FACULTAD DE CIENCIAS INTEGRADAS VILLA MONTES
PROCESO DEL GAS NATURAL II CARRERA: INGENIERIA DE PETROLEO Y GAS NATURAL DOCENTE: ING. HUDOY CESPEDES INTEGRANTES:
-LUIS FELIPE PADILLA MENDIETA -JORGE LUIS LAZCANO RIOS -YEUDY ESTRADA PANIQUE -RIGOBERTO CONDORI POCA
DISEÑO DE UNA TORRE CONTACTORA INTRODUCCION.La deshidratación con Glicol es el proceso más común utilizado par cumplir con las especificaciones de gas de venta en tuberías, y las especificaciones de campo (levantamiento neumático [gas lift], combustible, etc.). Trietilén Glicol (TEG) es el glicol mas común usado en los sistemas de absorción. El Capítulo 18, de “Gas Conditioning and Processing [1] presenta el el diagrama de flujo de proceso, mas lo básico de los sistemas de glicol. Un parámetro clave en el dimensionamiento de la unidad TEG de glicol es la temperatura de punto de rocío del gas saliente del la torre contactora. Una vez especificadas la temperatura de punto de rocío del gas seco, mas la presión del contactor, se pueden aplicar las cartas de contenido de agua similares a la Figura 1 en la referencia [2] para determinar en contenido de agua del gas pobre seco. La concentración del Glicol pobre se relaciona de manera termodinámica al contenido de agua del gas seco , lo cual impacta los costos operacionales (OPEX), mas los de capital (CAPEX). Un menor contenido de agua en el gas seco requiere una mayor concentración del TEG. Este parámetro fija la concentración del TEG pobre intoducido al tope del contactor, y el número de platos (o altura de empaque) en la torre contactora. JUSTIFICACION.El diseño de este equipo tiene como finalidad conseguir una operación estable y debe ejecutarse por las siguientes razones: a) El gas se combina con agua libre, o liquida para formar hidratos sólidos, que pueden taponar las válvulas conexiones o tuberías. b) El agua puede condensarse en las tuberías ocasionando bolsones de liquido, causando erosiones y corrosión. c) El agua presente en el gas natural puede combinarse con el CO 2 y el H2S que pudieran estar presentes, tornando corrosivo al gas. d) El vapor de agua aumenta el volumen de gas a ser transportado e) El vapor de agua disminuye el poder calorífico del gas. f) Las operaciones de las plantas criogénicas o absorción refrigerada pueden verse entorpecidas por los congelamientos.
OBJETIVOS.OBJETIVO GENERAL.Realizar el diseño de la torre contactora utilizando Trietilen Glicol (TEG) para la deshidratación del gas natural. OBJETIVOS ESPECIFICO.
Especificar el tipo de columna en función de las características de la operación de separación deseada y de los componentes a separar, corrosión suciedad, formación de burbujas Determinar la eficiencia de la columna, el número de platos reales y la altura d equivalente de un piso teórico Identificar los tipos de contaminantes más comunes presentes en el gas natural Realizar el balance de materia y energía en la torre de absorción de amina Cumplir con las condiciones de venta del gas natural (7 lb/MMPC).
DESCRIPCION TECNICA Y METODOS.-
DISEÑO PRELIMINAR DEL EQUIPO: En general para diseñar o elegir un absorbedor se deben tener en cuenta los siguientes factores: 1. La velocidad, composición, temperatura, y presión del gas entrante a la columna. 2. El grado de recuperación requerido para los solutos. 3. La elección del disolvente. 4. La presión y temperatura de operación de la columna 5. La velocidad mínima del disolvente y la real 6. El número de etapas de equilibrio 7. Los efectos del calor y las necesidades de enfriamiento 8. El tipo de absorbedor 9. La altura del absorbedor 10. El diámetro del absorbedor Un factor que influye en gran medida en el diseño de la torre contactora es el disolvente. Los disolventes empleados en mayor extensión son: agua, aceites hidrocarbonados y soluciones acuosas ácidas o básicas. La elección del disolvente implica que éste debe ser lo más compatible posible con el soluto y que las pérdidas de disolvente sean mínimas a fin de conseguir un proceso lo más económico posible. Los factores críticos en el diseño de las columnas de platos necesarios para la operación, además de la determinación del número de etapas teóricas, son:
1) DIAMETRO DE LA COLUMNA. De modo que se evite la inundación (flooding) o la suspensión (entraintment) del líquido en el vapor. 2) La EFICIENCIA de operación de los platos, lo que nos indica cuanto nos acercamos a la operación de equilibrio. 3) La PÉRDIDA DE PRESIÓN a lo largo de cada plato. Otros factores de importancia son, la apropiada dimensión y forma de los platos (tipo de plato, separación de contactores, distancia,), el flujo de líquido en los platos y vertederos, y la estabilidad de la columna. En la figura 3 podemos ver las formas típicas de los tres tipos de platos en operación. Generalmente las columnas de platos son de flujo cruzado (cross flow). Si tenemos platos de orificios y estos son tan grandes que permiten la caída del líquido sin necesidad de vertederos (downcomer), tenemos una columna de platos con flujo a contracorriente (counterflow plate contactor). CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA TORRE CONTACTORA Para el cálculo del Diámetro de la torre contactora se necesita obtener las siguientes variables: Caudal de gas a condiciones de operación. Velocidad del gas dentro de la torre. Diámetro teórico de la torre. Diámetro real. Verificación con diámetro mediante catálogos. Los parámetros necesarios son: Caudal del gas a C.O.: MMpcdn Temperatura de operación: ºFºR Presión de operación: lpcmlpca Peso molecular del gas Factor de comprensibilidad Densidad de la amina a condiciones de operación Caudal de gas en condiciones de operación:
Densidad del gas a condiciones de operación:
Velocidad del gas del absorbedor:
Área para el gas en el absorbedor
Área total
Diámetro interno del absobedor
Eficiencia de los platos Una vez calculado el número teórico de etapas necesarias para realizar una separa-ción hay que conocer la relación entre el número ideal y el valor real del equipo. La transformación del número de etapas ideales en el número real se realiza utilizando el concepto de EFICIENCIAS de los platos. Tipos de eficiencias (1) EFICIENCIA GLOBAL DE COLUMNA O EFICIENCIA GLOBAL DE LOS PLATOS. Se define como el número de etapas teóricas dividido por el número real de platos en una columna. (2) EFICIENCIA DE PLATO (MURFHREE EFF) es la relación entre el cambio teórico del equilibrio y en cambio real medio del plato (3) EFICIENCIA PUNTUAL O LOCAL Relación entre cambio teórico de equilibrio teórico y real en un punto del plato.
Factores que influyen en la eficiencia de la torre contactora Los factores que influyen son: • Velocidad del vapor • Altura del líquido sobre la abertura del vapor • Espaciado de platos • Longitud de paso del líquido • Resistencia del líquido a la transferencia de masa en la interfase.
Eficacia de los pisos Evidentemente, cuanto mayor sea el número de pisos mayor será la capacidad de separación de la columna. Un piso en el que se alcanza el equilibrio entre el líquido y el vapor se denomina piso teórico. En la realidad nunca se da este caso, pues el número de pisos reales para conseguir una separación es siempre mayor que el número de pisos teóricos. Se define una eficacia de piso que indica el grado de aproximación al equilibrio:
Se define la altura equivalente de un piso teórico (AEPT) que indica la altura de relleno necesaria para conseguir a misma separación que un piso teórico:
Cálculo numérico del número de platos teóricos Existen muchos métodos de cálculo numéricos. El más sencillo es el método de Fenske, en el que se opera con los datos de la columna también a reflujo total. El número de platos se puede calcular mediante la ecuación:
Donde “x” e “y” son las fracciones molares del liquido y el vapor, los subíndices “1” y “2” se corresponden respectivamente con el componente más volátil y el menos volátil; “D” y “R” se corresponden con la muestra del destilado (cabeza de columna) y residuo (cola de columna) y “α” es la volatilidad media, que viene dada por:
(α12)D y (α21)R es la volatilidad relativa del componente 1 respecto del componente 2 en destilado y residuo, y se calcula mediante la expresión:
4.6.1.5. Perdidas de presión en la columna de platos Conforme pasan los gases a través de una columna de platos la presión de los gases disminuye por las siguientes causas: 1) Pérdida de presión a través de los contactores de los platos a) Contracción del gas al pasar por los orificios
b) Fricción del gas en los orificios c) Fricción debida a los cambios de dirección d) Paso del gas por los slots en los platos de tapa circular 2) Pérdida de presión debida a la altura de líquido sobre las aberturas del gas. Para calcular la pérdida de carga se asume un plato con condiciones de intercambio medias. Los cálculos de pérdida de carga en platos de tapa circular, orificio o válvula son similares, solo hay que considerar el cambio de disposición geométrica. Como regla general, para diseñar correctamente un plato de tapa circular o de válvula se parte de que la pérdida de presión total por plato será dos veces la perdida de presión equivalente a la altura media de líquido sobre la cabeza de la tapa circular o válvula. Para platos de orificios esta altura será la altura total de líquido sobre el plato. Los valores razonables de pérdida de presión por plato depende de la presión de operación de la columna de acuerdo a:
La pérdida de presión total a lo largo de la bandeja ΔP T es función de la altura de líquido representada por hT en ft. Según la fórmula:
Donde: ΔPT =Perdida de presión en psi
ρL= Densidad del líquido en lb/ft3 g = Aceleración de la gravedad
gc= factor de conversión
DIAGRAMA DE FLUJO
Diagrama de flujo típico - unidad de deshidratación de glicol
ANÁLISIS DE RESULTADOS. Todos los resultados obtenidos de acuerdo a la aplicación de las formulas aquí presentadas son óptimas ya que estas fueron aplicadas en varios diseños de torres contactoras. CALCULOS REALIZADOS MEDIANTE FORMULAS Y TABLAS: Datos: P=1000 Psig + 14.7 = 1014.7Psia T=90ºF + 460ºR = 550ºR δgas = 0.66
1; Calculo de agua en el gas de entrada l procesome diante el método MCKETTEWEBE W=45(Lb/MMPC) 2; Agua a ser removida WRemivida=We-Ws(Lb/MMPC) WRemovida=45-7(Lb/MMPC) WRemovida=38(Lb/MMPC) 3; Cálculo del peso molecular del gas GE=0.66 PMgas=Ge*PMgas PMgas=0.66*28.97 PMgas=19.12 Lb/(Lbmol) 4; Cálculo del factor de compresibilidad Ge=0.66 Tsc=374ºR Psc=670Psia Pr=1014.7/670=1,5144 Tr=550/374=1,47
5; Temperatura de formación de hidratos T=1,57206*(P(0,8606-0,0474LnP)) T=1,57206(1014,7(0,8606-0,0474Ln1014,7)) T=62,7ºF 6; Determinando el punto de rocio
Z=0,85 (Por tabla)
P=1014,7
7Lb/MMPC
PRocio=32ºF 7; Concentración aproximada de Glicol según la GPSA (32ºF y 90ºF) Concentración aproximada= 98,5% Peso 8; Determinación de la eficiencia Ef=We-Ws/We=45-7/45 => Ef=0,844 9; Rata de circulación del TEG Concentración=98,5 Ef=0,844
1,7(Gal TEG/Lb.mol.H2O)
Nº de platos reales=8 10; Determinación de la densidad del gas ρgas= PMgas/ZRT=1410,7*19,12/0,85(10,73*550) Entonces la denidad del gas ρgas=3,867Lb/PC 11; Cálculo de la densidad del TEG Fig. 20-32 = 1,1013*62,4Lb/PC ρteg=69,45Lb/PC 12; Calcilo de la velocidad del gas Vel. Gas=K
√ ρ TEG−ρ GasCo
Vel. Gas=0,161
ρGas Co
√ 69,45−3,867 3,867
Vel. Gas=0,669 Pie/seg.
QgasCo=
Po∗Q∗Q Entr∗T∗Z 14,7∗220000000∗550∗0,85 = Zo∗Tstd∗P∗86400 1∗520∗1014,7∗86400
QgasCo=35,163PC/seg 13; Cálculo de área A=Qg./Vg.=>33,163/0,663=50,02Pie2 14; Calculo del diámetro
Di=
√
4∗A Π
=
√
4∗50,02 Π
= 7,98Pies
Di= 95,76Pulg 15; Cálculo de la altura de los platos H1=0,15*95,76=14,364Pulg H2=Extractor de niebla=6Pulg std H3=0,5*95,76Pulg= 47,88Pulg H4=47,88-24=28,88Pulg H5=(NºPlatos Reales-1)*Esp.=(8-1)*24=168Pulg H6=12Pulg std H7=Esp.-H6= 24-12=12Pulg H8=Tiemp. Retencion Entre HLL y HLA=2min. std Vol. De Liq.=Tiemp*Q.TEG Q.TEG=38Lb/MMPC*220MMPC/dia=87360*1,7=14212Gal/Dia*1/60*24 Q.TEG=9,86Gal/mai*1PC/7,4805Gal=1,3180PC/Min Vliq=2min*1,3180PC/min=2,63PC H liq=Vol/A=2,63/50,02=0,052Pies = 0,63Pulg Altura del Hg=1Pulg
Altura del Hg=5Pulg std minimo H10=H8=1Pulg H11=6Pulg std minimo HT=H1+H2+……………+H11=297,1Pulg HT=24,75Pie=25Pies CALCULOS REALIZADOS MEDIANTE EL PROGRAMA ASPEN HYSIS:
COMP H2O2 N2 CO2 C1 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 C6 C7 C8 C9
% MOLAR 0,1579 0,4008 0,3267 76,1284 12,9022 6,1677 0,9208 1,6937 0,4975 0,4115 0,2920 0,0849 0,0151 0,0006 100,000
PM 18,0151 28,9625 44,01 16,043 30,07 44,097 58,123 58,123 72,15 72,15 86,177 100,204 114,231 128,258
%MOLAR*PM/100 0,02845 0,11607 0,14377 12,21329 3,87969 2,71979 0,53522 0,98444 0,35896 0,29693 0,25167 0,08504 0,01722 0,00077 21,6029
BIBLIOGRAFIA.INSTITUTO DEL PETROLEO MÉXICO
http://www.kockenenergia.com/pdfs/Folleto%20Deshidratador %20TEG.pdf http://kockenenergy.com/es/products-services/dehydration/index.html http://www.slideshare.net/ormelquev/deshidratacin-del-gas-naturalsistema-gasagua INGENIERÍA DE GAS, PRINCIPIOS Y APLICACIONES.ICONSA
