DESHIDRATACIÓN DE GAS NATURAL MODULO I – TRIETILENGLICOL
INSTRUCTOR MANUEL E. CABARCAS SIMANCAS
PROBLEMAS CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS
Formación de hidratos bajo hidratos bajo ciertas condiciones.
Corrosión,, especialmente en presencia de CO2 o H2S. Corrosión
Taponamiento (flujo Taponamiento (flujo bifásico) y erosión erosión..
Incremento en el volumen específico y disminución en el valor calorífico del calorífico del gas. Congelación en Congelación en plantas criogénicas.
Los contratos de venta de gas y/o las especificaciones del transporte por gasoductos (RUT) tienen un máximo contenido de agua (típicamente es 6 lb/MMscf).
PROBLEMAS CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS
Formación de hidratos bajo hidratos bajo ciertas condiciones.
Corrosión,, especialmente en presencia de CO2 o H2S. Corrosión
Taponamiento (flujo Taponamiento (flujo bifásico) y erosión erosión..
Incremento en el volumen específico y disminución en el valor calorífico del calorífico del gas. Congelación en Congelación en plantas criogénicas.
Los contratos de venta de gas y/o las especificaciones del transporte por gasoductos (RUT) tienen un máximo contenido de agua (típicamente es 6 lb/MMscf).
METODOS DE DESHIDRATACIÓN DESHIDRATAC IÓN DEL GAS
Absorción – Deshidratación con glicol Es el proceso mas común usado para especificar contenido de agua en gasoductos (6 lb H2O/MMSCF) y requerimientos de campo (combustible, gas lift, etc)
Adsorción – Tamiz molecular, Silica Gel o Alúmina Activada Usados para obtener muy bajos contenidos de agua (menor de 0,1 ppm) en procesos de extracción de líquidos del gas (NGL) o gas natural licuado (LNG)
Boquillas supersónicas
METODOS DE DESHIDRATACIÓN DEL GAS Ventajas del Glicol frente a los Desecantes Sólidos Menor costo instalado. Menor caída de presión (5 – 10 psi vs. 10 – 50 para desecante sólidos). La deshidratación con continua en lugar de batch.
glicol es operación
La reposición de glicol se lleva a cabo fácilmente.
Las unidades de glicol requieren menos calor de regeneración por libra de agua removida. Las unidades de glicol pueden deshidratar gas natural hasta 0,5 lb H2O/MMscf
Desventajas del Glicol frente a los Desecantes Sólidos Los puntos de rocío de agua por debajo de -25 °F requieren gas de despojo y una columna Stahl.
El glicol es contaminación.
susceptible
a
El glicol es corrosivo cuando está contaminado o descompuesto.
METODOS DE DESHIDRATACIÓN DEL GAS Ventajas de los Desecantes Sólidos Puntos de rocío tan bajos como -150 °F
Desventajas de los Desecantes Sólidos Alto CAPEX /OPEX Desecante sensitivo a HC.
Son menos afectados por cambios pequeños en flujo, presión y temperatura del gas. Son menos susceptibles a corrosión o espumas. No absorben aromáticos.
Remueven H2O/H2S. No hay pérdidas de solvente
Rompimiento mecánico partículas del desecante.
de
las
Reemplazo periódico: cada 5 años. Alta temperatura de regeneración. Alta carga de regeneración.
PROCESO DE DESHIDRATACIÓN DE GAS UNIDAD BTX
VENTEO
54-HAL-216
HACIA QUEMADOR
HACIACHIMENEA
HACIA EL SEP. AGUAS ACEITOSAS
COLUMNA DE DESTILACIÓN CONTACTOR DE GLICOL / L O C I S L A G G . T N I
ENTRADA DE GAS
VIENE DE LA UNIDAD BTX
R O D A M E U Q
A E N E M I H C
REHERVIDOR DE GLICOL
BOMBA DE REPOSICIÓN DE GLICOL
TANQUE DE GLICOL
SCRUBBER DE ENTRADA SCRUBBER DE SALIDA 25-MAD-203
FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO
GAS COMBUST.
FILTRO DE SOLIDOS
INT. GLICOL RICO / GLICOL POBRE CALIENTE
FILTRO SEPARADOR
INT. GLICOL RICO / GLICOL POBRE FRIO GAS COMBUST.
GAS NATURAL FILTRO DE SOLIDOS
GLICOL RICO GLICOL POBRE GLICOL NUEVO BTX DRENAJE DE GLICOL AGUA BAJA PRESIÓN AGUA ALTA PRESIÓN
BOMBAS DE GLICOL
SEPARADOR FLASH
CONDICIONES TÍPICAS PLANTA DESHIDRATADORA
Descripción Gas de entrada Glicol al absorbedor Succión Bomba TEG Separador trifasico Rehervidor Tope Regenerador
Temperatura oF
Presión psia
60-100 70-110 170-200 120-180 375-400 213 máx.
300+ 300+ Atmosférica 35-45 17 máx. Atmosférico
CARACTERÍSTICAS DE LOS GLICOLES
Los glicoles deben cumplir con las siguientes condiciones: Deben ser Higroscópicos Deben ser No – corrosivos Deben ser No – volátiles Fácilmente regenerados a altas concentraciones Insolubles en hidrocarburos líquidos Que no reaccionen con hidrocarburos, CO2, y compuestos de azufre.
CARACTERÍSTICAS DE LOS GLICOLES
Principales propiedades que gobiernan la escogencia del glicol para una determinada aplicación: Viscosidad Presión de vapor Solubilidad en hidrocarburos
CARACTERÍSTICAS DE LOS GLICOLES Glicol Etilenglicol o Mono-etilenglicol (EG ó MEG)
Di-etilenglicol (DEG)
Ventajas
Desventajas
Usado en sistemas de inyección de glicol (Inhibición de hidratos) Mas económico que el TEG (es la razón de su uso). Por el tiempo que es manejado, almacenado y añadido a la unidad no representa un ahorro real
(1) Mayores pérdidas por arrastre, (2) Es difícil la regeneración a altas concentraciones, (3) Menor depresión en el punto de rocío. Es difícil justificar una unidad DEG.
Tri-etilenglicol (TEG) Tetra-etilenglicol (TREG)
Propilenglicol (PG)
Baja presión de vapor que reduce las pérdidas por arrastre en el contactor. Se emplea en la deshidrtación de gases cuya temperatura es mayor a 122 °F Es el glicol menos tóxico. Empleado en los últimos años. Baja afinidad por aromáticos.
Es mas viscoso y mas costoso que los otros glicoles.
Presión de vapor mayor que el TEG
CARACTERÍSTICAS DE LOS GLICOLES
Glicol Etilenglicol o Monoetilenglicol (EG ó MEG) Dietilenglicol (DEG) Trietilenglicol (TEG) Tetraetilenglicol (TREG)
Concentración de glicol pobre (% W)*
Punto de rocío del agua en equilibrio @ 100 °F
96,0
37 °F
97,1 98,7 >99
37 °F 18 °F 0 °F
* Concentración en el equilibrio a la temperatura de descomposición y 1 Atm
FACTORES BÁSICOS DEL DISEÑO DEL PROCESO
DATOS: Máxima y mínima tasa de flujo de gas Máxima y mínima temperatura y presión Composición del gas Punto de rocío del agua o contenido de agua requerido
UNIDAD BÁSICA DE DESHIDRATACIÓN CON TEG
Absorción Alta presión Baja temperatura
Regeneración Baja Presión Alta temperatura
DESHIDRATACIÓN CON TEG
“Usted
no debe deshidratar el gas si no puede darse el lujo de colocar un separator eficaz en la entrada de gas ” John M. Campbell, Sr. (page 366)
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG
4 Parámetros claves Eficiencia de remoción de agua (E w) Concentración de TEG pobre (wt%) Relación de circulación (CR) - OPEX Número de Etapas (N) - CAPEX
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE AGUA
Determinar la eficiencia de remoción de agua, Ew Contenido de agua en el gas de entrada, Win Punto de rocio del agua requerido que sale del absorbedor, Wout Calcular el agua removida Win – Wout Calcular la eficiencia de remoción de agua (Win – Wout) / Win
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE AGUA
Eficiencia de remoción de gua, Ew Ew = (Win – Wout)/Win Ejemplo: Gas natural dulce , pobre Qg = 50 MMscfd P = 1015 psia T = 95°F El punto de rocio requerido del agua es 5°F Cual es la eficiencia de remoción de agua?
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE AGUA
TEG Pobre
Ew
CR
N
CONCENTRACIÓN MINIMA DE TEG POBRE
52,04 lb/MMscf
(Win – Wout )/Win = 0.954
2,37 lb/MMscf
5 °F
95 °F
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE
TEG Pobre
CR
Ew
N
0,954
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE
La concentración de TEG pobre (wt%) es una función de: T Contactor T punto de rocio del agua
Acercamiento al equilibrio 9 °F a 18 °F
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE
Determinar la concentración de TEG Establecer un acercamiento al equilibrio Rango típico: 9 a 18°F Establecer el punto de rocio del agua para los calculos de la tasa de circulación Determinar la concentración requerida de glicol para cumplir con el punto de rocio de agua requerido incluyendo el acercamiento al equilibrio
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE NOTAS:
En un absorbedor real el gas que sale del absorbedor no alcanza el equilibrio con el TEG pobre que ingresa. El gas y el TEG no están en contacto por suficiente tiempo para alcanzar el equilibrio Una unidad operada apropiadamente tendrá un punto de roció real de agua de 5 – 10 °F mayor que el punto de rocío en el equilibrio.
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE Punto de rocío en el equilibrio = Punto de rocío real - un acercamiento (14 °F) -9°F = 5°F – 14°F
Approach = 14 °F
5
18
-9
95
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE
Con una temperatura de 204°C [400°F] la maxima concentración de TEG es 98,5 wt%
99,5 wt%
FACTORES BÁSICOS DEL DISEÑO DEL PROCESO
EJEMPLO 1: Cual es el punto de rocío del agua en el equilibrio que se puede obtener a 104 °F con una solución de glicol pobre que contiene 99,5 % en peso de TEG?
CONCENTRACIÓN MINIMA DE TEG POBRE
98,5% Es la concentración de TEG pobre producida en un regenerador que opera a 1 Atm y 400 °F
-2 °F
104 °F
CONCENTRACIÓN MINIMA DE TEG POBRE
Concentraciones de 98,7 – 98,8 %w son comunes
¡ Se han reportado concentraciones del 99,1 %w. !
Casos especiales: (1) El ingreso de HC proporciona un strippling natural. (2) Presiones atmosféricas menores de 14,7 psia
CONCENTRACIÓN DE TEG POBRE La temperatura de entrada al absorbedor impacta la operación
ALTERNATIVAS DE REGENERACIÓN CON TEG STRIPPLING GAS Cualquier gas inerte es conveniente: (1) gas deshidratado, (2) gas de combustión. Se requieren pequeñas cantidades (10 SCF/gal). El gas se puede introducir directamente en el rehervidor o en una columna empacada entre el rehervidor y el tanque de surgencia. Si el gas strippling se introduce en el rehervidor se requiere una tubería de distribución en el fondo.
ALTERNATIVAS DE REGENERACIÓN CON TEG STRIPPLING GAS Las maximas tasas de gas de strippling están en el orden de los 10 SCF/gal a menos que se requieran concentraciones de TEG pobre del orden de los 99,99 wt%. Si se requieren concentraciones del orden del 99,99 wt% se debe considerar el uso de tecnología DRIZO.
ALTERNATIVAS DE REGENERACIÓN CON TEG PROCESO DRIZO Utiliza iso-octano como gas strippling Se logran concentraciones hasta del 99,99 %w. Tiene la ventaja de condensar y recobrar hidrocarburos aromáticos en el despojador. En la practica no se utiliza el isooctano sino una mezcla de aromáticos, hidrocarburos parafínicos y nafténicos en el rango C5 – C10.
ALTERNATIVAS DE REGENERACIÓN CON TEG PROCESO COLDFINGER Aumenta la concentración del glicol pasando un fluido de enfriamiento a través de un “dedo frio” incertado en el espacio de vapor del tanque de surgencia. Se logran concentraciones de TEG pobre en el rango de 99,5 – 99,9 %w. Provoca una disminución de la presión parcial de agua en el espacio de vapor del tanque de surgencia y de esta forma aumenta la concentración de glicol.
ALTERNATIVAS DE REGENERACIÓN CON TEG
99.5
El proceso requiere gas de strippling
DESHIDRATACIÓN CON TEG
TEG 99,5 wt% Pobre
Ew
Mínima
Fija
Optimizar CR
0,954
N
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
Relación de circulación (CR) 2 a 5 Galones TEG/lbm agua absorbida
Numero de etapas (N) 1 a 3 Etapas teóricas 4 a 12 platos reales/ 2 a 6 metros de empaque
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
(2 a 5 ) Gal TEG / Lb H2O removida
37
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
Determinar la relación de circulación Usar Figuras 18B.1 to 18B5, paginas 387-391 Concentración de TEG pobre = 99,5% Eficiencia de remoción de agua = 0,956 Número de etapas en equilibrio ??
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
0,954
N =1
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
0,954
N =1.5
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
0,954
N =2
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
0,954
N =2,5
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RELACIÓN DE CIRCILACIÓN VS. NUMEROS DE ETAPAS
0,954
N =3
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG RESUMEN
Concentración de TEG pobre = 99,5% Eficiencia de remoción de agua = 0,954 Número de etapas en equilibrio, N = 2 Tasa de circulación de TEG = 3,5 Gal /lbm H2O removida
PARAMETROS CLAVES EN EL DISEÑO DE UNA UNIDAD TEG TASA DE CIRCULACIÓN DE TEG (GPM)
Usar la tasa de flujo de gas de 50 MMscfd Tasa de circulación TEG 49,67 lb H 2O 50 MMscf 3,5 gal TEG dia lb H O 1440 min MMscf dia 2 Tasa de circulación TEG 6,04 GPM de TEG
CONCENTRACIÓN DE TEG RICO
TEG Rico
TEG Pobre 1 CR
TEG Rico =
% en peso de TEG en la solución de TEG rico
TEG Pobre = =
% en peso de TEG en la solución de TEG rpobre
Densidad del TEG pobre (9,3 lb/gal)
CR =
Relación de circulación (Gal TEG/lbm H2O)
TEG Rico
9,399,5 9,3 1 3,5
TEG Rico 96,5
DISEÑO DEL CONTACTOR CONSIDERACIONES GENERALES Diseño del Contactor Diámetro – Flujo de gas
Altura – Número de contactos
En algunos casos el contactor puede contener un scrubber interno. El diámetro del contactor es independiente del flujo de glicol debido a las bajas cargas de liquido empleadas. Los sistemas de glicol emplean dos tipos de internos: Platos (usualmente capsulas de burbujero) y empaques (usualmente estructurado). Las capsulas de burbujeo fueron usadas hasta mediados de los años 1980, desde entonces los contactores emplean empaque estructurado
DISEÑO DEL CONTACTOR CONSIDERACIONES GENERALES Diseño del Contactor Diámetro – Flujo de gas
Altura – Número de contactos
El empaque estructurado tiene una mayor capacidad de manejo de gas. El empaque aleatorio se utiliza en contactores de diámetros pequeños menores de 24 pulg por conveniencia. Al usar contactores de platos las capsulas de burbujeo son preferidas en comparación con platos de válvulas y orificios debido a su mayor eficiencia a bajas tasas de liquido.
DISEÑO DEL CONTACTOR ETAPAS DE EQUILIBRIO
DISEÑO DEL CONTACTOR DIAMETRO DEL CONTACTOR
COSTOS DE DESHIDRATACIÓN
MANTENIMIENTO LIMPIEZA DE SISTEMAS TEG
Don't use
Jabón No es efectivo en la limpieza de sistemas TEG El residuo del jabón puede causar espumas
Vapor Tiende a endurecer los depósitos y no los remueve
Lavado ácido No remueve depósitos inorgánicos La mayoría de los depósitos en sistemas TEG son ácidos orgánicos Ocasiona sedimentos pesados que puede causar taponamiento
Usar
Compuestos pesados para limpieza alcalina Seguido de un buen lavado con agua
PERDIDAS DE GLICOL REGENERADOR
1) Temperaturas muy altas en la cima del despojador Si no fluye suficiente TEG hacia el condensador, las perdidas de glicol incrementarán Pérdidas por el equilibrio en el absorbedor Aproximadamente 0. 1 gallons TEG/MMscf Otras pérdidas Aproximadamente 0.05 gal.TEG/MMscf Incluye fugas en bombas y cambios en los filtros Las pérdidas en el regenerador deberían ser muy bajas
PERDIDAS DE GLICOL REGENERADOR
2) Temperaturas en la cima del despojador muy bajas Demasiado flujo de TEG rico hacia el condensador Se condensa agua extra y debe ser revaporizada Carga extra sobre el rehervidor No se regenera adecuadamente el regenerador de TEG
ABSORCIÓN DE BTEX
Benceno 5% to 10% del benceno en la corriente de entrada Xileno 20% al 30% del xileno en la corriente de entrada BTEX se ventea con el agua que sale del regenerador Es cancerígeno Hay que tener cuidado con la exposición Dirigirlo hacia tea, etc, si es posible Se puede condensar, recoger y eliminar como un líquido
ABSORCIÓN DE METANOL 40% al 60% es absorbido por el TEG Se liberará en el regenerador y causará un del vapor y del duty Provoca un despojo inadecuado
FORMACIÓN DE ESPUMA Se evidencia por un rápido incremento en la presión de la columna La espuma pesa mas que el vapor Se puede detectar por una reducción en el nivel del tanque de surgencia La espuma tiene un contenido de agua significante Se presenta en el absorbedor y en el regenerador Happens in both the absorber and regenerator
ANALISIS Y CONTROL DEL GLICOL CONTROL DE pH Auto-oxidación
Contaminación del sistema, corrosión y/o oxidación
5,5
Rango ideal para mantener el glicol
(7 – 7,5)
6
7
8,5
El glicol tiende a formar espuma y emulsiones
Glicol Nuevo
Causas del pH ácido
Gases ácidos en la corriente de gas. Ácidos orgánicos por oxidación o degradación térmica. Exceso de cloruros (sal) en el glicol. Oxidación del glicol por almacenamiento inapropiado. Descomposición térmica de los HC líquidos en el glicol y en la corriente de gas
Causas del pH básico
Contaminación por productos químicos del tratamiento de los pozos que entran en la corriente de gas. Sobredosis de neutralizador añadido al sistema para bajar el pH.
ANALISIS Y CONTROL DEL GLICOL CONTROL DE pH
Neutralizadores para control de pH Borax, Etanolaminas generalmente Trietanolamina (TEA) y otros neutralizadores alcalinos La sobredosis precipita una suspensión de lodo negro en el glicol Mientras se agrega el neutralizador se debe realizar cambio de elementos filtrantes Se requiere de varios días antes que el pH suba a un nivel seguro
¼ lb de TEA por 100 galones de glicol es suficiente para levantar el pH a un nivel seguro
ANALISIS Y CONTROL DEL GLICOL HIDROCARBUROS EN EL GLICOL
Hidrocarburos Condensación debido a variaciones en temperatura
Hidrocarburos Arrastre en el separador de entrada (Aceites del compresor, químicos orgánicos como inhibidores de corrosión)
ANALISIS Y CONTROL DEL GLICOL HIDROCARBUROS EN EL GLICOL
Separación de hidrocarburos livianos (Insolubles) Permitido hasta 1 %V
Remoción de hidrocarburos pesados (solubles) Permitido hasta 0,1 %w
Espuma Bajo pH Descomposición del glicol Lodos y residuos
