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Optimizacin de los Deshidratadores de Gas Natural
Taller de Transferencia de TecnologaIAPG & US EPA
Noviembre 5, 2008Buenos Aires, Argentina
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2Deshidratacin del Gas Natural: Agenda
Prdidas de metano Recuperacin de metano Es rentable la recuperacin? Experiencias de la Industria Discusin
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3Prdidas de Metano en los Deshidratadores
Los deshidratadores y las bombas contabilizan: 15% de las emisiones de metano en los sectores de
produccin, exploracin y compresin de EUA.
EPA. Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990 2005. Abril, 2007. disponible en la red en: http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ResourceCenterPublicationsGHGEmissions.htmlLos datos de reduccin de Natural Gas STAR se muestran como fueron publicados en el inventario.
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4 El gas producido est saturado con agua, la cual, debe ser removida para la transmisin del gas
Los deshidratadores de glicol son el equipo ms comn para la remocin del agua Se estiman 2.000 unidades de deshidratacin
en la industria de GN en Argentina La mayora usa trietiln glicol (TEG)
Los deshidratadores de glicol generan emisiones Metano, compuestos orgnicos voltiles
(COVs) y contaminantes peligrosos del aire (HAPs por sus siglas en ingls) por venteosen el rehervidor
Metano de los controladores neumticos
Cul es el Problema?
Fuente: www.prideofthehill.com
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5Diagrama de Proceso de un Sistema Bsico de Deshidratacin de Glicol
Gas Combustible
Bomba de intercambio de energiade Glicol
Gas Seco de venta
Separador de Glicol
Gas Hmedo
TEG diluidoBomba
Conductor
Agua/Metano/COVs/HAPsa la atmsfera
Rico en TEG
Rehervidor/Regenerador de Glicol
Derivacin motriz de gas
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6Opciones para la Recuperacin de Metano
Optimizar la tasa de circulacin del glicol Instalacin de un tanque separador de lquido
(flash tank separator FTS) Uso de bombas elctricas Deshidratadores sin emisiones Reemplazo del deshidratador de glicol por
deshidratadores desecantes Otras oportunidades
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7Optimizacin de la Tasa de Circulacin del Glicol
La presin y flujo del gas en los deshidratadores de la cabeza del pozo declinan con el paso del tiempo Las tasas de circulacin frecuentemente estn
fijadas al mximo La sobre-circulacin de glicol causa ms emisiones
de metano sin obtener una reduccin significativa en el contenido de humedad del gas Los Socios han encontrado tasas de circulacin dos
a tres veces ms altas de lo necesario Las emisiones de metano son directamente
proporcionales a la tasa de circulacin Lecciones aprendidas: optimizar la tasa de
circulacin
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8Intalacin de un Tanque Separador de Lquido (FTS)
El metano que se vaporiza de la solucin rica en glicol en la bomba de intercambio de energa y de la derivacin de gas pueden ser capturados usando un FTS
Muchas unidades carecen de un FTS
Fuente: Inspeccin API
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9Recuperacin de Metano en un FTS Recupera alrededor del 90% de las emisiones de
matano Reduce los COVs de un 10 a 90% Debe tener una salida para gas de baja presin
Combustible Succin del
compresor Unidad de
recuperacin de vapores
FTS
Gas recuperado
Emisiones reducidas
Bajos Costos de Capital / Recupercin Rpida
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Costos del FTS
Los estudios de Lecciones Aprendidas (Lesson Learned) de la USEPA, proveen guas para calcular costos, ahorros y anlisis econmicos
Costos de capital y de instalacin: Los costos de capital oscilan entre US$3.500 y
US$7.000 por FTS Los costos de capital oscilan entre US$1.200 y
US$2.500 por FTS Los costos de operacin y mantenimiento son
despreciables
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La Bomba Elctrica Elimina la Derivacin Motriz de Gas
Gas Combustible
Bomba de motor elctrico
Gas Seco de venta
Separador de Glicol
Gas Hmedo
TEG diluidoBomba
Conductor
Agua/Metano/COVs/HAPsa la atmsfera
Rico en TEG
Rehervidor/Regenerador de Glicol
Derivacin motriz de gas
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Tres opciones para minimizar las emisiones de los deshidratadores de glicol
OpcinCostos de Capital(US$)
Costos de Operacin (US$/ao)
Reduccin de Emisiones(Mm3/ao)
Periodo de retorno1(aos)
Optimizar la Tasa de Circulacin
Despreciable Despreciable 11 a 1.116 Inmediato
Instalar FTS
6.500 a 18.800 Despreciable 20 a 301 0,9 a 4,6
Instalar Bomba Elctrica
1.400 a 13.000 165 a 4.300 10 a 1.019
< 1 ao a varios aos
La Recuperacin Es Rentable?
1 Precio del Gas US$70,63/Mm3
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Beneficios Globales
Recuperacin financiera de la inversin a travs de los ahorros
Incremento de la eficiencia de operacin
Reduccin de costos de operacin y mantenimiento (gas combustible, preparacin del glicol)
Reduccin de los contaminantes peligrosos del aire (BTEX)
La bomba elctrica tiene una huella similar a la bomba asistida por gas
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Deshidratadores sin Emisiones
Combina diversas tecnologas de minimizacin de emisiones en una unidad Los vapores del gas destilado de salida del
recalentador de glicol son condensados en un intercambiador de calor
El gas no condensable de la destilacin primaria es redirigido al rehervidor como combustible
Se usan bombas elctricas para la circulacin del glicol en lugar de las bombas de intercambio de energa
Se usan vlvulas de control elctrico para reemplazar las vlvulas neumticas
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Beneficios Globales: Deshidratadores sin Emisiones
El condensador de venteos del rehervidor remueve los hidrocarburos ms pesados y el agua de los no condensables (metano principalmente)
El lquido condensado puede ser separado en agua e hidrocarburos lquidos valiosos
Los no condensables (metano) pueden ser recuperados como combustible o producto
Con la recoleccin del gas venteado del rehervidorse reducen significativamente las emisiones de metano (as como las de COVs/HAP)
Se eliminan los venteos de las vlvulas de control neumtico de gas
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Reemplazo de la Unidad de Glicol por un Deshidratador Desecante
Deshidratador Desecante Los gases hmedos pasan a travs de un
lecho de tabletas desecantes Las tabletas absorben la humedad del gas
y se disuelven La remocin de humedad depende de:
El tipo de desecante (sal) Temperatura y presin del gas
Sales Higroscpicas
P y T Tpicas para Caeras Costos
Cloruro de calcio
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Lnea de especificacin mxima para el CaCl2
Lnea de especificacin mxima para el LiCl2
Desempeo del Desecante Desempeo del desecante para las especificaciones
de humedad mxima en las caeras (112 gr de agua / Mm3)
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Esquema del Deshidratador Desecante
Compuerta de relleno
Vlvula de drenado
Rejilla de soporte
Nivel mnimo de desecante
Nivel mximo de desecante
Salmuera
Tabletas desecantes
Lecho
Gas hmedo
Gas seco a la venta
Mirilla de cristal indicadora de nivel
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Ahorros del Deshidratador Desecante: Gas Venteado del Deshidratador de Glicol
Ejemplo: Donde:GV = ? GV = Gas venteado anualmente (Mm3/ao)F = 28,32 Mm3/da F = Flujo del gas (Mm3/da)W = 336-112 gr H2O/Mm3 W = entrada-salida, contenido de H2O (gr/Mm3)R = 0,025 L/gr R = relacin glicol/agua (regla de dedo)OC = 150% OC = Porcentaje de sobrecirculacinG = 0,022 m3/L G = Tasa de arrastre de metano (regla de dedo)
Clculos:GV = (F * W * R * OC * G * 365 das/ao)
1.000 m3/Mm3
GV = 1,95 Mm3/aoUnidad de Deshidratacin de GlicolFuente: GasTech
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Ahorros del Deshidratador Desecante: Gas Venteado de los Controladores Neumticos
Ejemplo: Donde:GE = ? GE = Emisiones de gas(Mm3/ao)PD = 4 PD = Nmero de dispositivos
neumticos por deshidratadorEF = 3,57 Mm3/dispositivo/ao EF = Factor de emisiones
(Mm3 gas natural fugado/dispositivo por ao)
Clculos:GE = EF * PD
GE = 14,27 Mm3/year
Fuente: norriseal.com
NorrisealPneumaticControlador de nivel de lquidos
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Ahorros del Deshidratador Desecante: Gas Combustible para el Deshidratador de Glicol
Gas combustible para el rehervidor de glicol Deshidratador 28 Mm3/da Remocin de
224 gr de agua/Mm3 Tasa de calor del
rehervidor:313 kJ/L TEG
Contenido calrico del gas natural: 38.265 kJ/m3
Requerimientos de combustible:0,48 Mm3/ao
Gas combustible para el calentador de gas Deshidratador 28 Mm3/da Calor del gas de 8C a
16C cp del gas natural:
1,843 kJ/kg-C Densidad del gas natural:
0,806kg/m3 Eficiencia: 70%
Requerimientos de combustible:
13,67 Mm3/ao
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Ejemplo: Donde:GLD = ? GLD = Prdida de gas (Mm3/year)ID = 20 inch (0,508 m) ID = Dimetro interno (m)H = 76.75 inch (1,949 m) H = Altura de la cmara (m) %G = 45% %G = Porcentaje del volumen del gasP1 = 1 atm P1 = Presin atmosfrica (atm) P2 = 31 atm P2 = Presin del gas (atm)T = 7 das T = Tiempo entre recargas (das)
Clculos:GLD = H * ID2 * pi * P2 * %G * 365 das/ao
4 * P1 * T * 1.000 m3/Mm3
GLD = 0,28 Mm3/ao
Ahorros del Deshidratador Desecante: Prdidas de Gas del Deshidratador Desecante
Unidad de Deshidratacin Desecante Fuente: usedcompressors.com
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Ahorros del Deshidratador Desecante:
Gas venteado del deshidratador de glicol: 1,95 Mm3/aoGas venteado de los controladores neumticos: + 14,27 Mm3/aoGas quemado en el rehervidor de glicol: + 0,48 Mm3/aoGas quemado en el calentador: + 13,67 Mm3/aoVenteos del deshidratador desecante: - 0,28 Mm3/ao
Ahorros totales: 30,09 Mm3/ao
Valor de los ahorros en gas1: US$2.126/ao
1 Gas valuado en US$70,63/Mm3
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Comparacin de Costos del Deshidratador Desecante y del Deshidratador de Glicol
Basado en 28 Mm3 por da de gas natural operando a 30 atm y a 8CSe asumen costos de instalacin equivalentes a 75% de los costos del equipo
Costos de ImplementacinCostos de Capital
Desecante (incluye la carga inicial) 16.097Glicol 24.764Otros costos (instalacin e ingeniera) 12.073 18.573
Total de Costos de Implementacin 28.169 43.337Costos Anuales de Operacin y MantenimientoDesecante
Costo de recarga del desecante US($1,50/lb) 2.556Costo de disposicin de salmuera 14Costos de mano de obra 1.040
GlicolCosto de recarga de glicol (US$4,50/gal) 206Costos de mano de obra y materiales 3.054
Total Costos Anuales de Operacin y Mantenimiento: 3.610 3.260
Desecante(US$/ao)
Glicol(US$/ao)Tipos de Costos y Ahorros
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Anlisis Econmico del Deshidratador Desecante
Retorno de Inversin = 8,9 aos Sin los beneficios potenciales del mercado de carbono
1 Costo del gas = US$70,63/Mm32 Valor de salvamento estimado como el 50% de los costos de capital del deshidratador de glicol
Capital (US$) -28.169Costos de O&MEvitados (US$) 3.260Costos de O&M -Desecante (US$) -3.610Valor del gasAhorrado (US$)1 2.126Salvamento delD. De Glicol (US$)2 12.382Total (US$) -15.787 1.776
Tipo de CostosY Ahorros Ao 0 Ao 1 Ao 2 Ao 3 Ao 4 Ao 5
3.260 3.260 3.260 3.260
-3.610-3.610-3.610-3.610
2.1262.1262.1262.126
1.776 1.776 1.776 1.776
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Experiencias de la Industria
Un Socio instal tanques separadores de lquido en sus deshidratadores de glicol Recupera el 98% del metano de la desgasificacin
del glicol Reducciones de 34 a 47 Mm3/ao por deshidratador Ahorros de US$2.370 a US$3.318/ao1 por
deshidratador Otro Socio enva el gas de los tanques
separadores a el sistema de gas combustible Reduccin de 248 Mm3/ao por deshidratador Ahorros por US$17.520/ao1por deshidratador
1 Gas valuado en $70,63/Mm3
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Lecciones Aprendidas La optimizacin de las tasas de circulacin del glicol
incrementa los ahorros en gas y reduce emisiones Costo y esfuerzo insignificante
El FTS reduce las emisiones de metano cerca del 90% Requiere una desembocadura de gas de baja presin
Las bombas elctricas reducen los costos de O&M, reducen las emisiones e incrementan la eficiencia Requieren de una fuente de energa elctrica
Los deshidratadores sin emisiones prcticamente eliminan las emisiones Requieren de una fuente de energa elctrica
Los deshidratadores desecantes reducen los costos de O&M y comparado con el deshidratador de glicol reducen las emisiones
Miscelneos, otras oportunidades reportadas por los Socios pueden contener grandes ahorros
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Miscelaneos otras PROs Disponible en espaol en:
epa.gov/gasstar/tools/spanish/index.html
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Discusin
Experiencia de la industria aplicando estas tecnologas y prcticas
Limitantes para la aplicacin de estas tecnologas y prcticas
Costos actuales y beneficios
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