DIPLOMADO DE OPERADORES DE PLANTA DE GASMODULO 3: PROCESOS DE GAS Y EQUIPOS

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Ing. Carlos Abel

CONTENIDO Fundamentos Deshidratacin Recuperacin de licuables Estabilizacin de lquidos Sistemas Auxiliares Control de procesos Sistemas y equipos de seguridad P Procedimientos d arranque y parada di i t de d

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RECUPERACION DE LICUABLES Introduccin Efecto Joule-Thomson Joule Thomson Refrigeracin Mecnica Turboexpander

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Ing. Carlos Abel

IntroduccinFluido del pozo CO2 Separacin de Fases Slidos Agua Condensado hacia la unidad de estabilizacin Agua Compresin Gas de Ingreso Deshidratacin Endulzamiento

Recuperacin de licuables Licuables hacia fraccionamiento 4

Compresin Gas de Venta

Gas a gaseoducto Reinyeccin Quema

IntroduccinEl objetivo bsico del procesamiento del gas natural es separar sus componentes en productos con t d t especificaciones definidas y controladas, para que p puedan ser utilizados con alto desempeo en p aplicaciones especificas, permitiendo la incorporacin de mayor valor agregado a los productos generados. De modo similar a la destilacin del petrleo que petrleo, fracciona el petrleo en productos de especificacin definida, una unidad de procesamiento de gas natural tiene como funcin bsica fraccionar el gas en productos especificados pera el cumplimiento de las diversas aplicaciones requeridas por el mercado.5

IntroduccinComponentes del gas natural H2O N2 CO2 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 . . . Cn6

Procesamiento (Separacin) N2 CO2 C1 CO2 Procesamiento H2O C2 C3 C4 C5 C C6 C7 . . Cn

Productos

Gas Venta Etano Petroqumico GLP

Gasolina Natural (C5+) (C5 )

IntroduccinTipos de unidades de procesamiento de gas natural El punto ms i t importante d t t de l las unidades d id d de procesamiento de gas natural es el sistema de generacin de criogenia (bajas temperaturas), responsables por l li bl la licuefaccin d l f i de los componentes t pesados del gas natural. El proceso termodinmico escogido para este fin define el tipo de unidad a ser utilizado. ili d7

Efecto Joule-Thomson; Joule Thomson; Refrigeracin mecnica Turbo-expansin

IntroduccinProcesos de Recuperacin de Licuables En el siguiente diagrama de fases se muestra el comportamiento de los tres principales tipos de procesos utilizados para la recuperacin de licuables.

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Factores de Seleccin del Proceso Calidad requerida de gas de venta Ca dad eque da del e ta Duracin de las reservas Caudal de gas disponible Presin, temperatura y composicin del gas natural Productos requeridos Proximidad de los centros consumidores Condicin del mercado para el proyecto y la adquisicin de las

instalaciones Tiempo de retorno del capital invertido9

Efecto Joule - ThomsonEs el ms simple y barato de los procesos, por tanto es tambin el de uso ms restringido debido a sus restringido, limitaciones tcnicas. Es normalmente utilizado en proyectos donde la composicin d l gas natural a ser t t d ya est bi i i del t l tratado t bien prxima de la especificacin del gas de venta, faltando apenas un ajuste de las fracciones ms pesadas, como butanos y pentanos. El fundamento termodinmico asociado a este proceso es la licuefaccin de los componentes ms pesados p p debido a la reduccin de temperatura proporcionada por expansin isoentlpica en una vlvula de control de p presin.10

Efecto Joule - Thomson

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Diagrama de Flujo Proceso de Recuperacin de Licuables Mediante Efecto JT

Efecto Joule - ThomsonLas caractersticas ms relevantes de este proceso de licuefaccin son: Expansin isoentlpica (h = 0) Baja eficiencia de desempeno Bajo nivel de recuperacin de propano Baja inversin P Proceso normalmente utilizado para reducir el l t tili d d i l

punto de condensacin del gas natural12

Refrigeracin MecnicaEs considerado un proceso simple de inversin media, puede generar gas especificado para venta, aunque d ifi d t presenta limitaciones tcnicas en cuanto al contenido residual de propano en el gas de venta. p p g Si el objetivo del proyecto fuera maximizar la produccin de GLP, deber considerarse la utilizacin de un proceso ms eficiente y ciertamente ms caro caro. El fundamento termodinmico asociado a este proceso es la licuefaccin de los componentes ms pesados del p p gas natural por medio de reduccin de temperatura provocada por el intercambio trmico del gas con un fluido refrigerante refrigerante.13

Refrigeracin Mecnica

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Diagrama de Flujo Proceso de Recuperacin de Licuables Mediante Refrigeracin Mecnica

Refrigeracin Mecnica

Diagrama d Fl j Ci l R f i Di de Flujo Ciclo Refrigeracin con P i Propano15

Refrigeracin Mecnica

Ciclo Refrigeracin con Propano16

Refrigeracin Mecnica

Chiller

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Refrigeracin MecnicaLas caractersticas ms relevantes de este proceso de licuefaccin son: Exige deshidratacin del gas natural Logra bajas temperaturas Utiliza un cliclo de refrigeracin con propano Proceso simple y robusto No necesita de presiones altas (no opera con

expansin del gas) Considerado de inversin media18

Refrigeracin MecnicaLos principales problemas operacionales de este tipo de unidades estn relacionados con: Formacin de Hidratos-Obstruccin de las toberas nebulizadoras -Baja eficiencia de la bomba de inyeccin -Baja eficiencia de regeneracin por falta de temperatura -Incremento en el contenido de humedad del gas

Parada de compresores de propano p p p-Problemas con la calidad del propano -Problemas elctricos

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TurboexpanderEl proceso de turboexpansin es el ms eficiente proceso termodinmico act almente utilizado en actualmente tili ado plantas de procesamiento de gas natural. p Posee un excelente rendimiento en la recuperacin del propano, siendo capaz de reducir practicamente a cero este componente en el gas de venta Adems es el nico capaz de separar venta. etano petroqumico. Es un proceso de alta inversin, por tanto se requieren volmenes de gas superiores a 90 MMscf/d para que tenga un retorno adecuado de la inversin.20

TurboexpanderLa licuefaccin de los componentes ms pesados del gas natural en este proceso es garantizado por la expansin del gas natural en una turbina, la cual libera energa que es utilizada para accionar un compresor auxiliar del sistema principal de compresin. La expansin del gas es isoentrpica, con generacin de trabajo. Debido a la reduccin de temperatura proporcionada por la expansin isoentrpica con la realizacin de trabajo el proceso consigue trabajo, alcanzar temperatura abajo de -140 F.

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Turboexpander

Diagrama de Flujo Proceso de Recuperacin de Licuables g j p Mediante Turboexpander22

Turboexpander

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Diagrama P-T para un proceso Turboexpander

TurboexpanderLas caractersticas ms relevantes del proceso de turboexpansin son: Expansin isoentrpica (s = 0) Proporciona la temperatura ms baja de todos los 24

procesos Mayor eficiencia (riqueza residual del gas de venta tiene a cero) nico con la posibilidad de generar etano petroqumico Total recuperacin del propano Alta recuperacin de etano Necesita alta inversin

Refrigeracin MecnicaLos principales problemas operacionales de este tipo de unidades estn relacionados con: Falla del sistema de control-La unidad posee un sistema de control altamente automatizado -Normalmente las fallas se dan en los PLCs

Formacin de Hidratos-Se requiere medicin en lnea de la humedad del gas a

procesar -Saturacin de los tamices moleculares -Regeneracin deficientes por baja temperatura del horno, o bajo flujo del gas caliente caliente.25

Refrigeracin MecnicaProblemas operacionales (cont.) Parada del Turboexpansor-Como principal unidad del proceso, la falla del turboexpansor

causa la prdida de obtencin de bajas temperaturas -Se podra mitigar con expansin isoentlpica con una JT

Dao del aislamiento trmico -Cuando ocurre algn hecho que impacta el nivel de aislamiento

trmico del sistema de frio de la unidad. -La prdida de eficiencia es inmediata y muchas veces requiere paradas no programadas para reparar el aislamiento.

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Comparacin de procesosObjetivos/Procesos Reducir punto de rocio Cumplir especificaciones de gas de venta enta Maximizar produccin GLP Producir etano petroqumico JT S N N N RM S S N N TE S S S S

Expansin isoentlpica versus isoentrpica Turboexpansin T / P = -1 C / atm Efecto Joule-Thomson T / P = -0.5 C / atm27