cap x -acondicionamiento y deshidratacion de gas-repsol

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MÓD. III - CAP. IX: Pag. 45

MÓDULO III - CAPITULO X- ACONDICIONAMIENTO Y DESHIDRATACIÓN DEL GAS -

X – I CONDICIONES GENERALES

X – I – I Transporte y consumo en campo

La tecnología del gas y la industria petrolera operan con flluidos gaseosos y líquidos en contactoíntimo que luegon necesitan ser acondicionados, separados y tratados para su utilización.Estos tratamientos se pueden considerar bajo dos grandes grupos:

1. Si ha de ser transportado una cierta distancia dentro del yacimiento (o hasta la Planta deTratamiento), deberá ser “acondicionado para el transporte”; entendiendo por tal,ponerlo en condiciones óptimas para lograr una máxima eficiencia en su transporte y notener inconvenientes y problemas durante el mismo.

2. Asimismo, para su utilización interna, ya sea como combustible o materia prima para proce-sos posteriores más complejos. Según la utilización que se haga del gas y las condiciones enque se produce, tendrá o no que ser sometido a “procesos de tratamiento”, entendiendopor tal eliminar del gas todo aquel elemento contaminante o impurezas que no admitanlos equipos donde se utilizará, o estén por encima de los valores admitidos por normasy reglamentaciones.

El acondicionamiento es una tarea inevitable, ya que el gas proveniente de baterías oplantas separadoras de petróleo se encuentra con contenidos de agua y gasolina. Si laeficiencia de los separadores es baja o si tienen problemas de descarga, contendrá tambiénpetróleo líquido. Estos componentes pueden estar gasificados y mezclados con el resto delgas natural, pero a determinadas condiciones de presión y temperatura pueden condensar ypasar al estado líquido.

Además, como ocurre en algunos de los yacimientos, es necesario calentar el hidrocarburo parapoder desplazarlo (viscosidad) o evitar obstrucciones (hidratos); lo que produce la evaporaciónde los hidrocarburos más livianos, y cuando esto ocurre antes de un separador, éstos derivadoslivianos saldrán por la parte superior del separador en forma de gas y luego, con el enfriamientonatural dentro de las líneas de gas, se condensará pasando al estado líquido, lo que traeráproblemas en el transporte, o en los equipos que lo consuman.

Si se pretende tener un transporte de gas por gasoductos internos, eficiente y sin interrupciones,será imprescindible acondicionarlo.

El tratamiento en cambio, dependerá de los posibles contaminantes presentes en el gas, delaprovechamiento y estabilización de los licuables comerciales, condiciones contractuales o es-pecificaciones de venta.

X – I – II Componentes del Gas

El componente predominante del gas natural es el metano con cantidades más pequeñas deotros hidrocarburos. La siguiente tabla brinda ejemplos de algunos pocos componentes comu-nes del gas natural y su fase y uso luego del Tratamiento.

Figura X-1



Los pentanos y los hexanos se muestran en la tabla como componentes de condensado. Elcondensado también incluye líquidos más pesados que el hexano. Los butanos también puedenestar presentes en el condensado.

El gas entonces, tanto proveniente de producción asociada con petróleo como el producido porpozos gasíferos, no debe ser utilizado como combustible sin previamente extraerle los hidrocar-buros pesados (líquidos), debido a que el gas se encuentra saturado en agua y contiene ademásotros hidrocarburos líquidos que lo convierten en un flujo bifásico con la posterior interferenciatanto en el transporte como en su utilización.

El gas natural de pozos gasíferos tal como se lo recibe en la separación, es una mezcla dehidrocarburos de diferentes encadenamientos cuyo principal componente es el metano (80 al90%) y el resto puede llegar a tener componentes hasta del orden de C

8. Además es probable

que se encuentre saturado en agua. Para mayor claridad se puede decir que el gas obtenidopuede no tener ningún líquido bajo ciertas condiciones de presión y temperatura y ese mismogas, dentro de las líneas de consumo en la operación, puede contener tanta cantidad de agua y/o gasolina que presenta serias dificultades para ser usado, particularmente en áreas con inviernosmuy fríos.

Lo que ocurre se explica si seconsidera el cambio de estadode los hidrocarburos livianos,ante variaciones de las condi-ciones de presión y temperatu-ra a las que se ve sometido.Como ejemplo gráfico, se ob-serva claramente el comporta-miento de los posibles compo-nentes de la mezcla, a presiónconstante de una atmósfera, sila temperatura es consideradala variable.Se han resaltado en rojo, loscomponentes que podrían cam-biar de estado, ante una simplevariación de la temperatura am-biente. Se han resaltado en ver-de, los componentes que, encondiciones normales “atmosfé-ricas” se encontrarían en esta-do gaseoso; y en negro en es-tado líquido.

C FM etano C 1 -161,51 -258,72E ta no C 2 -88 ,59 -127,46P ropa no C 3 -43 ,07 -43 ,73Iso - B uta no iC 4 -11 ,79 10,78N orm al - B utano nC 4 -0 ,51 31,08Iso -P enta no iC 5 27,83 82,09N orm al - P entano nC 5 36,05 96,89H exa nos nC 6 68,72 155 ,70H epta nos nC 7 98,37 209 ,07O ctanos nC 8 125 ,65 258 ,17N onanos nC 9 150 ,78 303 ,40D ecanos nC 1 0 174 ,11 345 ,4N itr g eno N 2 -195,80 -320,44D i xid o d e C a rb ono C O 2 -78 ,46 -109,23S ulfuro de H id r geno S H 2 -60 ,27 -76 ,49O x g eno O 2 -182,95 -297,32V a por de A gua H 2 O 99,97 211 ,95A ire -194,34 -317,81

GAS

T E M P E R A T U R A S D E E B U L L IC IO NA P R E S I N D E U N A A T M S F E R A

Al líquido condensado se lo llama “gasolina”, elemento comercial y muy útil, siempre que estéseparado del gas, del agua y estabilizada.

En mayor o menor medida, el gas producido se encuentra conteniendo agua, y mediante lasiguiente tabla puede estimarse la cantidad de agua a distintas presiones y temperaturas. Sedetermina en Libras por MMCFD (millón de pie cubico día).



En éstas condiciones es previsible que se sucedan inconvenientes de transporte y consumo, queconsecuentemente traerán aparejados grandes perjuicios de carácter operativo. Se planteaentonces la necesidad de su acondicionamiento.

En Yacimientos extensos, el acondicionamiento del gas se comienza a realizar en el propio Cam-po, antes de su arribo a las Plantas de Tratamiento. En los que las distancias son menores, latarea normalmente se centraliza en las instalaciones de Tratamiento.X – I – III Sistema agua + hidrocarburo liquido

El agua presente en el gas, bajo ciertas condiciones de presión, baja temperatura, flujo en torbe-llinos y en presencia de algunos hidrocarburos más pesados, provoca la formación de hidratos.

El gráfico presentado anteriormente, que da el contenido de vapor de agua en un gas húmedo enfunción de la temperatura y presión, permite asimismo estimar que si la temperatura decrece parauna presión dada, también decrece el agua requerida para la saturación del gas y se produciráentonces una condensación de esa agua por saturación del gas cuando este es enfriado.

Los hidratos son sistemas sólidos cristalinos agua + hidrocarburos, que tienen la particularidadfísica de presentarse como sólidos en temperaturas aún superiores a 0°C.

En un principio existía la creencia de que el hidrato era el resultado de la congelación del aguaexistente en el gas. Se ha comprobado que los vapores de agua e hidrocarburos (gasolina) secombinan para formar el hidrato (4 a 1), el que bajo ciertas condiciones puede formarse atemperaturas aún por encima del punto de congelación del agua.

Los factores que afectan la velocidad de formación del hidrato son, entre otras: la composicióndel gas, altas velocidades de flujo, pulsación de la presión, pequeños cristales, y la existencia delugares apropiados para su acumulación y expansión.

Dado que para la formación de hidratos es necesario la presencia de agua líquida, pudiendopredecir la temperatura a la que aparecerá el agua líquida ayudará también a predecir la forma-ción de los hidratos.

Esta característica, provocada de exprofeso operativamente, contribuye al acondicionamientodel gas; ocurrida fuera de control o accidentalmente, puede manifestar se en la formación desólidos en el transporte o proceso.

Los hidratos solidificados ocasionan graves perjuicios en los conductos y válvulas puesproducen taponamientos que disminuyen y hasta llegan a interrumpir el pasaje de gas.El siguiente gráfico puede ser usado para estimar la formación de hidratos en varios gases adistintas gravedad específica según la presión y la temperatura a la que está sometida la mezcla.

Las acciones que se pueden tomar para evitar la formación de los hidratos son:

a. Separar el agua de los hidrocarburos líquidos o viceversa.b. Modificar las condiciones de presión.c. Llevar el punto de rocío del agua por debajo de la temperatura de operación.d. Introducir sustancias que bajan la temperatura de formación de hidratos (inhibidores).e. Elevar la temperatura del gas (calentar).Una vez formado el hidrato, para producir su disolución no queda otra alternativa que disminuirla presión que se ejercía sobre la mezcla. Tal operación trae consecuentemente la necesidad desacar de servicio equipos o líneas de conducción, con pérdida del gas venteado a la atmósfera



y el perjuicio económico por la interrupción en el suministro.

La gasolina, además de combinarse en la formación de hidratos, se condensa a lo largo de losconductos creando también problemas en el transporte, que si bien no llega a interrumpir elsuministro provoca considerables pérdidas de carga y por lo tanto disminución en el caudaltransportado, a energía de compresión constante o aumento de dicha energía para mantener elsuministro. No deben descartarse tampoco los graves inconvenientes que puede ocasionar enlos compresores u otros sistemas (mediciones), la presencia de estos condensados.

X – I – IV Parámetros operativos

Tanto el agua como la gasolina, si se encuentran en estado de vapor en el seno del gas, noocasionan mayores inconvenientes; éstos se presentan cuando algunos de los elementos citadosse condensan.

Por lo tanto, desde el punto de vista operativo, no interesa tanto conocer las cantidades máximasadmisibles de vapores en el gas, tanto sea de agua como de gasolina, sino saber a quépresión y temperatura se produce la condensación.

Esta temperatura es la que se llama “Punto de Rocío” y se define de la siguiente manera:

«Punto de rocío es la temperatura a la cual condensa la primer gota de líquido cuando auna mezcla constituida por un vapor y un gas se la enfría a presi6n constante».

De lo anteriormente expuesto surge que dos son los parámetros a fijar y son los denominados:

a) Punto de Rocío de Agua.b) Punto de Rocío de Hidrocarburos.

Ambos son medidos en grados centígrados.

Siempre debe indicarse la presión a que corresponde la temperatura de rocío, de lo contrario setendrá una indeterminación.

Es de destacar que los valores citados son sólo ejemplos, y susceptibles a variaciones según seaen época estival o invernal. En esta última es cuando mayores deben ser los controles, no sólopor las bajas temperaturas a que está sometido el gas sino también porque es cuando se tienemayor demanda.

En el transporte de importantes gasoductos y a fin de asegurar la calidad del gas inyectado, seefectúan controles periódicos de los puntos de rocío de agua e hidrocarburos. Tal control nosolo brinda el conocimiento de los puntos de rocío, sino que mediante el mismo es posibleevaluar las condiciones de trabajo de las plantas acondicionadoras. Además, en el caso de tenervarias corrientes que aporten a un mismo gasoducto, conociendo los distintos valores se puedenadoptar decisiones que permitan aceptar alguna desviación parcial, si de resultas de la mezclasurgen valores encuadrados dentro de las especificaciones de transporte.

La medición de campo se efectúa mediante el método de Bureau of Mines, que consiste en ladeterminación directa mediante un aparato, de los puntos de rocío de agua e hidrocarburos.

Dicho instrumento tiene una cámara de presión para contener el gas, con su correspondienteválvula para controlar el pasaje de mismo. Un visor de plástico transparente permite la observa-ción del interior de la cámara y de un espejo sobre el cual se produce la condensación del vaporcontenido en el gas, cuando al mismo se lo enfría gradualmente mediante la expansión del gaspropano en una cámara adyacente.

El punto de rocío será la temperatura leída simultáneamente cuando se observa la condensaciónsobre el espejo, a la presión a que esté sometido el gas en ese momento. Cuanto menor sea elcontenido de agua, menor va a ser la temperatura a la que inicie la condensación, a igual presión.

Existen en el mercado otros instrumentos electrónicos que dan con alta precisión directamente eldato de temperatura y cantidad de agua contenida, por unidad de volumen de gas.

El contenido de agua en el gas que deba ser transportado por gasoductos y destinado a la venta,está regido por normas de aceptación internacional. Algunos límites se colocan en no aceptarmás de 1,5 litros de agua por cada 10.000 metros cúbicos de gas, o lo que es lo mismo enunidades inglesas, 7 libras de agua por cada millón de pies cúbicos de gas (MMCF).



X – II RECUPERACIÓN DE HIDROCARBUROS LIQUIDOS

En los procesos para obtener gasolina comercial se requieren una Plantas de Tratamiento porcualquiera de los métodos de refrigeración, comprimiendo y expandiendo gases refrigerantes enintercambiadores de calor, pero esto si bien es eficiente para su uso en productos comerciales,no lo será en las baterías de yacimientos para consumo interno del gas.

En los yacimientos, cuando el gas es utilizado para consumo interno, se pueden utilizar métodosde recuperación de estos hidrocarburos que resulten económicos y sin demasiada complejidadtécnica, tal como la instalación de radiadores y depuradores o scrubber, sin necesidad de insta-lar complejas plantas de recuperación de gasolina por enfriamiento como ocurre en el transportede grandes volúmenes por gasoductos.

El procedimiento que se describe a continuación es una adaptación práctica de lo que se conocecomo “separación a baja temperatura”, tan sólo que en este caso se adapta a realizar la separa-ción de los líquidos a temperatura ambiente, considerando que esa será entonces la menor tem-peratura que el gas encontrará en su recorrido diario.

Se trata de enfriar la corriente de gas hasta la temperatura ambiente, de manera de tenera lo largo de la línea del gas una temperatura siempre mayor que en el punto de enfria-miento.

X – II - I Instalación práctica para recuperar condensados

Para bajar la temperatura al valor ambiente se puede instalar un radiador fabricado con tubosaletados con una superficie de irradiación lo suficientemente grande para llevar ese caudal a latemperatura ambiente. El departamento de ingeniería podrá diseñar la cantidad de tubos, susdiámetros y el de las aletas intercambiadoras.

Hay muy buenas experiencias en la construcción del modelo para 100.000 m3 de gas por día,compuesto de dos circuitos de 10 tubos paralelos del 1" de diámetro c/u, con 200 aletas pormetro, 2" de diámetro y 6 m de longitud por tubo. Todo montado sobre dos colectorescolocados en forma vertical.

La instalación, sobre todo en zonas con temperaturas por debajo del punto de congelamiento,deben montarse con la precaución de que el enfriador este por arriba del nivel del separador einclinado facilitar la salida del líquido antes de convertirse en sólido y, si aún presenta algún tipode problema, un «by pass» gobernado por una termoválvula o termostato convertirá el sistemaen automático.Desde ya que una vez obtenido el condensado debe eliminarse de inmediato mediante el uso deun separador o «Scrubber» y de esta forma, el gas continuará su recorrido sin producir líquidosa esa temperatura.

Un modelo de instalación se muestra en las figuras siguientes:



La eliminación de los condensados de hidrocarburos no solo minimizará los problemas decongelamiento de las líneas, sino que además mejorará sensiblemente los posteriores procesosde deshidratación por absorción, ya sea con alcoholes o con sílicagel. Particularmente las gaso-linas emulsionan el glicol quitándole la propiedad absorbente y al bajarle la densidad permitirá su«atomización» y se irá a la línea de gas porque los retenedores de la torre de contacto no lopueden impedir.

Otro fenómeno que se debe considerar en la extracción del condensado del gas es cuando pordisminución de la presión se produce un enfriamiento.

Esta disminución de la temperatura puede suceder por una o dos causas. Cuando el gas seexpande de un estado de alta presión a uno de baja presión sin transferencia de calor o cuandose realiza un trabajo, hay una caída de temperatura por un efecto Joule Thompson. Cuando lacaída de presión se produce en una turbina, el trabajo es realizado por el gas y se produce unenfriamiento también; la ventaja está en que la caída de presión se produce a una más bajatemperatura de separación, produciéndose entonces una mayor condensación de líquido del gasnatural.

La expansión del gas produce un enfriamiento por la caída de presión producida en la conduc-ción del gas, desde un punto de alta presión a uno de baja presión. Si esta expansión ocurre através de un orificio, el efecto refrigerante dependerá de la temperatura del gas aguas arriba delorificio, de la presión diferencial a ambos lados del orificio y de la cantidad de líquido formado.

En la figura se observa un gráfico que brinda el enfriamiento de una corriente de gas.

Para obtener la máxima extracción de hidrocarburos líquidos de un gas, para una presión dife-rencial y una presión de entrega del gas dadas, se tendrá que obtener la más baja temperaturaen el separador dentro de límites razonables.

En la siguiente figura se puede observar un equipo que es utilizado para producir la separa-ción a baja temperatura de hidrocarburos mediante el enfriamiento de la corriente de gas.

Asumiendo que la corriente de gas contiene una mínima cantidad de agua libre y la suficientetemperatura para prevenir la formación de hidratos, el proceso se desarrolla de la siguienteforma:El flujo de gas ingresa al equipo pasando por un serpentín intercambiador de calor y luegopor un orificio regulable donde se produce la expansión del gas, ingresando al separador enforma tangencial.



El serpentín es enfriado por los líquidos que se han condensado, produciendo la absorción delcalor de la corriente gaseosa, que causan la licuefacción de los hidratos que se han formado alexpandirse el gas a través del orificio y que han caído a la parte inferior del separador.

El nivel del líquido es mantenido por un controlador de nivel de tal manera que el serpentín quedesiempre sumergido en el líquido. Los líquidos condensados se descargan a través de una válvuladel separador de baja temperatura hacia el siguiente proceso.

Este procedimiento tiene algunos problemas derivados de la formación de hidratos si las tempe-raturas del gas antes del orificio o de la entrada al Separador de Baja Temperatura están muycercanos a la formación de hidratos, que de solidificarse obstruirán las serpentinas delseparador, en algunos casos solucionables con la inyección de metanol .

En otras oportunidades entonces, será necesario retirar parte del vapor de agua presente en elflujo de gas, asociando a las instalaciones mencionadas un sistema de absorción utilizadocomunmente.



X - III DESHIDRATACIÓN

Las diferentes razones expuestas con anterioridad, además de las posibilidades de adecuadacomercialización donde la calidad del gas está reglamentada, son suficientes para implementarPlantas de Tratamiento de Gas para adecuarlo a las especificaciones requeridas, y/o para laseparación de productos comercializables como el Gas Licuado o la Gasolina Estabilizada.

Las particulares características de algunas mezclas de gases, también comprometen al inicio dela fase de tratamiento, donde puede requerirse la eliminación de gases contaminantes como elDióxido de Carbono o el Sulfuro de Hidrógeno.

La eliminación del agua contenida en el gas o deshidratación, se efectúa con un proceso muygeneralizado, denominado “de absorción física” que básicamente consiste en hacer tomar con-tacto al gas húmedo con una corriente de algún agente que sea altamente absorbedor del agua,como son por ejemplo los alcoholes. En este caso, este agente absorbedor estará en estadolíquido, pero pueden utilizarse otros agentes, como la sílicagel que se presentan en estado sólido,denominándose el sistema como de “adsorción”.

En el primer caso se trata de poner el gas en contacto con el glicol para que este se quede con elagua y luego se regenere el glicol para su reciclaje. Este proceso se realiza por dos procedimien-tos de diferentes carácterísticas, no obstante la regeneración del glicol se realice con los mismosprincipios o equipos.

Las posibilidades de absorción física son por Torre de Contacto de Glicol, donde los flujos acontracorriente de glicol y gas se encuentran en una torre, recuperándose cada uno por diferen-tes descargas; o por Inyección de Glicol, donde el mismo se inyecta en un punto del curso degas, recuperándose luego de un proceso de frío, en un separador trifásico.

El segundo caso es con el uso de otro absorbente del agua en estado sólido que es el sílica geltambién regenerable para el reciclaje.

X - III - I Determinación del Punto de Rocío

El gas en su flujo tiene como se ha visto contenidos de agua y gasolina. La gasolina, se suponeque ha sido retenida y eliminada por el proceso de condensación al que fue sometida, luego lequedará el agua que será necesario eliminar.

El primer paso para saber de que manera o en que magnitud contiene agua, es conocer lacantidad de agua por unidad de volumen de gas y una forma de determinarlo, es mediante lalectura del punto de rocío o dew point del gas.El punto de rocío será entonces, el momento en que el agua contenida en el gas comienza acondensarse en valores de presión y temperatura conocidos.

Como ejemplo, el aparato medidor de este parámetro se compone de un visor, un espejo y ungas refrigerante en una cámara de expansión de tal manera que se hace pasar el flujo del gas amedir frente al espejo y se refrigera bajando lentamente la temperatura (se lee en el termómetroinstalado en contacto con el espejo) hasta que se comience a empañar el espejo.

La presión y la temperatura de ese momento es precisamente la medición del punto de rocío, quees el punto donde se inicia la condensación bajo esas condiciones.

Con cualquiera de los métodos, se podrá determinar el tipo y forma de tratamiento o bien laeficiencia del mismo, en una planta deshidratadora de gas en operación.

El contenido de agua aceptable para la comercialización y el transporte, está regido por normasde asociaciones internacionales y por convenios entre empresas.

De todas formas se pueden tomar valores conocidos como un límite máximo de 7 libras de aguapor cada millón de pies cúbicos de gas o en el sistema decimal 0,15 cm3 de agua por cada metrocúbico de gas o 1,5 litros de agua por cada 10.000 metros cúbicos de gas.

Observando nuevamente la tabla de la Página 6, que representa el contenido de agua en el gasnatural a distintas temperaturas y presiones, se explican las variaciones que sufre el punto derocío del vapor de agua en el gas con la temperatura (depresión del punto de rocío).

Se puede observar que la temperatura del punto de rocío del vapor de agua en el gas es lamisma que la temperatura de saturación para una dada presión.

Nuevamente, si se tiene un flujo de gas a 1000 PSI y a 100ºF, el contenido de agua es de 62 lb./MMCF y si manteniendo la presión, y el contenido de agua pasa a ser de sólo 7 lb./MMCF latemperatura del punto de rocío ahora es de 33ºF.

Entonces el equipo deshidratador, al reducir el contenido de agua de 62 a 7 lb./MMCF ha sidocapaz de bajar el punto de rocío de 100°F a 33ºF.

Visto de otra manera, si se requiriera operativamente bajar el punto de rocío de un flujo de gascomo el del ejemplo, a 33°F, se debería provocar un contacto que absorviera 65 libras de aguapor cada millón de pié cúbico de gas.

Por lo tanto y resumiendo, dados un caudal, temperatura y presión iniciales, y presión y tempe-ratura finales; es posible determinar por éste procedimiento la cantidad de agua a absorver, paraeliminar la posibilidad de presencia de la misma en estado liquido, en el resto del proceso.



X – III – II Características de los Glicoles

Por su alta capacidad higroscópica (afinidad con el agua) se utilizan glicoles para la deshidrata-ción del gas natural. Esta capacidad está directamente relacionada con la concentración de lasolución agua-glicol.El glicol es un producto químico orgánico, de la familia de los alcoholes, que naturalmente tienegran avidez por el agua; es prácticamente imposible mantenerlo en máxima pureza en contactocon el ambiente porque absorbe la humedad del aire. Esta importante propiedad es aprovecha-da para estos procesos de deshidratación, porque además son muy estables, con una elevadatemperatura de degradación, de tal manera que los convierten en óptimos para ponerlos encontacto con gases reteniendo el agua contenida en cualquiera de sus formas.Existen tres compuestos glicoles muy utilizados, el etilenglicol, el dietilenglicol y el trietilenglicol.La temperatura máxima a la que se puede someter el etilenglicol y el dietilenglicol, es de 165°C(328°F) y para el trietilenglicol este valor es de 205°C (404°F), temperaturas que deben respe-tarse rigurosamente en la operación cuando se regenera el glicol, porque de no ser así sedegradaría cambiando su estructura química inutilizándose como absorbente.La concentración del glicol no debe estar por debajo del 98,5% y el estado optimo de máximorendimiento es de 99,5. En el caso que tuviera 98,5%, el 1,5% restante será contenido de agua,con la consecuencia de la disminución, en la misma medida, de la capacidad de absorción.

Tomando como ejemplo el siguiente caso:

· Caudal de gas a deshidratar: 1.8 MMCFD (1.800.000 pie3/día)· Punto de rocío del gas a la entrada de la torre de contacto: 40 ºF· Presión de operación: l00 psi.

Si se adopta el valor limite de 7 lb. agua/MMCF, se desarrolla:

1. Contenido de agua del gas a la entrada; (del gráfico) 40 0F y 100 psi, indica que el gaspuede contener 67 Lb. agua/MMCF.

2. Punto de rocío del gas a la salida; del gráfico para 7 Lb. agua/MMCF y 100 psi, se obtiene:-15 ºF.

Depresión del punto de rocío 40 - (-15) = 550F.

Agua a eliminar: 67 – 7 = 60 Lb. agua por MMCF

Más adelante veremos cómo es el proceso de eliminación del agua del gas, mediante la utiliza-ción de los glicoles y cómo calcular el caudal y el volumen del glicol a utilizar.

La concentración estará directamente relacionada con la eficiencia del regenerador de glicolhúmedo.El dietilenglicol (DEG) fue el primer glicol que halló aplicación comercial en la deshidratación degas natural. Este compuesto otorga una buena depresión del punto de rocío y tiene la habilidadpara absorber agua en un amplio rango de concentraciones. Sin embargo tiene ciertas limitacio-nes para lograr las concentraciones requeridas.En cambio, con el trietilenglicol (TEG) concentraciones del 97,5% al 98,5% son fácilmenteobtenibles, dada la mayor temperatura de ebullición que tiene respecto a los otros dos, ademásde la conveniencia de tener también una mayor temperatura de degradación.

Es común que las ventajas del T.E.G. sobre el D.E.G. hagan que aquel sea el favorito en losprocesos de deshidratación con glicoles, no obstante y dadas sus características y costo, se haestablecido el uso del T.E.G. para procesos por Torre de Contacto, y el M.E.G. para losefectuados por Inyección.



X – III – III Absorción Física por Torre de Contacto

La puesta en contacto del gas a deshidratar con el absorbente, requiere de un recipiente deno-minado “torre de contacto”, que por conveniencia operativa se construye con el aspecto de unseparador bifásico vertical, como se observa en la figura siguiente.

Su tamaño estará en función del volumen de gas a tratar, del diseño interior y de la cantidad deagua a extraer; en definitiva el tamaño determinará el tiempo de contacto glicol - gas.

En algunos casos, la torre dispone de un sector inferior que cumplirá la función de depurador dela corriente de gas de entrada, a fines de asegurar la eliminación de líquidos en el flujo de contac-to.

En la siguiente figura se puede observar un esquema simplificado de un diagrama de flujo de unaplanta de tratamiento de gas por glicol por absorción en torre de contacto.

Flujo del gas húmedo: Saliendo del separador ya sin condensados, la corriente de gas húmedose introduce en la torre de contacto por un nivel inferior y se la hace circular ascendiendo ypasando por lechos de relleno o bandejas de burbujeo, diseñadas especialmente para que elgas tome contacto íntimo con el glicol.El gas se mezcla en cada una de las bandejas con la solución de glicol, cediendo al mismo elvapor de agua que contenga.Una vez que ha cedido el agua al glicol, el flujo de gas seco pasa a través de un eliminador deniebla en la parte superior del absorbedor para dejar pequeñas partículas de líquido arrastradoy abandona el equipo como gas seco, pasando previamente por un intercambiador de calorpara enfriar el glicol que ingresa.En la figura de la página siguiente, también se observan detalles de una “copa” y de una “bande-ja de burbujeo”, donde el gas es obligado a pasar a través del lecho líquido del glicol de manerade establecer entre ambos un contacto íntimo y facilitar la absorción del agua por el glicol.

Flujo de glicol pobre o seco: El glicol proveniente de la Planta Regeneradora, entra a la torrepor la parte superior, intercambiando calor inicialmente para adecuarse a la temperatura deoperación, luego va circulando hacia abajo pasando por rebase de bandeja en bandeja, toman-do contacto íntimo con el gas y quedándose con el contenido de agua.

Flujo de glicol rico o húmedo: Es tomado a menor temperatura del fondo de la torre deabsorción y descargado generalmente por un mecanismo de controlador de nivel y válvula dedescarga, hacia la Planta Regeneradora, donde debe ser tratado para eliminarle el contenido deagua a fin de poder ser utilizado nuevamente en la torre de contacto, de manera de tener un ciclode operación continuo. Para ello se lo bombea a través de una serie de equipos donde básica-mente se lo somete a una temperatura superior al punto de ebullición del agua como para que lamisma se desprenda en estado de vapor.El glicol, que se mantiene en estado líquido debido a que su temperatura de ebullición es muysuperior a la del agua, es nuevamente acondicionado para su reutilización.

X – III – IV Absorción Física por Inyección

El tipo de instalación que se describirá a continuación permite cumplir los dos objetivos delacondicionamiento simultáneamente, la deshidratación y el desgasolinaje, y son las llamadas«Dew Point” o Plantas de Ajuste de Punto de Rocío.Básicamente el proceso consiste en provocar la condensación del vapor de agua y de los hidro-carburos pesados mediante enfriamiento. Observando las curvas temperatura de rocío del aguase ve claramente que la condensación se favorecerá a altas presiones.Es evidente que esta sencilla operación necesita de otro agente a efectos de impedir la formaciónde hidratos en la instalación al reducir considerablemente la temperatura del gas, a tal fin seutilizan los glicoles, por su doble acción, como absorbente y como anticongelante.Atendiendo las bajas temperaturas de trabajo el más apto es el monoetilenglicol. Soluciones al70% son altamente higroscópicas y de muy bajo punto de congelamiento. Se puede decir queprácticamente soluciones que oscilen entre el 60% y 80% no congelan.Por lo general en éste tipo de Plantas, se encuentran instalados intercambiadores Gas-Gas queoptimizan el rendimiento de la misma, calentando el gas de salida merced al enfriamiento del gasde entrada.Una solución de monoetileneglicol pobre, es inyectada antes y en el intercambiador gas-gas.El gas es dirigido a un enfriador (chiller) que constituye el evaporador de un ciclo frigorífico,donde se lo lleva por debajo del punto de rocío establecido para su inyección a gasoducto.



El líquido posteriormente es extraído en un separador de alta presión de tres fases comúnmentellamado trifásico o separador de frío, donde la fase gaseosa constituye el llamado gas residualseco que se envía a gasoducto o al proceso restante.

La fase líquida se subdivide en dos, una constituida por la solución glicol-agua y la restante porgasolina, debido a la inmiscibilidad de ambos y su apreciable diferencia de densidad, son fácil-mente separables.

La corriente de glicol enriquecido con agua es enviada a la Planta Regeneradora o Rectificadora,donde a presión atmosférica y mediante la entrega de calor, se la despoja del agua absorbida.

La gasolina obtenida en estas condiciones contiene apreciable cantidad de hidrocarburos livia-nos, como ser propano y butano, razón por la cual se los debe eliminar de la misma, transfor-mándola en gasolina estabilizada.

El propano y butano se puede inyectar a gasoducto ó separarlos para su utilización como gaslicuado de petróleo.

La experiencia ha mostrado que este tipo de instalación es muy confiable y ofrece resultadossatisfactorios.

Los problemas más comunes son más bien de carácter mecánico y fácilmente solucionables asaber:

a.- Deficiente pulverizaci6n del glicol en su inyección, con lo que no se consigue un contactointimo glicol-gas. Debe revisarse el diseño del inyector o su control periódico. En algunas opor-tunidades, el desplazamiento de carbón activado de los filtros de la Planta Regeneradora, originael taponamiento de los inyectores.

b.- Problemas de separación de condensado en el separador trifásico, generando arrastres decondensados y glicol al circuito posterior. Esta dificultad se mejora no sobrepasando los cauda-les de diseño, evitando disminuir el tiempo de residencia de los fluidos en el separador y respe-tando los adecuados niveles de operación.

Los dos sistemas de absorción por contacto del flujo de gas con el TEG en la torre, o porinyección de MEG en el flujo, para un posterior enfriamiento, separación y recuperación; requie-ren de estar complementados con un sistema que regenere éste producto absorvedor, separan-do y eliminando la mayor parte del agua contenida.

Ambos equipos de rectificación o Planta Regeneradora son similares, y se basan en elevar latemperatura de la mezcla hasta valores suficientes para evaporar el agua y no el glicol, eliminan-do el agua en forma de vapor.

X – III – V Planta y Proceso de Regeneración de Glicol

En la siguiente figura se puede observar, en el recuadro inferior resaltado, un esquema de laPlanta Regeneradora de Glicol, como parte de un proceso de absorción por inyección.

Para la regeneración del glicol, el mismo es bombeado previamente a través de un condensa-dor de reflujo enfriador en el tope de la columna de condensación para condensar parte de losvapores que son descargados, pasando luego a través de una serpentina de precalentamientoproduciendo un intercambio de calor glicol-glicol, donde el glicol seco concentrado es enfriadoy el glicol húmedo es precalentado, reduciéndose así la carga del calentador y evitando unaebullición violenta.En la siguiente figura, se esquematiza el flujo descripto de recuperación de glicol, para unaPlanta de una sola columna.



Luego pasa a través de un filtro, y por último es inyectado por la parte superior de una torre ocolumna de destilación donde en primer lugar es parcialmente extraída o absorbida el agua por elcontacto producido en la contracorriente con los vapores que se producen en el reboiler y luego,aprovechando la diferente temperatura para el cambio de estado físico que tienen el agua y elglicol, se produce la vaporización del agua debido a la temperatura de este proceso.

En algunos casos o diseños, se utilizan dos torres por donde pasa el glicol a regenerar:

1) Una torre llamada torre ciega donde ingresa el glicol previamente calentado y donde sesepara parte del agua que sale al exterior en forma de vapor.

2) Otra torre, llamada torre de destilación en la que el glicol entra en contacto a contra corrientecon los vapores de agua y pequeñas cantidades de vapores de glicol y gasolina generados enel calentador. El glicol que fuera arrastrado con el vapor que sube, se condensa en la secciónde productos de cabeza y vuelve al calentador. El vapor no condensado deja la partesuperior de la columna y es enviado al tanque de eliminación.

En el siguiente esquema se observa un corte de ambas torres y del calentador de glicol.



Como se ha visto anteriormente, la temperatura de degradación de cualquiera de los glicolesmencionados está muy por encima del punto de ebullición del agua.Por ejemplo, calentando si es trietilenglicol, hasta unos 193°C (380°F), el agua saldrá por latorre de destilados en forma de vapor y el glicol rebasará por el vertedero al tanque de reserva.

El glicol así regenerado cae por un vertedero en el calentador y de allí al acumulador, de dondees enviado a la torre de contacto en donde ingresa a través de un intercambiador (glicol-gas) decalor para enfriarse y comenzar nuevamente el ciclo.

En circuitos instalados en Plantas de tratamiento, cómo por ejemplo las Plantas de Ajuste dePunto de Rocío, se observa en la linea de glicol rico y posterior al precalentamiento del mismo(antes de los filtros); la presencia de un separador o "flash tank" que contribuirá a despojar el gasasociado al glicol rico, proveniente del proceso de absorción.

En los siguientes esquemas se puede observar el detalle del conjunto en diversas variables.



ESQUEMA TIPICO DE UN CIRCUITO DE ABSORCION Y REGENERACION ENUN SISTEMA POR TORRE DE CONTACTO

ESQUEMA TIPICO DE UN CIRCUITO DE ABSORCION Y REGENERACION EN UN SISTEMA DEINYECCION

X– III – VI Variables de Operación

La presión y la temperatura son parámetros que influyen en la absorción; se puede decir comoregla general que altas presiones y bajas temperaturas son las condiciones más favorables.

No obstante hay ciertas limitaciones que es menester considerar:

Temperatura: una condición que es de suma importancia en la calidad del proceso es la deconservar las características físicas optimas del glicol, las que se ven afectadas por latemperatura a lo largo de la operación.

A presión constante y considerando que al gas se lo recibe saturado en agua, a mayor tempera-tura el contenido de vapor de agua en el gas aumenta. Por lo tanto, cuanto mayor sea latemperatura de proceso, mayor será la cantidad de agua que debe eliminar la torre y mayor serála depresión del punto de rocío. Pero si la temperatura aumenta mucho el glicol será arrastradopor el flujo de gas y el retenedor de niebla será superado, con la consecuente pérdida delproducto por la línea de gas. Por otro lado bajar la temperatura del proceso tampoco esaconsejable ya que si la temperatura baja los 10°C (50°F) el glicol tiende a formar espuma y laviscosidad aumenta, a tal punto que el gas formará canales que no permitirán un buen contacto,reduciendo la eficiencia del proceso. El rango óptimo de temperatura se ubica entre 10°C y38°C (50°F y 100°F).

Presión: la presión tiene un marcado efecto sobre la viscosidad. Por ejemplo a 1000 psi (70Kg/cm2) la viscosidad del D.E.G. se hace 3 a 4 veces la viscosidad que tiene a presión atmos-férica. Esto significa que para una concentración dada del glicol a la entrada, la velocidad decirculación del mismo debe ser aumentada en el absorbedor, para compensar la pérdida en laeficiencia del plato a causa de su mayor viscosidad. En consecuencia, a medida que aumentanlas presiones, la circulación del glicol no es una función directa del contenido de agua en el gas,sino del cambio de las condiciones físicas.

Concentración del glicol: El glicol que sale de la torre de contacto (glicol húmedo) se deshidrataen la planta rectificadora de glicol para luego volver al ciclo. Cuanto más concentrado (seco)sea el glicol que entra a la torre de contacto, mayor será la eficiencia de deshidratación del gas.El grado de deshidratación del glicol que pueda lograrse, depende en primer lugar de las espe-cificaciones de diseño de la planta de glicol. Así por ejemplo, tendremos plantas cuyo diseñogarantiza una eficiencia de concentración del glicol de: 98,5 %; 99,0 %; 99,5 %; etc. Estosignifica que si la eficiencia de una planta de glicol es de 98,5 %, la concentración de glicol será98,5 % y el resto, 1,5 %, es agua incorporada al glicol en el proceso (que la planta no elimina).

Conocida entonces la eficiencia de la planta, podrá determinarse si la misma trabaja de acuerdoa las especificaciones de diseño. Para ello se realiza un análisis de determinación de agua; lamuestra de glicol se debe tomar a la salida del tanque de glicol seco.



Otros factores que influyen en el grado de deshidratación del glicol son la capacidad de trata-miento de la planta que está relacionada con el caudal de circulación del glicol y la temperaturadel calentador.

Para lograr una concentración adecuada del trietilenglicol, la temperatura del calentador debemantenerse entre 375 0F y 390 0F. Es importante controlar el valor máximo de temperatura paraevitar la degradación del TEG, la que se inicia a los 404 0F.Es una condición de suma importancia en lo que hace a la regeneración, observar un adecuadofuncionamiento proporcional de los sistemas de control de temperatura del regenerador. Unfuncionamiento si/no del controlador del mismo (que no es otra cosa que un Calentador Direc-to), propondrá momentos de máximo rendimiento del quemador, con serias posibilidades dedegradación del glicol circulante, merced a las altas temperaturas generadas en el área inmediataal tubo de fuego.

Caudal de circulación de glicol: Cuando se conoce la concentración del glicol y el número deplatos de burbujeo que tiene la torre de contacto, la depresión del punto de rocío del gas satura-do es función de la velocidad de circulación del glicol. Las torres de contacto estándar tienen 4a 8 platos de burbujeo. La circulación del glicol varía de 3 a 5 galones por libras de agua en elgas. El valor práctico es 3 gal/lb de agua a eliminar. En general es más favorable aumentar laconcentración del glicol que el caudal de circulación. Esta determinación depende de lacapacidad de absorción del glicol, o dicho de otra forma el TEG puede retener 1 libra deagua cada 3 a 5 galones.

Continuando con el ejemplo de la página 19, donde teníamos que eliminar un total de 60 librasde agua, calculemos ahora el total de circulación de glicol.Total de agua a eliminar por día: 1.800.000 pie3/ día de gas x 60 lb./MMCF gas = 108 lb. deagua/día

Caudal de circulación del glicol: adoptando el valor práctico de 3 gal/lb. agua se obtiene:Q glicol = 3 gal/Lb. agua x 108 Lb agua/día = 324 gal. glicol / dia.

Q glicol = 324 / 24 = 13.5 gal / horaCon el dato de 13,5 gal/hora se puede recurrir al gráfico de caudales de la bomba suministradopor el fabricante y determinar los golpes por minuto a que debe trabajar la misma para mantenerdicho caudal horario de glicol en el sistema. En caso de no contarse con los gráficos de labomba, el caudal puede determinarse intercalando en el sistema un medidor de caudal del tipode desplazamiento positivo, por calculo conociendo la carrera y diámetro del pistón, o contras-tando la misma en servicio contra un recipiente calibrado.Como comentario final respecto a este tipo de plantas es de destacar su simplicidad de opera-ción, ya que las mismas requieren de una mínima atención y no necesitan de personal perma-nente de operación. Es conveniente un control diario de la temperatura de regeneración y delcaudal, y semanalmente del Ph y de la concentración del glicol.

Otro flujo de reciclo o regeneración, pasará a contracorriente por la segunda Torre, donde elagua adsorbida en el ciclo anterior por la misma, será barrida por el gas caliente (generalmenteun 10% de la corriente principal, y entre 350° F a 450°F, dependiendo del tipo de desecanteutilizado) hacia un enfriador y un posterior separador del agua condensada.

Alternativamente entonces, una Torre está adsorbiendo los vapores de agua del flujo principal,mientras en la otra se está regenerando el desecante. Controladores cíclicos o temporizadores,permiten el cambio automático de las torres según un programa horario establecido.

Basados en las características y métodos mencionados, son dos las variables generalmente uti-lizadas por aspectos prácticos y económicos. La principal diferencia, radica en el punto dóndese toma el gas para el flujo de regeneración.

X – IV DESHIDRATACION POR ADSORCION CON SÓLIDOS

El proceso de adsorción es una forma de adhesión entre una superficie sólida y el vapor de aguaque aparece como una capa muy delgada, y se sostiene según la propiedad de atracción de losmateriales y las características particulares de los mismos.

La cantidad de agua adsorbida, varía con la naturaleza varía con la naturaleza y el área superficialdel desecante utilizado.Los desecantes más efectivos, son los que tienen una alta relación entre el área superficial y suvolumen. Probablemente, a ésta característica se sume que parte del agua se condense y searetenida en los canales capilares en el interior del desecante (condensación capilar).

X – IV – I Procesos de Adsorción

En general éste tipo de instalaciones están equipadas inicialmente con un separador de entrada,utilizado para interceptar y separar los líquidos presentes en el flujo, evitando inconvenientes enel proceso que puedan reducir la capacidad del adsorbente.

La corriente principal de gas pasará por una de las dos Torres de Secado, tomando contactocon el desecante que permitirá la remoción de los vapores de agua.



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En el siguiente esquema la corriente principal fluye a través de una válvula reductora de presión,la cual controla el flujo del gas de regeneración, induciendo una caída de presión en la corrienteprincipal.

El flujo principal entonces, continúa hacia la torre seleccionada (en éste caso la N°1), donde seadsorberán los vapores de agua, para seguir su curso hacia el resto del proceso.

El flujo de regeneración por su parte, es tomado aguas arriba de la válvula reductora, y pordiferencia de presión con el sector aguas abajo, circula hacia ésa conexión pasando por uncalentador primero, la otra torre (N°2) en contracorriente permitiendo la remoción de la hume-dad retenida anteriormente, para condensarla a su posterior paso por un enfriador, y finalmentesepararla en un depurador desde donde será eliminada.

El gas ya sin presencia de agua en estado líquido, se reciclará hasta la conexión mencionada,aguas debajo de la válvula reductora de presión.En otra de las posibilidades particulares del proceso (figura en la página siguiente), el gas deregeneración es tomado de la salida de gas seco de la torre en uso, calentado, circulado por latorre a regenerar, posteriormente enfriado y separada el agua, para ser comprimido y reinyectadoa la entrada del sistema.

X – IV – II Desecantes y AplicacionesSe pueden utilizar varios productos adsorbentes, cuya selección dependerá del tipo de proble-mas y de las condiciones de operación.Los desecantes granulares son generalmente sílica gel o alúmina activada. El primero es unmaterial altamente silíceo en forma de partículas sumamente irregulares, con densidad variablede 45 a 55 Lb/pié3.Las capacidades de adsorción son variables, pudiendo inicialmente retener 20 libras de agua porcada 100 libras de desecante. Sin embargo, ésta capacidad decrece rápidamente al 10% y deallí lentamente hasta que llega el momento de su reemplazo.La duración de los desecantes dependerá de la aplicación a que se los someta. Bajo condicionesideales puede durar hasta 10 años, bajo condiciones muy rigurosas puede requerir de su reem-plazo en el término de menos de un año.Se debe considerar, que además de dañarse con los hidrocarburos pesados, las capas desecantespueden ser contaminadas con SH

2 en presencia de oxígeno y NH

3 en presencia de CO

2.

El sistema es aplicable cuando se pretende un contenido de agua menor a 1 libra por millón depies cúbicos standard. Observando un cuidadoso diseño, pueden obtenerse Puntos de Rocíocercanos a los –90°F.

El siguiente croquis, refleja la mencionada modalidad.

cap x -acondicionamiento y deshidratacion de gas-repsol

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