MODULO III
PROCESOS DEL GAS NATURAL Docente: Ing. Ronny Estremadoiro Arteaga Gerente de Procesos IPE Bolivia S.R.L
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25 de Marzo de 2013
MODULO III
PROCESOS DEL GAS NATURAL TEMA: Proceso del Gas Natural, Componentes, Plantas de Procesos de Gas, Sistemas de Procesos, Tipos de Procesos de Separación
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R. ESTREMADOIRO
22 de Octubre de 2012
DEFINICIONES GENERALES
• Absorción: Proceso químico que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución. En la siguiente figura se muestra la diferencia entre absorción y adsorción.
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• Aguas, Corriente Arriba/Corriente Abajo: Término usado para indicar que una variable del proceso (por ejemplo, la presión y temperatura), un equipo o instrumento, está ubicado antes o después de otro equipo o instrumento en el sentido del flujo.
• Balance de Materia (Masa) y Energía: Documento donde se indican las características y propiedades principales de las corrientes del proceso, con sus condiciones de operación normales. • Contactora (Absorvedora): Recipiente presurizado, generalmente de orientación vertical, en donde el gas y el glicol entran en contacto para que este último absorba el vapor de agua contenida en el gas. • Deshidratación: Proceso para la remoción del agua en el gas, crudo y sus derivados. • Diagrama de Flujo de Procesos: Representación esquemática de la secuencia, las etapas, los equipos y las corrientes principales del proceso. También tiene información básica sobre la filosofía de operación y control (principales lazos de control) y las principales características del diseño, especificaciones de los equipos requeridos en el proceso y sus condiciones de 4 operación. R. ESTREMADOIRO
• Diagrama de Tubería e Instrumentación (P&ID): Diagrama que describe la secuencia del proceso, su automatización y control, indicando todos los equipos, las líneas, la instrumentación, las lógicas de control y accesorios que la conforman. • Gas Ácido: Gas que contiene cantidades por encima de la especificación de uso y/o regulaciones ambientales para el dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S) y/o mercaptanos (RSH). • Gas Dulce: Gas que contiene cantidades por debajo del límite establecido en las especificaciones de uso y/o regulaciones ambientales para el dióxido de carbono (CO2), sulfuro de hidrógeno (H2S) y/o mercaptanos (RSH). También es el gas que se obtiene como producto de la Unidad de Endulzamiento. • Gas Húmedo: Un gas que contiene agua o no ha sido deshidratado. Término que equivale a un gas rico, es decir con cierta cantidad de hidrocarburos pesados y recuperables. • Gas Seco: Gas que no contiene compuestos pesados ni agua que puedan condensar bajo las condiciones de operación del proceso. • GPM (gals/M pcn): Riqueza del gas medida por el número de galones de líquido que se pueden extraer por cada mil pies cúbicos del fluido en condiciones estándar (14,7 lpca y 60° F). Término que expresa la cantidad de componentes condensables del gas natural que se obtienen en las plantas. 5
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• •
•
• •
•
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Planta criogénica: Procesadora de gas capaz de elaborar productos líquidos del gas natural (incluyendo etano), a muy bajas temperaturas de operación, normalmente debajo de 50° F. Planta de gasolina: conjunto de equipos formados por separadores, compresores, intercambiadores de calor, expansores y torres de fraccionamiento, que se diseñan de modo específico para separar el gas en sus diversos componentes, tales como el metano, etano, propano, isobutano y butano normal, dejando la gasolina natural como producto más pesado. Planta de procesamiento de gas natural: término que identifica a las instalaciones de gas o plantas de gasolina natural, en las cuales se separan los diversos componentes de la corriente de hidrocarburos para satisfacer las exigencias comerciales. Aquella cuyo objetivo es recuperar líquidos del gas natural (LGN). Generalmente, funciona con procesos de baja temperatura. Punto (Temperatura) de Rocío (Dew Point): Temperatura a la cual un gas, consistente de dos o más componentes, genera la primera gota de líquido; es decir, el comienzo del cambio de fase. Punto de Rocío de Hidrocarburo: Temperatura a una presión definida, o la presión a una temperatura definida, a la cual el gas está saturado con hidrocarburos pesados. La disminución de la temperatura o el aumento de la presión originan la condensación de hidrocarburos. Punto de Rocío del Agua: Temperatura a una presión definida, o la presión a una temperatura definida, a la cual el gas está saturado con agua. La disminución de la temperatura o el aumento de la presión originan la formación de agua libre. En el proceso de deshidratación del gas es común el uso del punto de rocío del agua para establecer el contenido de vapor de agua en el gas y acompañado con la presión a la cual es
determinado.
R. ESTREMADOIRO
COMPONENTES DEL GAS El componente predominante del gas natural es el metano con cantidades más pequeñas de otros hidrocarburos. La siguiente tabla brinda ejemplos de algunos pocos componentes comunes del gas natural, su fase y su uso luego del Tratamiento. • Hidrocarburos • No Hidrocarburos
El Gas Natural proveniente de una producción asociada con Petróleo como el producido por pozos gasíferos, no debe ser utilizado como combustible sin previamente extraerle los hidrocarburos pesados (líquidos), debido a que el gas se encuentra saturado en agua y contiene además otros hidrocarburos líquidos que lo convierten en un flujo bifásico con la posterior interferencia tanto en el 7 R. ESTREMADOIRO transporte como en su utilización.
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE GAS Planta
Abrev.
Separación Primaria
Estabilización
Desh. TEG
Planta Amina
Desh. Crib. Mol.
Criogénica
Dew Point
Compresión
Carrasco
CRC
SI
SI
SI
SI
SI
SI
NO
SI
Kanata
KNT
SI
SI
SI
NO
SI
SI
NO
SI
Vuelta Grande
VGR
SI
SI
SI
NO
SI
SI
NO
SI
Santa Rosa
SRS
SI
NO
NO
SI
NO
NO
SI
SI
Percheles
PCH
SI
SI
NO
NO
NO
NO
SI
SI
San Roque
SNQ
SI
NO
NO
NO
NO
NO
SI
SI
La Vertiente
LVT
SI
SI
NO
NO
NO
SI
SI
SI
San Alberto
SAL
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
SI
San Antonio
SAN
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
SI
Margarita
MGR
SI
SI
NO
NO
NO
NO
SI
SI
Tacobo
TCB
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
SI
Paloma
PLM
SI
NO
SI
NO
SI
SI
SI
SI
Río Grande
RGD
NO
NO
LEAN OIL
NO
NO
NO
SI
SI
8 Yapacaní
R. ESTREMADOIRO YPC
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
SI
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE GAS (Cont.)
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PROCESO
DESCRIPCIÓN
Separación Primaria
Separa las partículas mayores de condensado de la corriente de gas.
Estabilización de Condensado
Ajusta el TVR del Condensado a 12 Psia @ 100°F.
Endulzamiento de Gas Ácido
Elimina el Contenido de CO2 y H2S para su Transporte.
Deshidratación por TEG
Ajusta la Humedad del Gas.
Desh. Por Tamiz Molecular
Elimina la Humedad del Gas.
Criogénica
Ajusta el punto de Rocío del HCB.
Dew Point
Ajuste del Punto de Rocío del HCB y del Agua.
Compresión
Incrementa la presión para su Transporte. R. ESTREMADOIRO
ESPECIFICACIONES DEL GAS DE SALIDA
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PARAMETROS
UNIDAD
ARGENTINA EnarsaYPFB
YPFBT MERCADO INTERNO
PODER CALORIFICO
BTU/PC
Min. 1000
Min. 970
NITROGENO
% MOLAR
Max. 2.0
Max. 2.0
DIOXIDO DE CARBONO
% MOLAR
Max. 2.0
Max. 2.0
GASES INERTES
% MOLAR
Max. 3.5
Max. 3.5
CONTENIDO DE HUMEDAD
mgr/m3
Max. 65
Max. 95
CONTENIDO DE H2S
mgr/m3
Max. 5
Max. 5
CONTENIDO DE O2
% MOLAR
Max. 0.2
Max. 0.2
CONTENIDO DE Hg
mgr/m3
Max. 0.9
Max. 0.6
PUNTO DE ROCIO HC
°F/°C
Max. 7.2 °C @ 45 Kgf/cm2
Max. 32°F @ 640 Psia. Max. 0°C R. @ESTREMADOIRO 45 Kgf/cm2
COMPARACIÓN PLANTA CRIOGÉNICA Vs. DEW POINT AGUA
PLANTA MARGARITA
GAS RICO
CF
GAS DULCE GAS HUMEDO
PLANTA VUELTA GRANDE
DP
SP AGUA
GAS RICO
SP
GAS DULCE GAS HUMEDO
CRUDO
AGUA
CRUDO
G
GASOLINA NATURAL
TEG
TM
AGUA
AGUA
CRI
GLP
CF
GASOLINA NATURAL
G
LEYENDA
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SP
SEPARACION PRIMARIA
TEG
DESHIDRATACION POR TEG
TM
DESHIDRATACION POR TAMIZ MOLECULAR
DP
DEW POINT
CRI
CRIOGENICA
CF
COMPRESION FINAL
G
GASODUCTO
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PLANTAS DE DEW POINT EN BOLIVIA
YPFB CHACO S.A: • Santa Rosa • Percheles • San Roque
PETROBRAS S.A: • San Alberto • San Antonio
PLUSPETROL BOLIVIA S.A: • Tacobo • Tajibo • Río Seco
YPFB ANDINA S.A: • Río Grande • Sirari • Víbora • Yapacaní
BG Bolivia: • La Vertiente
REPSOL YPF: • Margarita
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PLANTAS CRIOGÉNICAS EN BOLIVIA
YPFB CHACO S.A: • Carrasco • Vuelta Grande Repsol YPF: • Paloma A
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DIAGRAMA TÍPICO DE PROCESO DEL GAS
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REFRIGERACIÓN CON J-T Ciclo de refrigeración
Gas rico
Pre enfriador
1000 psig 90 oF
Chiller
Válvula J-T 435-580 psig -40 - 0 oF
Gas pobre Separador Frío 1000 psig
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Columna deetanizadora
300 psig
C3+
REFRIGERACIÓN CON TURBOEXPANSIÓN Ciclo de refrigeración Hot gas HX Gas rico 1000 psig 90
Chiller
oF
Cold gas HX Turbo expansor
225 psig -160 oF -90 oF
Columna Demetanizadora
Compresor de turbo expansión
Separador Frío Gas pobre 1000 psig 16
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Compresor de turbina
C2+
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DESHIDRATACIÓN CON TEG
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CONDICIONES TÍPICAS:
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Descripción
Temperatura °F (°C) Presión psia (bar)
Gas de entrada Glicol al absorbedor Succión Bomba TEG Separador trifasico Rehervidor Tope Regenerador
60-100 (15,5-37,8)
300+ (21+)
70-110 (21 – 43,3)
300+ (21+)
170-200 (76,7 – 93,3)
Atmosférica
120-180 (48,9 – 82,2)
35-45 (2,4 – 3,1)
R. ESTREMADOIRO
375-400 (190,5 – 204,5) 17 máx. (1,2 máx.) 213 máx. (100 máx.)
Atmosférico
DESHIDRATACION CON GLICOL VENTAJAS:
SIMPLE PROBADA BAJO CAPEX BAJO OPEX CUMPLE ESPEC. TRANSPORTE
DESVENTAJAS: LIMITADO A Dew Point > -40 oF (-40 oC)
CONTAMINACION DE SOLVENTE / PERDIDAS ABSORCION DE AROMATICOS Y H2S VENTEO A INCINERACION
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R. ESTREMADOIRO
LOS GLICOLES
Peso Molecular T ebullición atm (°F/°C) P vapor 77 °F/ 25°C, mmHg SG @ 77 °F (25 °C) SG @ 140 °F (60 °C) Freezing Point (°F / °C) Visc @ 77 °F (25 °C), cP Visc @ 140 °F (60 °C), cP Cp @ 77 °F (25 °C),btu/lb°F T descomposición (°F/°C)
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R. ESTREMADOIRO
EG C2H6O2 62,1 387 / 193 0,12 1,110 1,085 8 / -13 16,5 4,7 0,58 329 / 165
DEG C4H10O3 106,1 476 / 245 < 0,01 1,113 1,088 17 / -8 28,2 7,0 0,55 328 / 164
TEG C8H18O5 150,2 545 / 286 < 0,01 1,119 1,092 19 / -7 37,3 8,8 0,53 404 / 206
Metanol CH3OH 32,04 148 / 64,5 120 0,790 -144 / -98 0,52 0,60
DESHIDRATACIÓN CON TAMICES
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R. ESTREMADOIRO
TAMICES MOLECULARES: CONDICIONES TÍPICAS
Descripción Gas de entrada Gas de regeneración
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Temperatura °F (°C)
Presión psia (bar)
125 máx. (51,7)
Sin limite
450-600 (232-315,5)
Igual a gas deshi.
Duración ciclo absorción
8-24 horas
Duración ciclo calentamiento Caída de presión lecho
½ ciclo de absorción 8 psi máx. (0,55 bar)
R. ESTREMADOIRO
TAMICES MOLECULARES: CONDICIONES TÍPICAS (Cont.) VENTAJAS:
DEW POINT < -148 oF (-100 oC) NO ABSORBEN AROMATICOS REMUEVE H2O / H2S NO HAY PERDIDAS DE SOLVENTE
CUMPLE ESPEC. TRANSPORTE DESVENTAJAS: ALTO CAPEX / OPEX DESECANTE SENSITIVO A HC REMPLAZO PERIODICO ≈ 5 AÑOS ALTA T regeneración ALTA CARGA regeneración
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TAMICES MOLECULARES: CONDICIONES TÍPICAS (Cont.) PROPIEDADES DE AGENTES DESECANTES
Desecante
Alumina Gel
Esférica
Densidad (lb/pie3) 52
Alumina activada
Granular
52
¼”-8 Mesh
0,1
Alumina activada
Esférica
47-48
¼”-8 Mesh
0,1
Silica Gel
Esférica
50
4-8 Mesh
5-10
Silica Gel
Granular
45
5-10
Esférica
42-45
Cilindro
40-44
3-8 Mesh 4-8 Mesh 8-12 Mesh 1/8”-1/16”
Tamiz molecular Tamiz molecular
Forma
Tamaño de particula ¼”
Contenido agua salida (ppm,p) 5-10
0,1
0,1
FUENTE: M. Martinez. Tratamiento del gas natural
PLANTA DE AMINA
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ABSORCIÓN CON ACEITE POBRE
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO A PLANTAPLANTA PERCHELES-YPFB CHACO S.A
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA PERCHELES-YPFB CHACO S.A
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA ABSORCIÓN-RÍO GRANDE YPFB ANDINA S.A
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DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA DE ABSORCIÓN-RÍO GRANDE-YPFB ANDINA S.A
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA E lem ento % TACOBO-PLUSPETROL S.A. N itrógeno 0,0018
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CO2 M etano E tano P ropano i-butano n-butano i-pentano n-pentano n-hexano n-heptano n-octano n-nonano n-decano N B P [0]68* N B P [0]83* N B P [0]97* N B P [0]111* N B P [0]126* N B P [0]141* N B P [0]155* N B P [0]170* N B P [0]185* N B P [0]199* N B P [0]214* N B P [0]228* N B P [0]243* N B P [0]258* N B P [0]273* N B P [0]286* N B P [0]300* N B P [0]316* A gua
0,0477 0,9164 0,0199 0,0064 0,0008 0,0014 0,0006 0,0005 0,0006 0,0012 0,0001 0,0000 0,0000 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0018
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DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA TACOBOPLUSPETROL BOLIVIA S.A
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA SAN ALBERTO- PETROBRAS S.A
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA SÁN ALBERTO-PETROBRAS S.A
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DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS (Cont.)- PLANTA SAN ALBERTO-PETROBRAS S.A
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- PLANTA LA VERTIENTE-BG BOLIVIA
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA LA VERTIENTE-BG BOLIVIA
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE INGRESO- VUELTA GRANDE/CARRASCO/SANTA ROSA-YPFB CHACO S.A
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DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA CARRASCO-YPFB CHACO S.A
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA VUELTA GRANDE-YPFB CHACO S.A
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA SANTA ROSA-YPFB CHACO S.A
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA KANATAYPFB CHACO S.A
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COMPOSICIÓN DEL GAS DE SALIDA- PLANTA VÍBORAYPFB ANDINA S.A
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R. ESTREMADOIRO
DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESOS- PLANTA VÍBORAYPFB ANDINA S.A
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