FRACCIONAMIENTO FRACCIONAMI ENTO DE LOS LIQUIDOS DEL GAS G AS NA N ATURAL
I. Los
INTRODUCCION
líquidos
recuperados
del
gas
natural
(LGN),
forman
una
mezcla
multi componente la cual se separa en fracciones de compuestos individuales o mezclados, mezclados, mediante una operación operación de fraccionamiento. fraccionamiento. Se le llama destilación al proceso mediante el cual se logra realizar la operación de fraccionamiento. En forma general cuando el gas natural de producción tiene .! " mol de propano, puede ser económico recuperar gases licuados del petróleo (GL#) seg$n el G#S%. &uando el porcenta'e es inferior a dico valor, dee acerse un an*lisis de alternativas minucioso antes de instalar facilidades para recuperación de GL#.
II.
OBJETIVOS
•
+ar a conoce conocerr el proceso proceso de raccio raccionami namiento ento de los Liquidos Liquidos del Gas
•
Natural. +escriir las características de los tipos de fraccionadores.
III. DESARROLLO 1. DES DESCRIP CRIPCION CION DEL DEL PROCESO PROCESO La +estilación es proalemente el m-todo m*s económico para separar una una mezcla mezcla en sus compo compone nent ntes es indiv individu iduale ales. s. La sepa separac ración ión es f*cil f*cil si la
volatilidad relativa de los compuestos clave liviano clave pesado es sustancialmente maor que uno. Los componentes m*s livianos (producto de cima), se separan de los m*s pesados (producto de fondo). +e esta forma, el producto de fondo de una columna es el alimento a la pró/ima columna, la cual puede operar a una presión menor pero a temperatura maor. La altura de la columna, n$mero de platos o altura de empaque, depende de la volatilidad relativa. Entre m*s a'a sea la volatilidad relativa, la altura de la columna ser* maor. En la ig. 0 1 se muestra en forma esquem*tica una torre de fraccionamiento con sus diferentes componentes. El calor se introduce al reervidor para producir los vapores de despo'o. El vapor sue a trav-s de la columna contactando el líquido que desciende. El vapor que sale por la cima de la columna entra al condensador donde se remueve calor por alg$n medio de enfriamiento. El líquido se retorna a la columna como reflu'o para limitar las p-rdidas de componente pesado por la cima. 2nternos tales como platos o empaque promueven el contacto entre el líquido el vapor en la columna. 3n íntimo contacto entre el vapor el líquido se requiere para que la separación sea eficiente. El vapor que entra a una etapa de separación se enfría con lo cual ocurre un poco de condensación de los componentes pesados. La fase líquida se calienta resultando en alguna vaporización de los componentes livianos. +e esta forma, los componentes pesados se van concentrando en la fase líquida asta volverse producto de fondo. La fase de vapor continuamente se enriquece con componente liviano asta volverse producto de cima. El vapor que sale por la cima de la columna puede ser totalmente o parcialmente condensada En un condensador total, todo el vapor que entra sale como líquido, el reflu'o retorna a la columna con la misma composición que el producto de cima destilado.
FIG. 2 - 1 Diagrama Esquemático Del Proceso De Fraccionamiento
2. PRINCIPIOS DE DESTILACION
En la destilación el proceso de separación se asa en la volatilidad relativa de los compuestos a ser separados. La separación ocurre deido a que un componente se calienta asta que pasa a la fase de vapor el otro componente permanece en la fase líquida. &uando la mezcla no es de dos componentes sino multicomponente. La separación se selecciona entre dos componentes denominados claves, por e'emplo etano propano. Se aplica calor asta que todo el etano los compuestos m*s livianos se vaporizan, mientras que a la presión temperatura de operación, el propano los compuestos m*s pesados permanecen en la fase líquida. Entre maor sea la diferencia en volatilidad de los dos compuestos claves seleccionados, m*s f*cil ser* efectuar la separación. #or lo tanto, en el proceso destilación se requiere que aa una diferencia en los puntos de eullición a la presión de operación, que los compuestos sean estales t-rmicamente para que no se descompongan. El componente m*s pesado que se vaporiza se denomina 4componente clave liviano5 el componente m*s liviano que permanece en la fase líquida se denomina 4componente clave pesado5. En la destilación todos los c*lculos se e'ecutan usando etapas teóricas de equilirio. 3na columna de fraccionamiento puede ser considerada como una serie de equilirios flas con dos corrientes de alimento dos de producto, como se muestra en la ig. 010. El vapor entra al flas desde la etapa inferior a alta temperatura la corriente de líquido entra desde la etapa superior a a'a temperatura. En esta etapa ocurre transferencia de calor de masa de forma tal, que las corrientes que salen est-n en el punto de uru'a de líquido en el punto de rocío de vapor, a la misma temperatura presión.
FIG. 2-2 Modelo Básico De Fraccionamiento
El grado de separación o pureza de un producto tiene un impacto directo sore el tama6o de la columna los requerimientos de servicios. %lta pureza requiere m*s platos, m*s reflu'o, maor di*metro o reducida cantidad de producto. 3na medida cuantitativa de la dificultad para una separación es el factor de separación
7ípicamente para la maoría de los prolemas de separación este factor est* en el rango de 899 a 0,999. Sin emargo, para separaciones mu puras este valor puede llegar a 9,999. El n$mero de platos apro/imadamente ser* el logaritmo del factor de separación para un determinado sistema.
2.1
TORRE DE FRACCIONAMIENTO
Las torres de fraccionamiento son cilindros verticales, altos de gran di*metro, que suelen configurar el entorno de una refinería. %unque tal cosa no se descure a simple vista, est*n organizados para sacarle al petróleo los diferentes componentes, desde los m*s livianos asta los m*s pesados. &ada una de las torres se encarga de retirarle una porción a la cadena de idrocaruros. %l comienzo saldr*n los m*s livianos , progresivamente, los pesados: asta de'ar los it$menes pastosos que a no aceptan maores cortes. &on el gas natural ocurre lo mismo, pero en este caso se trata de la separación de los integrantes m*s livianos de la cadena de idrocaruros. El dise6o de una torre comienza con la indagatoria a fondo del fluido que se va a procesar. +el conocimiento la seguridad que se tenga de la composición del gas natural que dee llegar a la planta depender* la filosofía que soporte todas cada una de las decisiones. 3na vez que se conozcan los diversos componentes que integran la muestra se tenga garantizada la producción, se podr* iniciar el an*lisis del proceso. +e allí la importancia que tiene, a los efectos de un dise6o, conocer a caalidad la materia prima que alimentar* la primera torre. Si esa primera parte es dudosa, en el mismo grado se ar* impactado la economía del proceso.
&uando se trata de una columna fraccionadora, la parte liviana se ir* al tope de la torre mientras que la porción pesada quedar* en el fondo (lu'o de ;apor).
2.2
TIPO DE FRACCIONADORES
El n$mero tipo de fraccionador requerido depende del n$mero de productos a ser producidos la composición de la alimentación Los productos típicos son los líquidos
del
gas
natural,
los
cuales
son
los
siguientes
procesos
de
fraccionamiento. • • • •
+emetanizador +eetanizador +epropanizadora +eutanizadora
3. PROPÓSITO DEL FRACCIONAMIENTO &ualquier planta de procesamiento de gas que produce líquidos del gas natural (LGN), requiere de al menos una fraccionadora para producir un líquido que cumpla con las especificaciones para venta. #or lo tanto, el propósito del fraccionamiento es otener de una mezcla de idrocaruros líquidos, ciertas fracciones que como productos deen cumplir especificaciones. #ara separar una corriente líquida de idrocaruros en varias fracciones, se requiere una torre de destilación por fracción. +e otra forma silo que se quiere es estailizar la corriente del idrocaruro condensado recolectado en el separador de entrada a la planta, para recuperar las fracciones de pentano m*s pesadas (&8<), se utiliza una torre estailizadora en la cual se separan las fracciones de pentano m*s pesados, los cuales salen por el fondo las fracciones de utano m*s livianos (&=1), las cuales salen por la cima. Generalmente esta fracción de cima de utano m*s livianos, se consume dentro de la misma planta como gas comustile.
•
Separar el metano de los idrocaruros de dos m*s caronos.
•
Separar el etano de los idrocaruros de tres m*s caronos.
•
Separar el GL# los &8<.
4. CONSIDERACIONES DE DISEÑO Las principales consideraciones de dise6o, se muestran a continuación>
•
PRESIÓN DE OPERACIÓN
%ntes de acer cualquier c*lculo en un prolema de fraccionamiento, se dee determinar la presión de operación de la torre. 3na de las consideraciones primarias, es el medio de enfriamiento disponile para el condensador de reflu'o.
El producto de cima estar* a las condiciones del punto de uru'a, para un producto líquido o del punto de rocío para un producto vapor. La presión para cualquiera de estos puntos, se fi'a por la separación deseada de un componente la temperatura del medio de enfriamiento.
7ípicamente los medios de enfriamiento usados son aire, agua un refrigerante. El enfriamiento con aire normalmente es el menos caro. 3n dise6o pr*ctico limita el proceso a 09? de apro/imación con la temperatura amiente en verano. Esto resulta en una temperatura de proceso entre 8 08? en la maoría de los sitios.
&on agua de enfriamiento se pueden conseguir temperaturas de proceso entre @8 98?. #ara temperaturas por dea'o de @8? se requiere refrigeración mec*nica, la cual es el medio de enfriamiento m*s costoso. Generalmente es
deseale operar a la presión m*s a'a posile para ma/imizar la volatilidad relativa entre los componentes claves de la separación. Sin emargo, en la medida que se reduzca la presión se requiere el camio a un medio de enfriamiento m*s caro, lo cual no es una opción deseale.
En algunos casos el producto de cima de una columna dee ser comprimido, en este caso una presión de operación alta es deseale para reducir la potencia de compresión. Atros puntos que deen ser considerados en la selección de presión son por e'emplo, el eco de que si la presión de operación es mu alta, la temperatura crítica del producto de fondo puede superarse la separación deseada no se alcanza.
•
RELACIÓN DE REFLUJO Y NÚMERO DE ETAPAS
El dise6o de una columna de fraccionamiento es un prolema de alance entre el costo de inversión el costo de energía. Los par*metros primarios son el n$mero de etapas la relación de reflu'o. La relación de reflu'o se puede definir de varias formas: en mucos c*lculos, la relación de reflu'o est* definida como la relación de la rata molar de reflu'o líquido dividida por la rata molar de producto neto de cima. El dut del reervidor es una función directa de la relación de reflu'o, mientras se mantiene en la columna de fraccionamiento un alance total de materia calor para una separación dada. 3na columna de fraccionamiento puede producir solamente una separación deseada entre los límites de reflu'o mínimo el mínimo n$mero de etapas. #ara mínimo reflu'o se requiere un n$mero infinito de etapas. #ara reflu'o total, se requiere un mínimo n$mero de etapas. Ninguna de estas dos situaciones representa la operación real, pero son los e/tremos de la configuración de dise6o posile.
#ara calcular amos casos se an desarrollado m-todos rigurosos: sin emargo, se requiere una solución por computador para e'ecutar c*lculos plato a plato. #ara iniciar un dise6o detallado, se acen estimativos de la relación mínima de reflu'o el mínimo n$mero de platos, usando m-todos simples de an*lisis de componentes inarios claves •
MÍNIMO NÚMERO DE ETAPAS
El n$mero mínimo de etapas puede ser calculado para la maoría de los sistemas multicomponentes por la ecuación de ensBe> Sm C log(S)Dlog(pro)
•
MÍNIMA RELACIÓN DE REFLUJO
El m-todo de 3ndenvood es el m*s usado para calcular la mínima relación de reflu'o. •
NUMERO DE ETAPAS
El n$mero de etapas teóricas requeridas para una separación dada a una relación de reflu'o entre el mínimo el reflu'o total, se puede determinar por relaciones empíricas, la m*s utilizada es la ecuación de Erar Faddo/.
•
EFICIENCIA DE PLATO
Los c*lculos para el dise6o de las columnas se acen usando platos teóricos. En un plato real no se alcanza el equilirio por las limitaciones en tiempo de contacto entre el líquido el vapor. #or lo tanto, en una columna real se
requieren m*s platos de los calculados teóricamente, para otener una separación deseada.
IV. •
CONCLUSIONES
En la destilación el proceso de separación se asa en la volatilidad relativa de los compuestos a ser separados. La separación ocurre deido a que un componente se calienta asta que pasa a la fase de vapor el otro
•
componente permanece en la fase líquida. Las torres de fraccionamiento son cilindros verticales, altos de gran
•
di*metro, que suelen configurar el entorno de una refinería. E/isten cuatro tipos de fraccionadores > +emetanizador, +eetanizador,
•
•
+epropanizadora, +eutanizadora. El propósito de fraccionamiento es> o Separar el metano de los idrocaruros de dos m*s caronos, o Separar el etano de los idrocaruros de tres m*s caronos, Separar el GL# los &8<. o El dut del reervidor es una función directa de la relación de reflu'o, mientras se mantiene en la columna de fraccionamiento un alance total de materia calor para una separación dada.
V.
BIBLIOGRAFIA
VI. ANEXOS Diagrama de Bloque del Proceso delFraccionamiento mas Compleo
