deshidratacion del gas por adsorcion
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DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL
POR ADSORCION
CONTENIDO DE AGUA EN LOS GASES COMPOSICION PRESION TEMPERATURA
H20 + H2S y CO2 Acidos
Estimacion del contenido de agua conCorrelaciones
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.
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+)
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
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
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 :
La restitución del desecante requiere :
El flujo de adsorción es generalmente hacia abajo:
Los lechos deben ser regenerados apropiadamente
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
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
DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION
ESQUEMA DEL PROCESO DE FLUJO
DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION
CICLO DE REGENERACION
DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION
ANALISIS DEL PROCESO DE ADSORCION
1. CAMPBELL2. TIEMPO DE REMOSION3. COSTO MINIMO4. TAMAÑO DEL DESECANTE5. SEPARACION OPTIMA
DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION
DISEÑO DE VARIABLE PARA EL PROCESO DE ADSORCION
1. COMPONENTES BASICOS2. PARAMETROS FUNDAMENTALES
TIEMPO DEL CICLO
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
. 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)
Caudal de flujo de gas permitido
w: 139.77 q Mg / D^2
Flujo Descendente del Gas
Carga de Agua
Longitud de la zona
Capacidad del Desecante
Mínima longitud del lecho
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.
Wi= 61 lbH2O/MMpcst
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)
D=√8.2118 = 2.87 ~ 3 pies
Vg = 1800 * (8.2118/9) = 1642.36 pie/hr
Longitud de la zona
Capacidad útil del desecante
Xs = 0.9 *16 = 14.4 Lb H2O/ 100 Lb de desecante
Capacidad útil del desecante
Breakthrough
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
Tipo de desecante y cantidad requerida
Diferentes tipos de desecantes
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
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
Velocidad del gas
El seudo –tiempo de contacto ( Stc) puede ahora calcularse:
FpieltransversaArea
MMpcdnQg .)(,..
)(2
min)/(,......
)(
piegasdelVelocidade
pieLongitusStc
Regeneracion
El caudal de gas requerido
La temperatura final del lecho
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
Calor necesario para calentar el agua hasta la temperatura de evaporacion
Calor necesario para calentar el desecante
TxxCmQ paa
TxxCmQ pdd
Calor necesario para calentar el recipiente, tuberías , etc
TxxCmQ prr
Perdidas de calor
)(1,1 fdaV QQQQQ
TxxCmQ Pgreg
Intercambiadores de calor calculos asociados con el diseño
Estos calculos entraran en el capitulo de diseño de intercambiadores de calor.
CONSIDERACIONES BASICAS SOBRE EL DISEÑO DE UN DESHIDRATADOR CON TAMICES MOLECULARES
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
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
Problemas Operacionales
Contaminacion del tamizCausa: HC pesados, destilados, condensadoSolucion: filtros o lechos de Sílica Gel o Bauxita
aguas arribas del adsorbedor.
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
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:
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:
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.
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
DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION
DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION
Usando una temperatura del gas de entrada de 340°F.
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
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
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
GRACIAS POR SU
ATENCION !