deshidratacion del gas por adsorcion

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Page 1: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL

POR ADSORCION

Page 2: Deshidratacion del gas por adsorcion

CONTENIDO DE AGUA EN LOS GASES COMPOSICION PRESION TEMPERATURA

H20 + H2S y CO2 Acidos

Page 3: Deshidratacion del gas por adsorcion

Estimacion del contenido de agua conCorrelaciones

Page 4: Deshidratacion del gas por adsorcion

CONTENIDO DE AGUA EN LA REGIÓN DE HIDRATO

Formacion de hidratos tiempo Composicion del gas, grado de agitacion “periodo de la formación de hidratos” el agua

liquida presente esta en termino “liquido meta estable”.

El agua metaestable ..en equilibrio existirá como un hidrato.

Page 5: Deshidratacion del gas por adsorcion

Hidratos en sistemas de gas natural

Hidrato.. Su formación en sistemas de gas Estructuras de hidratos:

Estructura I (C1, C2, CO2, H2S)Estructura II (C3, iC4, nC-4)Estructura H (C5+)

Page 6: Deshidratacion del gas por adsorcion

Formación de hidratos Condiciones primarias. El gas o el liquido deben estar en el o por debajo del

punto de roció del agua o a la condición de saturación Temperatura Presión Composición

Condiciones secundarias. Mezclado Espacio físico para la formación del cristal Salinidad P. aumenta …T. disminuye hasta formacion

Page 7: Deshidratacion del gas por adsorcion

CONTROL DE HIDRATOS

La formación de hidratos, puede evitarse removiendo el agua del gas antes del enfriamiento de los hidrocarburos por debajo de la temperatura a la cual podrían aparecer los problemas

Procesos de deshidratacionAbsorcionAdsorcion

Page 8: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION CON SÓLIDOS DESECANTES

En la industria se utilizan lechos fijos de desecantes para deshidratar gas, deshidratantes típicos tenemos

Un deshidratador de lecho fijo

generalmente tiene :

Page 9: Deshidratacion del gas por adsorcion
Page 10: Deshidratacion del gas por adsorcion

La restitución del desecante requiere :

El flujo de adsorción es generalmente hacia abajo:

Los lechos deben ser regenerados apropiadamente

Page 11: Deshidratacion del gas por adsorcion

Las unidades de sólidos desecantes generalmente son más costosas y difíciles de operar que las unidades de glicol:

En procesos donde se encuentran temperaturas criogénicas:

Los desecantes en uso comercial caen en alguna de estas tres categorías:

Geles Alumina Tamices Moleculares

Page 12: Deshidratacion del gas por adsorcion

TAMICES MOLECULARES Los tamices moleculares son desde el punto de vista

químico, silicatos de aluminio

La adsorcion de agua en los tamices es un proceso reversible:

La fuerza de adsorcion

cationes actúan como puntos de fuerte carga positiva

los tamices son utilizados para eliminar contaminantes indeseables

Page 13: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION

ESQUEMA DEL PROCESO DE FLUJO

Page 14: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION

CICLO DE REGENERACION

Page 15: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION

ANALISIS DEL PROCESO DE ADSORCION

1. CAMPBELL2. TIEMPO DE REMOSION3. COSTO MINIMO4. TAMAÑO DEL DESECANTE5. SEPARACION OPTIMA

Page 16: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION

DISEÑO DE VARIABLE PARA EL PROCESO DE ADSORCION

1. COMPONENTES BASICOS2. PARAMETROS FUNDAMENTALES

TIEMPO DEL CICLO

Page 17: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION

CAPACIDAD DEL DESECANTE

material DensidadLbm / ft3

Área de la superficie

m2/gm

Capacidad del plan

Lb H20/100lb

Alumina 50-55 210 4-7

Alumina gel 52-55 350 7-9

Silica gel 45 750-830 7-9

Tamices moleculares 43-45 650-800 9-12

Page 18: Deshidratacion del gas por adsorcion

. Diseño del lecho adsorvente Vg:(10^6q/24)(ZT/p)(14.7/520)/

(3,1416D^2 /4)

Vg = 1499.73 q Z T/( p D^2)

Page 19: Deshidratacion del gas por adsorcion

Caudal de flujo de gas permitido

w: 139.77 q Mg / D^2

Page 20: Deshidratacion del gas por adsorcion

Flujo Descendente del Gas

Page 21: Deshidratacion del gas por adsorcion

Carga de Agua

Page 22: Deshidratacion del gas por adsorcion

Longitud de la zona

Page 23: Deshidratacion del gas por adsorcion

Capacidad del Desecante

Page 24: Deshidratacion del gas por adsorcion

Mínima longitud del lecho

Page 25: Deshidratacion del gas por adsorcion

Ejemplo

Diseñar un adsorvedor para deshidratar 20MMpcst de un gas de 0.7 de gravedad, 1000 psia y 100ºF.

Asumir una planta de dos torres utilizando un ciclo de 8 hrs con un lecho de silica gel de 15 pies de longitud.

Page 26: Deshidratacion del gas por adsorcion

Wi= 61 lbH2O/MMpcst

Page 27: Deshidratacion del gas por adsorcion

Remocion de agua = 20*61 = 1220 lbm/dia

Wc = 1220 * (8/24) = 406.67 Lbm/ciclo Z = 0.88 Asumimos Vg = 1800 Pie/hr

Vg = 1499.73 q Z T/( p D^2)

Page 28: Deshidratacion del gas por adsorcion

D=√8.2118 = 2.87 ~ 3 pies

Vg = 1800 * (8.2118/9) = 1642.36 pie/hr

Page 29: Deshidratacion del gas por adsorcion

Longitud de la zona

Page 30: Deshidratacion del gas por adsorcion

Capacidad útil del desecante

Xs = 0.9 *16 = 14.4 Lb H2O/ 100 Lb de desecante

Page 31: Deshidratacion del gas por adsorcion

Capacidad útil del desecante

Page 32: Deshidratacion del gas por adsorcion

Breakthrough

Page 33: Deshidratacion del gas por adsorcion

DISEÑO DE UN SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN CON DESECANTES SECOS

Su diseño

determinar los parámetros fundamentales asociados a la instalación y a los contratos de venta

Page 34: Deshidratacion del gas por adsorcion

Tipo de desecante y cantidad requerida

Diferentes tipos de desecantes

Page 35: Deshidratacion del gas por adsorcion

Volumen de desecantes en una camada El volumen de material deshidratante que

requiere una camada, se puede calcular con la siguiente formula:

DD

G

DD

d

d

dd C

PRPRQ

C

mmV

.

).(

.21

Page 36: Deshidratacion del gas por adsorcion

Diámetro y longitud del adsorbedor Muchos diseñadores establecen una relacion

practica de L/D = 4 o L= 4 D.asi

verificar la velocidad

32

..4

.DL

DVd

3

dVD

Page 37: Deshidratacion del gas por adsorcion

Velocidad del gas

El seudo –tiempo de contacto ( Stc) puede ahora calcularse:

FpieltransversaArea

MMpcdnQg .)(,..

)(2

min)/(,......

)(

piegasdelVelocidade

pieLongitusStc

Page 38: Deshidratacion del gas por adsorcion

Regeneracion

El caudal de gas requerido

La temperatura final del lecho

Page 39: Deshidratacion del gas por adsorcion

Calor latente de vaporizacion del agua Q= masa de agua a describir x calor

latente de vaporizacion del agua

Calor de desorcion del agua

A falta de datos del fabricante puede suponer un 10% del calor de vaporizacion

Page 40: Deshidratacion del gas por adsorcion

Calor necesario para calentar el agua hasta la temperatura de evaporacion

Calor necesario para calentar el desecante

TxxCmQ paa

TxxCmQ pdd

Page 41: Deshidratacion del gas por adsorcion

Calor necesario para calentar el recipiente, tuberías , etc

TxxCmQ prr

Perdidas de calor

)(1,1 fdaV QQQQQ

TxxCmQ Pgreg

Page 42: Deshidratacion del gas por adsorcion

Intercambiadores de calor calculos asociados con el diseño

Estos calculos entraran en el capitulo de diseño de intercambiadores de calor.

Page 43: Deshidratacion del gas por adsorcion

CONSIDERACIONES BASICAS SOBRE EL DISEÑO DE UN DESHIDRATADOR CON TAMICES MOLECULARES

Page 44: Deshidratacion del gas por adsorcion

Temperatura de contacto

Mayor Tcontacto Menor H2O ads

Rango 80- 100ºF Presion de operación

Mayor P Menor Vgas

-P Aumentan tamaño d los equipos

+P Aumenta espesor de los recipientes Tiempo de contacto

F (req. tamiz) descenso apropiado * rocio

∆P ++Vel. romper particulas del tamiz Tamaño de las particulas del tamiz

si reduce ++sup ads. Capacidad ++ΔP

Page 45: Deshidratacion del gas por adsorcion

Problemas Operacionales

Baches o tapones de agua Causa: Daño en el lecho de los tamices.Solucion: trampa o separador.

Cambios bruscos de presion, Velocidad excesiva del gas, movimientos del lecho debido al calentamiento y enfriamiento Causa: compactacion del empaqueSolucion: buen diseño mecanico

Page 46: Deshidratacion del gas por adsorcion

Problemas Operacionales

Contaminacion del tamizCausa: HC pesados, destilados, condensadoSolucion: filtros o lechos de Sílica Gel o Bauxita

aguas arribas del adsorbedor.

Page 47: Deshidratacion del gas por adsorcion

Procedimiento de Calculo Parametros basicos para el diseño

• Tasa del flujo del gas: 10 MM pcdn en el cálculo a 14,7 lpca y 60°F

• Presión a la entrada: 1000.0 lpc • Punto de rocio a la entrada: 90°F • Punto de rocio a la salida: 10°F • Capacidad de adsorción: 5% W (sílica o alúmina) • Duración del ciclo: 8 hrs • Regeneración: Gas natural • Enfriamiento: Gas natural • Tipo de Torre: Vertical • Velocidad permisible: 30 pies/min. • Temp. del gas a la entrada: 95°F • Gravedad especifica del gas: 0,70

Page 48: Deshidratacion del gas por adsorcion

Volumen requerido de desecanteEl contenido de agua del gas en la entrada a la planta es de 46 lbs/MM pcn y

en la salida: 2,9 lbs/MM pcn, lo cual totaliza:

En un ciclo de ocho horas, el deshidratante debe retener:

Con un 5% por peso, cada torre debe tener:

Si el deshidratante tiene una densidad bruta de aproximadamente 50 lbs/pie3, el volumen requerido (V1) seria:

Page 49: Deshidratacion del gas por adsorcion

Tamaño del recipiente Algunos operadores limitan la velocidad del gas dentro de la torre a 30 45

pies/min., con el fin de disminuir las pérdidas de presión en la torre y la rotura del sólido

La nueva área transversal seda de:

La longitud de la camada seria:

EL tamaño del recipiente dependerá del diseño mecánico, que utilice el fabricante. La eleccion de la altura, a su vez, permite estimar un determinado seudo tiempo de contacto del gas con el deshidratante:

Page 50: Deshidratacion del gas por adsorcion

Tamaño del recipiente

En cualquier caso se recomienda que la camada tenga por lo menos de 2 a 3 pies de espesor, para evitar la canalización.

Las torres pueden ser horizontales o verticales, ellas difieren con el fabricante, por lo tanto es de esperarse que el diseño interno también sea diferente.

La mayoría de estos diseños dan un servicio satisfactorio, la elección normalmente depende de la preferencia individual y/o del precio.

Page 51: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION

Gas para la regeneración: Cantidad de gas Temperatura final

Subdivisión de carga calorífica total Calor de desorción del agua. Calor latente de vaporización del agua. Calor sensible para calentar el agua hasta la temperatura de

evaporación Calor sensible para calentar el desecante. Calor sensible para calentar la carcasa. Perdidas de calor

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DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION

Page 53: Deshidratacion del gas por adsorcion

DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION

Page 54: Deshidratacion del gas por adsorcion

Usando una temperatura del gas de entrada de 340°F.

Page 55: Deshidratacion del gas por adsorcion

Operación de una planta de deshidratación por tamices moleculares

Los cuatro lechos de tamiz molecular se regeneran periódicamente

Se despresuriza el lecho En las dos primeras horas El lecho es enfriado durante 1 3/4

horas Se subenfria el lecho hasta 40°F

Page 56: Deshidratacion del gas por adsorcion

Optimización de la operación Sucede con frecuencia que las

condiciones de operación de una planta o del gas procesado varían a lo largo de su vida útil

Page 57: Deshidratacion del gas por adsorcion

Prueba de saturación (“breakthrough test’)

Lapsos del proceso de regeneración Tiempo normal de adsorción: 12 horas Tiempo normal del ciclo de regeneración: 3

horas Tiempo despresurización, represurización, etc.:

2 horas Tiempo de espera: 7 horas Tiempo de adsorción obtenido en la prueba de

saturación: 18 horas Tiempo de regeneración obtenido en la prueba

de saturación: 4 horas

Page 58: Deshidratacion del gas por adsorcion

GRACIAS POR SU

ATENCION !