Optimizacin de los Deshidratadores de Gas Natural

Taller de Transferencia de TecnologaIAPG & US EPA

Noviembre 5, 2008Buenos Aires, Argentina

2Deshidratacin del Gas Natural: Agenda

Prdidas de metano Recuperacin de metano Es rentable la recuperacin? Experiencias de la Industria Discusin

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.

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

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

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

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

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

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

10

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