de

refrigeracin con turboexpansores de gas para la recuperacin de GLP.



Despus de pasar a travs de un separador el gas es enfriado en un intercambiador

de calor gas-gas en el cual el metanol es rociado en las placas de los tubos para inhibir

la formacin de hidratos slidos. Una solucin de metanol-agua condensa en el

intercambiador de calor y en el enfriador y es removida de la corriente de gas en el

separador. La solucin acuosa es expandida para remover el gas disuelto, es filtrada y

destilada para recuperar el metanol. Una cantidad significante de metanol se disuelve

en el producto de hidrocarburo lquido y es recuperado lavando toda la corriente de

hidrocarburo o la fraccin de propano con agua del alambique de metanol.

3.1 Determinacin del Flujo de Inyeccin del Inhibidor

El primer paso en el diseo de sistemas de inyeccin es determinar la mnima

concentracin del inhibidor requerida para prevenir la formacin del hidrato. Se

presentan a continuacin los posibles mtodos.

a) Ecuacin de Hammerschmidt: Es un mtodo simple y ampliamente utilizado

Donde AT es la disminucin de la temperatura en C, M es la masa molar del inhibidor

en g/mol, W es la concentracin del inhibidor en porcentaje en peso en la fase acuosa,

y KH es una constante con valor de 1297. Para usar esta ecuacin en el sistema

americano KH es 2355 y AT est en F.

Para calcular la concentracin del inhibidor requerida arreglamos la ecuacin como

sigue:

Para usar esta ecuacin primero se determinan las condiciones del hidrato sin el

inhibidor presente. La ecuacin solo predice la desviacin de la temperatura sin el

inhibidor presente.

La ecuacin de Hammerschmidt est limitada a concentraciones de 30% peso para

metanol y etilen glicol, y solo para 20% peso para otros glicoles. (Bajos porcentajes de

soluto)



b) Ecuacin Nielsen Bucklin

Donde AT est en C y xM es la fraccin molar del metanol. Esta ecuacin puede ser

usada para fracciones molares del orden del 0.8 (88% peso)

Se puede arreglar la ecuacin de la forma siguiente para estimar la concentracin de

metanol a un AT dado.

Y para calcular el porcentaje en peso de esta fraccin molar se usa a siguiente

ecuacin:

La ecuacin de Nielsen Bucklin fue desarrollada para el metanol pero puede ser

utilizada para cualquier eleccin de inhibidor.

c) Nuevo mtodo

Donde gamma es el coeficiente de actividad del agua y xW es la fraccin molar del

agua. Utilizando la ecuacin de Margulles y haciendo algunas simplificaciones

obtenemos:

Donde A es llamado el

coeficientes de Margulles.

La ecuacin puede ser usada

para un amplio rango de

concentraciones de

inhibidores.



Para calcular la cantidad del inhibidor requerida utilizamos la ecuacin:

Donde m1 es la masa de solucin de inhibidor, mW es la masa de agua lquida ,XR es

la concentracin en peso de inhibidor rica que se determina con una de las ecuaciones

anteriores, y XL es la concentracin en peso del inhibidor??. XL tiene un valor de 100%

para el metanol y vara tpicamente de 60 a 80% para glicoles.

3.1.1 Perdidas del inhibidor

El metanol es una sustancia voltil, es por esto que parte del inhibidor inyectado entrar

en esta fase. En trminos prcticos, esto significa que ms inhibidor debe ser inyectado

para que la cantidad predicha sea utilizada en su totalidad en la fase acuosa.

Afortunadamente existen grficas para la estimacin de estas prdidas. Estas pueden

ser utilizadas para estimar la cantidad de metanol disipado en el gas natural.

Para calcular el metanol en el vapor, se localiza el punto que corresponde a la presin

y temperatura y luego se lee el valor del eje en x. El valor de la abscisa es multiplicado

por el flujo del gas y por la concentracin del metanol en la fase acuosa para obtener

el metanol en el vapor.

Los glicoles son mucho menos voltiles que el metanol. Es por esto que se usan

generalmente a bajas temperaturas. Sus prdidas en fases no acuosas no son

significantes.



3.1.2 Cantidad total de inhibidor requerida

1) Determine la temperatura de formacin del hidrato en el gas

2) Establezca la temperatura esperada del sistema

3) Calcule la cantidad de agua presente a la temperatura del paso 2

4) Calcule la concentracin del inhibidor y la cantidad en kg o lbm

5) Si se trata de metanol calcule las perdidas

6) Sume las cantidades del paso 4 y 5 para obtener el total de inhibidor requerido.

4. Proceso de deshidratacin por absorcin con glicoles

La deshidratacin del gas natural juega una parte importante en la produccin de gas

natural. Una deshidratacin efectiva previene la formacin de hidratos de gas y la

acumulacin de agua en los sistemas de transmisin.

4.1 Deshidratacin de Gases con Glicoles (TEG): La deshidratacin de gas es el proceso

de remocin de vapor de agua en una corriente gaseosa para reducir la temperatura a la

cual el agua condensar en la lnea. Esta temperatura se denomina punto de roco del gas.

Adems, la deshidratacin a punto de roco por debajo de la temperatura operativa del gas,

previene formacin de hidratos y corrosin por agua condensada.

La capacidad de una corriente gaseosa para mantener vapor de agua es reducida si se

comprime o enfra luego el agua puede tambin ser removida de la corriente gaseosa

comprimiendo o enfriando la misma.

El proceso con glicol se basa en el contacto del gas con un lquido higroscpico tal como

un glicol. Es un proceso de absorcin donde el vapor de agua presente en el gas se disuelve

en la corriente de glicol lquido puro.

Caractersticas generales de una planta de Deshidratacin por Absorcin con

glicoles

Mencionaremos algunas caractersticas del uso de un glicol en una plata deshidratadora

por absorcin, son:

Alta higroscopia.

No se solidifican en soluciones concentradas.

No son corrosivos.

No forman precipitados con componentes del gas.



Se regeneran fcilmente.

Son inmiscibles en hidrocarburos lquidos.

La performance de una unidad deshidratadora es medida por su habilidad para reducir el

punto de roco del gas. En un proceso tpico el gas hmedo pasa a travs de un (scrubber)

removedor de lquidos libres.

Luego, el gas ingresa al contactor e intercambia el agua con el glicol que circula en

contracorriente. El agua es absorbida por el glicol y el gas deja el contactor a travs de un

removedor de niebla (demister) para reducir el transporte de glicol en el gas de salida a la

lnea de venta.

El glicol rico (en agua) es bombeado a travs de un filtro y luego a un intercambiador glicol

glicol que eleva la temperatura del glicol rico antes que ingrese al regenerador.

El glicol es separado del agua y los contaminantes de bajo punto de ebullicin en la columna

del regenerador (reboiler) retenindose estos ltimos. El reboiler usualmente es del tipo

tubos de fuego y funciona produciendo la temperatura requerida para alcanzar la eficiencia

de remocin de agua buscada. Un acumulador almacena el glicol reconcentrado que luego

pasa al intercambiador glicol glicol que reduce la temperatura a un nivel que no dae las

bombas. Usualmente, antes de las bombas se intercala un filtro para remover

contaminantes que cause excesivo desgaste de la bomba.

Conociendo las caractersticas de la planta de absorcin y el uso de un glicol, a

continuacin de presentaremos el diagrama de la planta.



Descripcin de los Equipos de una Planta Deshidratadora con TEG

Depurador de entrada: es el encargado de separar los contaminantes que llegan con la

corriente de gas, tales como los hidrocarburos lquidos, agua libre, partculas slidas y los

compuestos qumicos que han sido agregados previamente al gas natural, los cuales suelen

causar efectos nocivos.

Absorbedor o contactor: La funcin del absorbedor es poner en contacto el gas hmedo

con el glicol, para que el glicol pueda remover el vapor de agua del gas hmedo. Existen

contactores que usan bandejas (tipo burbuja o campanas) o empaques regulares en su

parte interna para efectuar el contacto directo del gas y el glicol. En cualquiera de los dos

casos el contacto es en flujo inverso.

Tanque de flasheo o separador de gas -condensado glicol.- Sirve para recuperar el

gas que esta disuelto en la solucin de glicol en el contactor, tambin como cualquier

hidrocarburo lquido que sea transportado fuera del contactor por la solucin de glicol. El

gas sale por la parte superior del recipiente y es venteado o puede ser usado para suplir el

gas combustible requerido para el reherbidor.

Filtros.- En los sistemas de deshidratacin del gas normalmente se usan dos tipos de filtros:

filtros de slidos son de malla fina de media o cartucho usados para eliminar slidos,

partculas que pueden causar erosin de los mbolos de las bombas, sellos de los discos

y vlvulas, atascamiento del equipo y formacin de espuma



Filtros de carbn activado.- son usados para eliminar hidrocarburos, productos de

degradacin del glicol, surfactantes, qumicos usados para tratamientos de pozos, aceites

lubricantes de compresores.

Bombas de glicol.- Son las nicas partes movibles de toda la unidad, retorna el glicol pobre

de baja presin al contactor de alta presin, se usan de tres tipos: operacin a alta presin

(texsteam), operadas con lquido a alta presin (Kimray) y las impulsadas por motor

elctrico. Para unidades ms grandes de deshidratacin se usan bombas de

desplazamiento positivo, de cilindros mltiples. Montadas horizontalmente e impulsada por

un motor elctrico.

Tanque de compensacin.- Es un recipiente usado para almacenar glicol regenerado para

la succin de la bomba, generalmente esta construido como parte integral del rehervidor o

en forma separada.

Intercambiadores de calor.- El intercambiador glicol-glicol quita el calor del glicol pobre,

caliente, que retorna al absorbedor y lo entrega al glicol rico que va al destilador ahorrando

energa. El intercambiador glicol-gas sirve para calentar ligeramente el gas seco que sale

del absorbedor y enfriar ligeramente el glicol caliente entrante.

Columnas de destilacin.- Es el recipiente localizado en la parte superior del reherbidor

donde tiene lugar la destilacin del glicol y agua. Las columnas destiladas estn

normalmente empacadas y tienen condensadores con aletas o espirales de reflujo

(serpentines) en la parte superior para enfriar los vapores de glicol y parte de vapor de

agua de salida, para proveer el reflujo para la columna. Este arreglo controla la

condensacin y reduce las prdidas de glicol. El vapor de agua que sale del tope del

despojador contiene pequeas cantidades de hidrocarburos voltiles y se lo ventea

normalmente a la atmsfera.

Reherbidor.- Es el recipiente que suministra calor para separar el glicol y el agua por simple

destilacin. El glicol es calentado a una temperatura entre 380 y 400F. Para remover

suficiente vapor de agua para regenerar el glicol en 98.5 -99%. Los reherbidores pueden

ser de fuego directo o calentados por vapor o aceite caliente. El nivel de glicol en el

reherbidor es mantenido por un vertedero de derrame. El exceso de glicol fluye hacia dentro

del tanque de compensacin por gravedad



Sistema de regeneracin de glicol

El funcionamiento de un sistema de regeneracin de glicol seria el siguiente:

El gas de entrada llega a un depurador de entrada, donde se quita las impurezas slidas o

liquidas, luego el gas entra por la parte inferior de la contactora fluye en contracorriente con

el glicol pobre que desciende. El glicol pobre entra por el tope del contactor donde fluye

hacia abajo de plato en plato y absorbe el agua del gas natural que va ascendiendo, el gas

que sale por el tope del contactor es gas seco que pasa a travs de un intercambiador de

calor gas/glicol y luego se va a la lnea de gas de venta.

El glicol rico deja el absorbedor y entra a un serpentn enfriador que controla la tasa de

reflujo de agua en el tope del despojador.

4.2 BALANCE DE MATERIA EN LA TORRE DE ABSORCIN:

Total:

Vn+1 + Lo = V1 + Ln [2.1]

Individual:

Vn+1 yn+1 + Lo xo = V1 y1 + Ln xn [2.2]

Balance de materia en una Etapa i de la Torre.

Considerando los flujos aproximadamente constantes en toda la columna, el balance de

materia alrededor de un plato i se tiene:

Individual: Vn+1 yi+1 + Lo xi-1 = Vn+1 yi + Lo xi [2.3]

Suponiendo que Lo y Vn+1 son constantes, se tiene:

Lo (xi xi-1) = Vn+1 (yi+1 yi) [2.4]

Por la relacin de equilibrio lquido-Vapor se tiene:

(Gas seco)

V1 Y1

(Glicol rico)

Ln Xn

(Gas hmedo)

Vn+1 Yn+1

(Glicol pobre)

Lo Xo

1

2

i+1

3

n

n-1

n-2

n

ETAPA i

Vn+1Yi

LoXi-1

Vn+1Yi+1

LoXi



Para la etapa i:


Para la etapa i:

4.3 DISEO PRELIMINAR DE UN ABSORBEDOR Y UN REGENERADOR

DISEO DE LA COLUMNA DE ABSORCION

Para el diseo de la columna deshidratadora por absorcin existen varios mtodos, de los

cuales uno de los ms usados en la industria petrolera es el mtodo de Kremser - Brown.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES DE DISEO

Se debe considerar que el gas que llega a la planta est saturado con agua. El

contenido de agua depende de la presin y la temperatura.

El contenido de agua, a la salida, es condicin del diseo es normal que se hable

de 5 a 7 lbs/MM pcn en el gas tratado.

Las variaciones de la presin y la temperatura de la alimentacin alteran el contenido

de agua en el gas y, por lo tanto, se deben ajustar las condiciones de operacin de

la planta.

La relacin de circulacin de TEG debe estar comprendido entre 2.5 a 5 gal TEG/

LbH2O removida.

Es comn que, en los diseos de deshidratadoras de TEG, se hable de 3 gal TEG/

LbH2O removida; no obstante otras condiciones deben tenerse presente:

A mayor nmero de platos en el absorbedor, menor ser el requerimiento de glicol

para lograr un descenso determinado del punto de roco.

Al aumentar el galonaje por encima de 3 gal TEG/ LbH2O removida es muy baja la

ganancia y el punto de roco tiende a ser constante.

i

ii

x

yK i

i

i

yx

K 1

1i

i

i

yx

K



DATOS INICIALES PARA EL DISEO

Flujo de gas de entrada o alimento: 7 MMPCSD

Presin de Entrada: 480 Psi

Temperatura de Entrada: 91 F

Gravedad especfica del gas a la Entrada: 0.656

Contenido de agua del gas natural a la salida: 5 LbH2O/MMPC

Tabla N 4. Caractersticas del Gas Natural a la Entrada y Salida

de la Torre de Absorcin

LUGAR Campo La Pea ENTRADA A la Torre

SALIDA De la Torre

FECHA 05/12/2007

Norma de Anlisis

PRESION (PSIG) 480 470

TEMPERATURA (F) 91 90

CAUDAL MMPCD 7

GRAVEDAD ESPECIFICA

ASTM D 3588 0.656 0.657

LICUABLES :

GLP BBLS/MMPC ASTM D 3588 31.484 32.115

GASOLINA BBLS/MMPC ASTM D 3588 6.801 7.121

PODER CALORFICO REAL A 60F 1130.374 1136.676

COMPOSICIN DEL GAS NATURAL

N2 %MOL ASTM D 1945 1.122 0.808

CO2 0.159 0.169

C1 87.399 87.472

C2 5.984 6.078

C3 3.207 3.291

IC4 0.372 0.360

NC4 1.015 1.041

IC5 0.232 0.245

NC5 0.264 0.282

C6 0.179 0.203

C7+ 0.067 0.051

TOTAL %MOL 100.000 100.000

PUNTO DE ROCIO : ASTM D 1142

PRESION psi 480 470

HIDROCARBURO: F 91 90

TEMP. AGUA F 44 12

CONTENIDO DE AGUA Lbs/MMPC 82.71 5.1

PUREZA DEL GLYCOL 98.9% 94%

PH DEL GLYCOL 8.0 8.2

TEMPERATURA REGENERADOR F 320

Fuente: Anlisis Cromatogrfico Campo La Pea



Tabla N 4. Composicin de TEG vs g

xH2O %wTEG G

0.020 99.76 0.410

0.050 99.37 0.434

0.100 98.68 0.475

0.150 97.93 0.520

0.201 97.08 0.565

0.301 95.10 0.654

0.400 92.60 0.738

0.500 89.30 0.815

0.601 84.70 0.880

0.701 78.10 0.935

0.801 67.50 0.970



DISEO DE LA COLUMNA DE ABSORCIN

Es una aproximacin rigurosa para el clculo de torres de este tipo

Balance de materia en la Torre de Absorcin.

Total:

Vn+1 + Lo = V1 + Ln [2.1]

Individual:

Vn+1 yn+1 + Lo xo = V1 y1 + Ln xn [2.2]

Balance de materia en una Etapa i de la Torre.

Considerando los flujos aproximadamente constantes en toda la columna, el balance de

materia alrededor de un plato i se tiene:

Individual: Vn+1 yi+1 + Lo xi-1 = Vn+1 yi + Lo xi [2.3]

Suponiendo que Lo y Vn+1 son constantes, se tiene:

Lo (xi xi-1) = Vn+1 (yi+1 yi) [2.4]


Para la etapa i:

i

ii

x

yK i

i

i

yx

K 11

ii

i

yx

K

ETAPA i

Vn+1Yi

LoXi-1

Vn+1Yi+1

LoXi

(Gas seco)

V1 Y1

(Glicol rico)

Ln Xn

(Gas hmedo)

Vn+1 Yn+1

(Glicol pobre)

Lo Xo

1

2

i+1

3

n

n-1

n-2

n



ALGORITMO PARA DETERMINAR EL NUMERO DE ETAPAS

Suponer R

Calcular Lo y xo

Ec. [2.28] y Ec. [2.31]

Calcular y1 , ynEc. [2.40] y Ec. [2.37]

Calcular g1 , gn

Ec. [2.42] y Ec. [2.39]

Calcular K1 y Kn+1Ec. [2.41] y Ec. [2.38]

Calcular K= (K1+Kn+1)/2

Ec. [2.23]

Calcular Ae

Ec. [2.22]

Calcular Ea

Ec. [2.20]

Calcular n

Ec. [2.21]

Calcular nr = n/0.25

Ec. [2.44]

Calcular Ln y xn

Ec. [2.27] y Ec. [2.36]

nr8 etapas FINSiNo

)(1 oxfg

2

1 1 1,

( ) /

24

n nH O rem

V W Wm lb hr

2

2 2 ,

%*

%

H OTEGoH O H O rem

TEG TEG

PL R m

M P

o

OHo

oL

Lx 2

,

o

TEGo

TEGoL

Lx

,

,

remOH

TEG

TEG

oTEGom

MRL

,2*

,

,

n TEG

n TEG

n

Lx

L

2,n H O

n

n

Lx

L

5

1 12.105 10y x W

1

51015.2 nn Wxy

)( nn xfg

1 1 1K yg

nnn yK g1

1

n

o

eVK

LA

1

1

11

1 1

n

n

n

a n

o

y y Ae AeE

y y Ae

11

lnln

1

a

a

E

AeE

Aen



Clculo del Dimetro y Altura de la Columna

Clculo del dimetro.

Donde:

V = Velocidad superficial del gas, m/s [ft/seg]

L = Densidad del lquido descendente kg/m3 [lbm/ft3], flujo de entrada del TEG

g = Densidad del gas kg/m3 [lbm/ft3], del flujo de entrada del gas natural

Ks = Parmetro de diseo para platos de capucha y burbuja, viene dado segn

d = Dimetro de la columna, m [ft]

qa = Flujo volumtrico actual del gas m3/s, [ft3/sec]

m = Flujo msico del gas natural, kg/s [lb/s]

V

qd a

4

a

g

mq

5.0

g

gL

sKV

Tipo Ks

m/s ft/sec

Platos de Capucha y burbuja

0.0555 0.16

Columnas empacadas 0.09 0.105 0.30 0.34 Fuente: Campbell J. M 2003

Clculo del dimetro. El dimetro de la columna se calcula de acuerdo a la siguiente ecuacin:

V

qd a

4

[2.46]

Donde: d = Dimetro de la columna, m [ft] qa = Flujo volumtrico actual del gas m3/s, [ft3/sec]



Clculo del Dimetro y Altura de la Columna

Clculo de la Altura

Para la determinacin de la altura de la columna (H) se considera el espaciamiento de 24

pulgadas entre platos, el nmero de platos reales y una altura extra para el extractor de

niebla en el caso de absorcin con glicoles.

H = HEP*N [2.48]

Donde:

HEP = Altura de espaciamiento entre platos (24 pulg.)

N = Nmero de platos reales

Resultados del Rediseo

Segn las consideraciones de diseo indicados y para 3 gal TEG/lb H2O removida, se tiene:

Dimetro de la Columna: d = 2 pies

Flujo de glicol pobre: Lo = 4.59817 lbmol/h = 639.14 lb/h

Flujo volumtrico de glicol pobre: Q = 68.75 gal/h

Relacin de recirculacin: Ro= 3 galTEG/lb H2O removida

Nmero de etapas tericas: n = 1.17644

Nmero de etapas reales: nr = 4.71 5 etapas

Altura de la Columna: H = HEP*N = 24*5 = 120 pulg =10 pies

5 PROCESO DE DESHIDRATACIN POR EXPANSIN REFRIGERADA

Se sabe desde un inicio que todo gas que sale de reservorio contiene muchas partculas

contaminantes una de ellas es el H2O y otros cidos comunes que existen.

Entrando netamente a este proceso de deshidratacin por expansin refrigerada el cual

consiste en quitar las partculas de H2O y otros lquidos para nada provechosos y que no

tiene valor en el mercado consiste en



La obtencin de lquidos del gas natural se logra mediante la reduccin de la

temperatura del mismo causando que los liquidos mas pesados caigan a la base

Diferentes tecnologas de deshidratacin buscan llevar al gas natural a condiciones

de saturacin para luego reducir la temperatura por expansin refrigerada.

Reduccin de la presin del gas con vlvulas de expansin (isoentlpicos) y turbo

expansores (isoentrpico) y luego separando la fase liquida que se forma debido a

la disminucin de temperatura el agua se condensa.

6 PROCESO DE DESHIDRATACIN POR ADSORCIN.

L a Universidad Industrial de Sander Escuela de Ingeniera de Petrleo Ingeniera de Gas

indica que:

La deshidratacin del gas natural constituye una de etapas fundamentales en el tratamiento

del gas natural constituye una de las etapas fundamentales de tratamiento del gas. La

deshidratacin por desecantes solidos se fundamenta en el principio de adsorcin, en el

cual el vapor de agua presente se adhiere a la superficie de los desecantes, permitiendo

as la remocin del contenido de agua no deseado. La deshidratacin con desecantes o

con lecho solido constituye una alternativa cuando se desea remover el contenido de agua

a una cantidad mnima ya sea el caso para ingresar el gas a una planta criognica o se

desee remover agua y componentes cidos simultneamente.

L a adsorcin implica una forma de adhesin entre la superficie del desecante slido y el

vapor de agua en el gas. El agua forma una capa extremadamente fina que se adhiere a la

superficie del desecante solido por fuerzas de atraccin, pero no hay reaccin qumica.

Los desecantes solidos son usados para deshidratar porque son tpicamente ms efectivos

que el glicol, ya que pueden deshidratar o secar el gas a menos de 0.1 Ppm, sin embargo

con el fin de reducir el tamao de la unidad de deshidratacin con desecante slido, con

frecuencia es usada la unidad de deshidratacin con glicol para remover el agua de la

corriente de gas.

Los costos de compra y operacin de las unidades de desecantes solidos generalmente

son mayores que las unidades de glicol. Por lo tanto su uso es tpicamente limitado a

aplicaciones tales como alto contenido de H2S en el gas, requerimientos de punto de roci

muy bajo, control simultaneo de agua e hidrocarburos y casos especiales.

Tipos de adsorcin



Adsorcin qumica:

Es la unin qumica de las molculas a la superficie de los tomos. La quimisorcion ocurre

cuando un enlace qumico, o intercambio de electrones se forma. El resultado es la fijacin

de la molcula en la superficie a travs de una adsorcin qumica.

Adsorcin fsica:

Es la que ocurre por fuerzas del tipo Van der Waals entre un tomo o molcula y la

superficie. En este caso no existe arreglo electrnico en el sistema y solo las fuerzas de

atraccin electrostticas o atracciones dipolares son puestas en juego, interaccin que

ocurre sin modificacin de la molcula fisisorcion

6.1 CARACTERSTICAS GENERALES DEL PROCESO

Deshidratacin y eliminacin simultanea del H2S del gas natural

7 PROCESO DE DESHIDRATACION CON TAMICES MOLECULARES

Los tamices moleculares son fabricados en dos tipos de cristal, un cubo simple o un cristal

tipo A y un cubo centrado en el cuerpo o cristal tipo X. el tamiz tipo A esta disponible en

sodio calcio y potasio. Los tipos x estn disponibles en sodio y calcio pero los tamices de

sodio son los ms comunes.

7,1 CARACTERISTICAS GENERALES DEL TAMICES MOLECULARES:

Estn diseados para retener adsorbatos (elementos adsorbibles) por fuerzas fsicas ms

que por qumicas; en otras palabras, cuando la molcula adsorbida es posteriormente

liberada por la aplicacin del calor, el cristal queda en el mismo estado qumico que estaba

antes de la adsorcin.

La desorcin de aun en los tamices es un proceso reversible siempre que no ocurra

condensacin de hidrocarburos pesados de punto de burbujeo muy elevado, caso en el

cual el hecho podra perder parcialmente su capacidad para deshidratar.

La superficie externa de los cristales est disponible para la adsorcin de molculas de

todos los tamaos, mientras que la superficie interna es alcanzable solo por aquellas

molculas cuyo tamao sea suficiente pequeo como para pasar por los poros. Para tener

idea de la estructura de cristal, basta decir que el rea externa es solo 1% del rea total.



Los tamices moleculares no solo adsorben molculas basados en tamao y configuracin,

sino tambin en polaridad y grado de saturacin.

En una mezcla de molculas capaces de pasar a travs de los poros la menos voltil, la

ms polar o la ms insaturada sern ms fuertemente adsorbida que las dems.

La fuerza de adsorcin de los tamices moleculares se debe principalmente a los cationes

que forman parte del retculo cristalino. Estos cationes (Na, Ca), actan como puntos de

fuerte carga positiva que atraen electrostticamente de los extremos negativos de las

molculas polares; a mayor momento dipolar de una molcula, ms fuertemente ser

adsorbida. Ejemplo de tales molculas son aquellas que contienen tomos de O2, S, C o

N2. Son asimtricas; en consecuencia, un tamiz molecular adsorber el CO (molcula

dipolar), antes que el argn (molcula no polar), por citar un ejemplo.

Tambin puede ocurrir que estos puntos de fuerte carga positiva induzcan dipolo en otras

molculas, ocurriendo una adsorcin posterior; ms fcil ser adsorbida. As, un tamiz

molecular adsorber etileno, una molcula insaturada de un hidrocarburo saturado.

Por estas propiedades, los tamices son utilizados para eliminar contaminantes indeseables

en determinadas sustancias. El proceso en el cual se emplean con mayor frecuencia es en

la deshidratacin del gas natural, no obstante, dentro del mismo recipiente se acostumbra

a colocar camadas para retener el mercurio o el sulfuro de hidrogeno.

En los tamices moleculares la cantidad del compuesto adsorbido aumenta rpidamente a

un valor de saturacin a medida que se incrementa la concentracin de compuesto en la

fase externa del tamiz. Cualquier incremento adicional con la concentracin a la

temperatura constante no ocasiona aumento en el monto adsorbido; ese equilibrio

normalmente indica que se han llenado completamente los espacios vacos del cristal.

Tipos de tamices y

aplicaciones:



8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PROCESOS DE DESHIDRATACION

VENTAJAS DESVENTAJAS

Los procesos de deshidratacin del gas

natural nos dan unas series de ventajas

pues al extraer el vapor de agua (hidratos)

del gas, impiden el taponamiento de

vlvulas, taponamiento de equipos y

taponamiento de lneas de gas.

Impiden la formacin de hidratos

Los principales mtodos de deshidratacin

de gas natural se los realiza mediante la

adsorcin con desecantes slidos y

mediante la absorcin con desecantes

lquidos como el glicol. Ambos procesos de

deshidratacin nos permiten contar con un

gas natural de alta calidad y lista para

procesos posteriores a los que pudiera ser

sometido, como para su transporte a reas

de tratamiento y consumo.

De no ser deshidratado el gas natural

extrado este puede incrementar la

corrosividad del gas natural especialmente

cuando el gas tiene H2S y CO2

Se necesita gran inversin econmica en

quipos.

Formacin de cidos: el vapor de agua con

H2S y CO2, conforman compuestos cidos

que corroen las tuberas y restos de los

componentes metlicos del sistema

Peligro de explosin; si un bache de agua

que se haya formado en la tubera entra en

una caldera, habr una explosin. La

magnitud depende de la cantidad de lquido

que llegue y de la temperatura que se

encuentre. El agua, al evaporarse aumenta

1,700 veces su volumen

Obstruccin de la tubera: al taponear las

tuberas, el servicio se interrumpe.

CONCLUSION:

Concluimos que los mtodos ms utilizados en la industria de la deshidratacin de gas

natural son: deshidratacin por absorcin con glicol y por absorcin con desecantes slidos,

aunque la deshidratacin por solido desecante es ms costosa, es una alternativa cuando

se desea remover a un mnimo el contenido de agua en el gas



BIBLIOGRAFA:

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Fernando J, Domnguez J, Perugachi S, (2012). Mtodos De Deshidratacin Del

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Politcnica Del Litoral Facultad De Ingeniera Y Ciencias De La Tierra.

Gayon J, (2008). Anlisis De Seleccin De Tecnologa Para La Deshidratacin Del

Gas Natural Proveniente Del Distrito Anaco. UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR

(Decanato De Estudios De Posgrado, Especializacin En Ingeniera Del Gas

Natural)

Gas Purification Fifth edition Arthur Kohl, Richard Nielsen

Gas conditioning and Processing Volume 1: The Basic Principles John Campbell

Guzmn C. (2000). Criterios para el Diseo Conceptual de Procesos de

Deshidratacin/desalacin Electrosttica.

Martnez, J. (1998). Principios y aplicaciones en la Ingeniera del Gas Natural.

Salager J.L. (2001) Revista Tcnica Intevep.

ANEXOS:

Absorcin: significa que el vapor de agua es extrado por un agente tal como el glicol y esto

requiere de una reaccin de los componentes

Adsorcin: significa que el vapor de agua es recogido de forma condensada en la superficie

y quiere reaccin qumica.

Procesos de Deshidratación Del Gas Natural

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