PROCESO DE AJUSTE DE PUNTO DE ROCIO (DEW POINT)
1. IN INTR TROD ODUC UCCI CION ON..El punt punto o de rocí rocío o o tempe temperatu ratura ra de rocí rocío o es la temperatura a la que empieza empieza a con conden densar sarse se el vapor de agua contenido en el aire aire,, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la temperatura sea lo suf sufici icient enteme emente nte baj baja, a, escarcha escarcha.. El pu punt nto o de ro rocí cío o es la temperatura a la que una dete de term rmin inad ada a pa parc rcel ela a de la hu hume meda dad d de dell ai aire re de debe be se serr en enfr fria iado. do. El ag agua ua co cond nden ensa sada da se llama rocío rocío . . El punto de rocío es la temperatura de saturación. El proceso de Acondicionamiento del Punto de rocío del gas, consiste en el enfriamiento del mismo median med iante te re refri friger geraci ación ón mec mecáni ánica ca e in inecc ección ión de !E" #mo #mono$ no$eti etile len n gli glicol col%% par para a pre preven venir ir la formación de hidratos eliminar los componentes más pesados, a que estos pueden condensar durante la fase de transporte. Para el enfriamiento se utiliza un gas refrigerante como etano, propano o amoníaco, dependiendo de la especificación que se pretenda alcanzar de la cantidad de líquidos que se requiere recuperar. El propano es el refrigerante más com&nmente utilizado.
2. TIPO TIPOS S DE PR PROC OCES ESOS OS:: Separación a Baa Te!pera"#ra ($TS): Pr%ce&% 'e Rerieración *ec+nica. Pr%ce&% 'e J%#,e T%!p&%n Pr%ce&% 'e Rec#peración De $N: Pr%ce&% 'e T#r/%-E0pan&ión. Pr%ce&% 'e A/&%rción Pr%ce&% 'e A'&%rción
2.1. Separación a Baa Te!pera"#ra ($TS) Para la reducción del punto de rocío se puede usar dos m'todos( )i ha suficiente presión disponible, se puede usar una refrigeración por e*pansión en un sistema +) #)eparación a baja temperatura%. E l sistema de refrigeración por e*pansión utiliza el efecto -oule hompson para reducir la temperatura mediante e*pansión. Esta reducción de temperatura permite además de la condensación de los hidrocarburos, la condensación de agua, por lo que el proceso puede permitir la remoción de hidrocarburos agua en una misma unidad. El punto de rocío que puede alcanzarse esta limitado tanto por la caída de presión disponible como por la composición del gas. Este proceso es atractivo donde se puede lograr suficiente remoción de líquidos a las condiciones de operación disponibles. A este proceso se le inecta glicol al gas de alta presión para reducir el punto de rocío del agua. El uso de glicol auda a asegurar que no habrá formación de hidratos.
2.1.1. Rerieración "eneralmente no se dispone de suficiente presión para operar un sistema +). na alternativa al proceso de refrigeración por e*pansión es usar un sistema de refrigeración mecánica para remover los compuestos pesado s reducir el punto de rocío. +a presión del gas a trav's del proceso se mantiene constante. El gas es pre$enfriado luego enfriado con el /hille r hasta una temperatura determinada. El líquido se separa en el )eparador de 0aja temperatura. +a temperatura del separador es fijada para proporcionar el punto de rocío deseado. Esta especificación de temperatura debe considerar el gas recombinado que proviene de la estabilización, además de las variaciones de presión del gas de alimentación. )e recomienda tomar previsiones para evitar la formación de hidratos, bien sea por medio de deshidratación o por inección de glicol. Pr%ce&% De Rerieración *ec+nica. /onsiste en enfriar el gas natural hasta temperaturas que permiten la condensación del propano los hidrocarburos más pesados, los cuales se estabilizan luego en una columna rectificadora para despojarlos del me tano etano.
Rerieración !ec+nica.)e entiende por 1refrigeración a todo proceso por el cual se puede obtener mantener dentro de un recinto, teóricamente aislado, a una temperatura inferior a la del medio ambiente circundante. +a obtención mantenimiento de una baja temperatura implica la absorción o e*tracción de calor a sea de un recinto, fluido o producto enfriado. +a refrigeración mecánica utilizada en sistemas de refrigeración o enfriamiento de gas natural, utiliza el principio del ciclo termodinámico de /arnot en el cual se realiza una comprensión del refrigerante vaporizado en el evaporador o chiller donde se alcanzan las bajas temperaturas para que el gas condense los licuables. Posteriormente a esta comprensión, politrópica en esencia, o isotrópica si se considera idealmente reversible, se condensa el refrigerante en un condensador a presión constante, finalmente se e*pande isoentálpicamente a trav's de una válvula de estrangulamiento. +a refrigeración mecánica utilizada en sistemas de refrigeración o enfriamiento de gas natural, utiliza el principio del ciclo termodinámico de /arnot, en el cual se realiza una compresión del refrigerante vaporizado en el evaporador o chiller donde se alcanza las bajas temperaturas para que el gas condense los licuables. Posteriormente a esta compresión politrópica en esencia, o isotrópica si se considera idealmente reversible, se condensa el refrigerante en un condensador a presión constante, finalmente se e*pande isoentálpicamente a trav's de una válvula de estrangulamiento. El dise2o de este sistema de refrigeración consiste en dimensionar la potencia del compresor, el caudal de refrigerante, el área del condensador para las condiciones de temperatura de evaporización condensación especificas del refrigerante con el objetivo de alcanzar una capacidad de enfriamiento del gas natural propiamente dicho. Rerieración. +a refrigeración mecánica es el proceso me di ante el cual se reduce la temperatura de una sustancia por debajo de la que prevalece en su ambiente. +a industria de procesos químicos es uno de los usuarios más importantes de las instalaciones de refrigeración. +os grandes usuarios de la refrigeración en este campo realizan proceso s como la elaboración de hule sint'tico te*tiles, refrigerantes, cloro, plásticos, fluoruro de hidrogeno, intermedios de naftaleno otros. +a refrigeración se emplea para remover el calor de reacciones químicas, licuar gases de proceso, separar gases por destilación condensación, tambi'n purificar productos mediante la congelación de separación selectiva de un componente de una mezcla líquida. +a refrigeración se emplea tambi'n en forma amplia en el acondicionamiento de aire de zonas de plantas industriales aplicaciones asociadas con procesos el aprovechamiento t'rmico ambiental. El t'rmino refrigeración implica e l mantenimiento de una temperatura menor a la de los alrededores. /omo la temperatura debe mantenerse baja, es necesario absorber continuamente calor a un nivel bajo, lo cual requiere un proceso de flujo continuo. na forma de absorber calor a baja temperatura es por medio de la evaporación de un líquido cuas propiedades sean tales que a la presión de evaporación, la temperatura de ebullición sea baja. Para la operación continua, el fluido evaporad o debe regresarse a su estado líquido original para así pueda absorber nuevamente calor a un bajo nivel de temperatura. +a serie completa de etapas por las cuales pasa el fluido constitue e l ciclo de refrigeración. +os sistemas de refrigeración son comunes en las industrias procesadoras de gas natural en los procesos relacionados con la refinación del petróleo, industrias químicas petroquímicas.
Algunas aplicaciones de la refrigeración incluen el recobro de los líquidos del gas natural #+"3%, recobro de los gases licuados del petróleo #"+P%, control del punto de rocío de hidrocarburos, fraccionamiento de hidrocarburos para altos reflujos de condensación plantas de gas natural licuado #"3+%.
2.2. Pr%ce&% 'e J%#,e T%!p&%n.El proceso de -oule$homson consiste en el paso desde un contenedor a presión constante a otro a presión tambi'n constante menor #Pf 4 Pi%, de un gas a trav's de un estrangulamiento o una pared porosa. El gas se e*pande adiabáticamente en el paso de un contenedor a otro, se produce una variación en su temperatura. +a variación de temperatura depende de las presiones, inicial final, del gas utilizado. Está relacionada con la desviación del gas de su comportamiento ideal. El eec"% 'e J%#,e-T%!&%n o eec"% J%#,e-e,in, es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminue o aumenta al permitir que el sistema se e*panda libremente manteniendo la entalpía constante. 5ue descrito por -ames Prescott -oule 6 7illiam homson8, el primer 0arón 9elvin, quienes establecieron el efecto en 6:;8 modificando un e*perimento previo de -oule en el que un gas se e*pandía manteniendo constante su energía interna. El incremento de temperatura #<% con respecto al incremento de presión #
1 Juntos descubrieron que la temperatura de un gas desciende cuando se e*pande sin realizar ning&n trabajo.
2 Este fenómeno, que se conoce como efecto -oule $ homson, sirve de base a la refrigeración normal a los sistemas de aire acondicionado.
2.2.1. 3+,#,a& J%#,e T%!p&%n (J-T).+a válvula de e*pansión - es un elemento de proceso que baja la presión temperatura del gas, sin que este intercambie calor con los alrededores, e*pandi'ndolo isoentálpicamente de forma adiabática, logrando enfriar el gas a temperaturas criog'nicas. )on los dispositivos más usados en los sistemas de flujos (4i#ra 5), para controlar la magnitud del mismo por p'rdidas irreversibles de presión. +a e*pansión a trav's de la válvula - reduce la primera le de la termodinámica a =8 >=6, lo cual indica que el proceso no realiza trabajo &til. ?e igual forma es importante acotar que el calor transferido a trav's de la válvula -, se considera despreciable, por ello el proceso de e*pansión se considera adiabático. 2.6.2. Pr%ce&% De T#r/%-E0pan&ión. n proceso de e*pansión, se conoce como aquel en el cual un fluido pasa de maor a menor presión. Esta disminución de la presión, trae asociada una disminución de la temperatura. El gas, se hace fluir a trav's de una turbina de e*pansión, hasta temperaturas mu bajas con el propósito de condensar una maor cantidad de componentes #metano, etano, propano, butano mas pesados%. En estas turbinas, la presión cae bruscamente el gas se enfría sensiblemente alcanzando temperaturas de hasta $68@ 5 #proceso criog'nico%. En las plan tas de e*tracción criog'nica se opera a temperaturas mu bajas, entre $6BB5 C $6;B5 #6DD,: 68%9. El gas de entrada a la planta pasa primero por tratamiento para remover impurezas, luego flue a trav's de un sistema de turbo e*pansión, donde alcanza temperaturas mu bajas que permiten que se condense el propano componentes más pesados que son llevados a una serie de torres para separarlos estabilizarlos. El gas residual formado por los componentes m á s livianos del gas natural de alimentación #maor mente me tano etano% es usualmente vendido como combustible para fábricas plantas de generación el'ctrica. 2.6.2.1. TURBO E7PANDER.En una planta turbo-expander , el chiller o la válvula -$ de los procesos de refrigeración simple se reemplazan por una turbina de e*pansión. A medida que el gas entrante se e*pande, le entrega trabajo al eje de la turbina por lo que se reduce la entalpía del gas. Esta disminución de la entalpía causa una maor caída de temperatura que la que se obtendría mediante una e*pansión -oule$ hompson simple #a entalpía constante%. +a turbina puede estar conectada a un compresor, el cual
re comprime el gas con una sólo una peque2a p'rdida en la presión global. Esto genera una presión más elevada del gas tratado, que puede aumentarse hasta la especificación de transporte en gasoducto mediante una segunda etapa de compresión. A pesar de que e*isten muchas variantes en el dise2o de plantas de turbo e*pansión, la maoría de las mismas tiene el mismo diagrama básico que el que se muestra a continuación.
Fig. 11.1 Diagrama básico de turbo expansión Fuente: Kidnay & Parrish, Fundamentals of Natural Gas Processing, T&F Group, !!" +a e*pansión de un gas en una tobera para producir una corriente de alta velocidad, es un proceso que convierte energía interna en energía cin'tica. Esta energía cin'tica puede convertirse en trabajo de eje cuando el flujo pega en los álabes de una flecha giratoria. Es así como una turbina #o e*pansor% está formada por un conjunto alterno de toberas álabes giratorios a trav's de los cuales flue vapor o gas en un proceso de e*pansión de estado estable, cuo efecto global es la conversión eficiente de la energía interna de una corriente de alta presión en trabajo de eje. En el proceso de turbo e*pansión para la e*tracción de líquidos del gas natural se usan refrigerantes e*ternos para pre F enfriar la corriente de gas natural que se va a e*pandir, así es más fácil alcanzar las temperaturas deseadas la condensación de los hidrocarburos, manteniendo el metano en forma gaseosa. Este proceso permite la recuperación entre DB a D;G del etano, entre DB a D:G del propano 6BBG de /HI. 2.6. Pr%ce&% De Rec#peración De $N +a recuperación de líquidos del gas natural se obtiene mediante cambio en las condiciones del gas. ?e esta manera, al producirse cambios en el equilibrio de los componentes del gas natural se pueden lograr que algunos de ellos se condensen otros se vaporicen. Esto ocurre a medida que estos componentes tratan de alcanzar una nueva condición de equilibrio. "eneralmente, las condiciones que m á s suelen cambiar son presión temperatura. +a obtención de líquidos del gas natural implica la realización de las operaciones, licuefacción separación selectiva. Para llevar esto a cabo las industrias criog'nicas emplean com&nmente una o algunas combinaciones de los siguientes procesos( 2.6.1. Pr%ce&% De A'&%rción.
/onsiste en poner el gas natural en contacto con un medio líquido especial que tenga la propiedad de adsorber, preferiblemente, los componentes m á s pesa dos del gas. Estos componentes son separados posteriormente del m e d i o líquido en una torre de destilación. 2.6.6. Pr%ce&% De A/&%rción. )e fundamenta en la capacidad que tienen algunos sólidos para absorber componentes pesados del gas natural. El proceso de e*tracción de líquidos mediante absorción puede realizarse a temperatura ambiente o bajo condiciones refrigeradas, consiste en poner el gas en contacto con un líquido #aceite pobre%, el cual contiene cantidades ínfimas casi nulas de los productos líquidos del gas natural, permiti'ndose así que el líquido absorba o disuelva parte del gas en una torre de absorción.
Figura. 11 Absorción 4#en"e: "as Petroquímica PE!EJ +a absorción de licuables se realiza en trenes absorvedores, utilizando un aceite absorbente de elevado peso molecular, el cual despu's de la sección de absorción donde se obtiene el gas natural, pasa a un reabsorbedor donde se produce gas combustible por la parte superior el aceite con los líquidos absorbidos por la parte inferior, posteriormente pasan a una sección de vaporización finalmente a la sección de destilación donde se separan los hidrocarburos ligeros obteni'ndose al final una corriente líquida de etano más pesados, similar a las de las plantas criog'nicas, la cual pasa a la sección de fraccionamiento. Por el fondo de la orre de destilación se obtiene el aceite absorbente pobre, que pasa a un proceso de deshidratación para retornar nuevamente a la torre reabsorbedora para continuar con el proceso de absorción. 6. • •
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PRINCIPA$ES E8UIPOS.)eparador 5iltro =orizontal de Entrada Kntercambiadores de /alor( Kntercambiador "as $ "as Kntercambiador "as )eco F "as =&medo "as )eco $ "asolina /hiller )eparador 5rio )eparadores 0i rifásicos /ompresores /ompresor de Lefrigeración /ompresor de ornillo /ompresor Alternativo
