Deshidratación del gas natural
La deshidratación, se realiza para prevenir la formación de hidrato o corrosión en la recolección de gas, sistema de transmisión o planta de tratamiento. El vapor de agua ( 0) 0 ) H2 es una de las impurezas más común en el gas natural y puede causar una serie de problemas operacionales, como por ejemplo interrupción del flujo de gas o bloqueo de válvulas e instrumentos por formación de hidratos de gas, como también participa en la reducción del valor calorífico del gas, y también causa corrosión interna en las instalaciones por acción entre el dióxido de carbono u sulfuro de hidrógeno, los cuales reaccionan con el agua condensada. Consiste en la remoción del agua mediante alguno de los siguientes procesos: Métodos para deshidratar gas natural Deshidratación de absorción implica el uso de un desecante líquido para la eliminación de vapor de agua del gas. La
eliminación de agua con glicol químico líquido es a través de la absorción. El líquido seleccionado como el más deseable para la absorción de agua debe poseer las siguientes propiedades: 1. Alta eficiencia de absorción. 2. Debe ser no corrosivos a los tubos y válvulas y ser no tóxicos. 3. No debe haber interacción con la parte de hidrocarburos de los gases y ninguna contaminación por gases ácidos. Los glicoles, especialmente etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, se acercan más a la satisfacción de los criterios antes mencionados. Agua y glicoles glico les muestran solubilidad mutua en la fase líquida. 1.
Glicoles utilizados en la deshidratación del gas natural
Los glicoles son alcoholes múltiples, es decir, son compuestos químicos que poseen dos grupos terminales –OH, –OH, los cuales presentan muchas características afines con el agua. La más importante es formar puentes de hidrógeno que es un tipo de enlace molecular que favorece la solubilidad del agua con otro compuesto. Existen muchas clases de glicoles, pero los más utilizados en la deshidratación del gas natural son: el etilénglicol (EG), dietilénglicol (DEG) y trietilénglicol (TEG), sin embargo, casi un 100 % de los deshidratadores con glicol usan TEG. Los glicoles son líquidos capaces de absorber agua, debido a que son sustancias altamente higroscópicas, los cuales presentan las siguientes características: 1. No solidifican en soluciones concentradas. 2. No corrosivos. 3. No forman precipitados con hidrocarburos. 4. Insolubles en hidrocarburos. 5. Estables en presencia de CO2, H2S. Deshidratación por adsorción
La adsorción implica una forma de adhesión entre la superficie del desecante sólido y el vapor de agua en el gas. El agua forma una capa extremadamente fina que se adhiere a la superficie del desecante sólido por fuerzas de atracción, pero no hay reacción química. Los desecantes sólidos son usados para deshidratar porque son típicamente más efectivos que el glicol, ya que pueden deshidratar o secar el gas a menos de 0,1 ppm (0,5 lb/MMscf), sin embargo con el fin de reducir el tamaño de la unidad de deshidratación con desecante sólido, con frecuencia es usada la unidad de deshidratación con glicol para remover el agua de la corriente de gas. La unidad de glicol reducirá el contenido de agua hasta valores alrededor de 4 lb/MMscf, lo que reduciría la masa de desecante sólido a utilizar para el secado final. El uso de desecantes sólidos como alternativas diferentes al uso de glicol puede representar beneficios ambientales, minimizar los compuestos hidrocarburos volátiles y contaminantes peligrosos del aire (BTEX). Hay muchos desecantes sólidos los cuales poseen características físicas para adsorber el agua del gas natural. Estos desecantes generalmente son usados en los sistemas de deshidratación los cuales consisten de dos o más torres y
asociado a equipos de regeneración. Una torre está adsorbiendo el agua del gas mientras que la otra torre está siendo regenerada y enfriada. El gas caliente es usado para eliminar el agua adsorbida por el desecante, después de la cual la torre es enfriada con una corriente de gas fría así parte de gas secado es usado para la regeneración y el enfriamiento, y es reciclado a la entrada del separador. Aplicaciones
La deshidratación con lecho solido (también llamada deshidratación con desecante seco o por adsorción) es frecuentemente la alternativa superior en aplicaciones como: 1. Deshidratación y eliminación simultanea de H2S del gas natural 2. Deshidratación de gases que contienen H2S donde la solubilidad del H2S en el glicol puede causar problemas de emisiones 3. Deshidratación y eliminación de compuestos de azufre (H2S, CO2, mercaptanos) para flujos de GLP y LNG. La viabilidad de la desulfuración depende de lo que se hace con la regeneración del gas, porque si el gas se mezcla con residuos este se puede volver acido de nuevo Desecantes sólidos
Un desecante comercial debe tener afinidad por el agua, una gran área superficial por unidad de volumen, alta resistencia mecánica, resistencia a la abrasión, ser inertes químicamente, y tener un precio razonable. Alúmina activada
La estructura del producto es amorfa y no cristalina. Su estructura la alúmina es una forma hidratada del óxido de aluminio (Al2O3). Es usado para deshidratación de líquidos y gases. Características
1. 2. 3.
Los tamices moleculares dan menores puntos de rocío del agua a la salida, es decir deshidratan más. La alúmina activada se utiliza para secar gases y líquidos. No han sido probadas en campo. La alúmina activada es usada raramente en plantas de gas natural
Gel de sílice
El gel de sílice es dióxido de silicio amorfo (SiO2). Es usado para la deshidratación de gas y líquidos y el recobro de hidrocarburos del gas natural. Cuando se usa para eliminar hidrocarburos, las unidades son frecuentemente llamadas HTUs (unidades de recobro de hidrocarburos). Cuando se usa para deshidratación, el gel de sílice dará punto de rocío de salida de aproximadamente -60ºF.Ampliamente usado como desecante, el cual puede ser usado para deshidratación de gas y recobro de líquidos del gas natural. Características
4. Más adecuada para deshidratación del gas natural. 5. El gel de sílice se utiliza principalmente como un desecante, es menos catalítico que la alúmina activada o los tamices moleculares. 6. Debido a que es amorfo, Absorberá todas las moléculas. Éste tendrá una capacidad reducida para el agua si se utiliza para secar un gas saturado. 7. Se regenera más fácilmente en comparación con los tamices moleculares. 8. Alta capacidad de adsorción, puede adsorber el 45% de su propio peso en agua. 9. Menos costoso que el tamiz molecular Tamiz molecular
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 están disponibles en sodio y calcio. Los tamices de sodio son los más comunes Características
10. Capaz de deshidratar el gas a un contenido de agua menor de 0,1 ppm 11. Se prefiere para deshidratar el gas antes de procesos criogénicos especialmente para GNL.
12. Excelente para remover el ácido sulfúrico, CO2, deshidratación, altas temperaturas de deshidratación, líquidos hidrocarburos pesados y alta selectividad. 13. Más costosos que el gel de sílice, pero ofrece mayor deshidratación. 14. Requiere altas temperaturas para regeneración, lo que resulta en un alto costo de operación.
Equipos empleados para deshidratar gas natural con glicol
Depurador de entrada: Es un cilindro vertical colocado en la corriente de gas antes de que esta llegue al absorbedor.
Su función principal es la de prevenir la descarga accidental de grandes cantidades de agua, de hidrocarburos, o de agua salada en el absorbedor.
Absorbedor: Tipo bandeja, es un cilindro vertical, el contacto entre el glicol y el gas se hace en forma escalonada
(platos), el glicol que entra por el tope desciende por gravedad, fluye a través de cada plato pasando de uno a otro mediante un vertedero.
Intercambiador de calor glicol – gas: Este intercambiador de calor glicol-gas, usa el gas que sale del absorbedor para
enfriar el glicol que entra a él, este intercambiador puede ser un serpentín en el tope del absorbedor
Rehervidor: Este tanque suministra calor para separar el glicol y el agua por simple destilación.
Torre de despojamiento: Esta torre es un cilindro vertical con un paquete en forma de columna, localizada en el
tope del rehervidor para separar el agua y el glicol con destilación fraccional.
Proceso de Endulzamiento del Gas Natural: Este proceso se refiere a la eliminación de la corriente de gas natural a
los elementos ácidos, con el objetivo de dejar el gas dentro de la norma, sea para el transporte o para la comercialización y distribución, de tal forma que el gas cumpla con los requerimientos establecidos, tanto nacional como internacional, que representan la posibilidad de comercialización del gas natural. El proceso de endulzamiento se puede realizar a través de a.- Absorción de los Gases Ácidos: Este proceso se realiza a través de solventes químicos, físicos y mixtos b.- Endulzamiento a Través de los Lechos Sólidos: Aquí para la eliminación de los gases ácidos se utilizan los Tamices Moleculares, las Esponjas de Hierro, SULFATREAT y El Oxido de Cinc c.- Conversión Directa: Se refiere a la transformación del sulfuro de hidrógeno en azufre elemental a partir de los gases de cola, este proceso es de gran importancia, ya que permite obtener azufre, en forma natural, el cual después es utilizado para la formación de Acido Sulfúrico y compuestos petroquímico, que son de gran utilidad práctica, y lo más importante es que se están utilizando las impurezas del gas natural, en sentido productivo
d.- Secuestrantes Químicos: La eliminación de los gases ácidos de la corriente de natural, se puede realizar utilizando secuestrantes químicos, como la triazina, y otros componentes. e.- Utilización de Membrana: Se refiere a la remoción del gas ácido por membranas, proceso que ocurre cuando el gas es retirado de una corriente, en este caso retiras los gases ácidos de la corriente de gas natural. f.- Destilación Extractiva: La destilación extractiva es un proceso de vaporización parcial en presencia de un agente de separación, no volátil y de alto punto de ebullición que generalmente se denomina solvente o agente de separación, el cual se adiciona a la mezcla, de tal forma de alterar su volatilidad relativa del componente.
Los factores a considerar para la selección de un proceso de endulzamiento de gas natural: Regulaciones de gases ácidos en el medio ambiente: En este se refiere a las cantidad de gases ácidos permitidas en el medio ambiente , Tipo y concentración de las impurezas en el gas ácido, Espeficaciones en el gas residual o gas dulce , temperatura y presión del gas ácido y del gas dulce , Caudal del a tratar , Proceso de Corrosión , Requerimientos de selectividad , Costos de operación del proceso de endulzamiento , Especificaciones de los productos líquidos