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Proceso Del Gas II
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MÓDULO 3: PROCESOS DEL
GAS II
Docente: Msc Ing. Enrique J. Cuellar
Correo: [email protected]
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Procesos del Gas II
1. Introducción
2. Contaminantes del gas natural
3. Remoción de compuestos no deseados
4. Clasificación de los procesos de remoción del
gas natural
5. Definición de Procesos de Absorción
6. Definición de Procesos de Adsorción
7. Definición de Deshidratación del Gas
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Del pozo se extrae una mezcla de :
Hidrocarburos líquidos y gaseosos
Agua y sales disueltas
Arena
Otros contaminantes
En las unidades de tratamiento se separan unos de
otros y se acondicionan para su venta o disposición
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Primero se separan las fases obteniéndose :
Hidrocarburos en fase gaseosos
Hidrocarburos en fase liquida
Fase acuosa
Fase solida
Algunos productos no deseados pueden estar
presentes en una o mas fases
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Los gases se tratan para:
Remover gases ácidos y mercurio
Remover vapor de agua ( Deshidratación )
Remover GLP ( Ajuste del punto de rocío )
Recuperar GLP ( Turbo expansión )
Compresión a presión de gasoducto Medición e inyección a gasoducto
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En la purificación del gas natural es importante la
remoción de los gases ácidos contaminantes
Los mas importantes son el dióxido de carbono ( CO2 )
y acido sulfhídrico ( H2S )
Deben ser removidos para :
Evitar la toxicidad del H2S
Evitar la corrosión en equipos y tuberías
Mantener el poder calorífico del gas
Respetar las especificaciones
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Los hidrocarburos líquidos se tratan para :
Separar el agua libre y el agua emulsionada
Separar los solidos arrastrados
Separar gases disueltos
Reducir el contenido de sales
Bombeo a presión del oleoducto
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El agua separada se trata para:
Reducir el contenido de hidrocarburos
Eliminar los solidos en suspensión
Bombeo
Otros tratamientos según el origen y destino
Disposición en pozos o medio ambiente
Recuperación secundaria
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PLANTAS DESHIDRATADORAS:
Requerimientos para el transporte :
Punto de Rocio de HC : -4 °C a 800 psia
PCS : 995 – 1046 BTU/ft3
CO2 : 2 % molar
Inertes totales : 4 % molar
H2S : 3 mg/ m3 o 2,1 ppm
H2O : 4 lb / MMft3 o 85 ppm
O2 : 0,2 % molar
Partículas solidas : 1,4 lb / MMft3
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PLANTAS DESHIDRATADORAS:
Requerimientos para el transporte :
Partículas liquidas : 2,8 lt/ MMft3
Libre de arena, polvo, gomas, aceites, etc.
La medición del contenido de agua esta estandarizada
por ASTM D – 1142
4 lb de agua / MMft3
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CONTENIDO DE AGUA
EN GAS NATURAL
LIBRE DE GASES
ÁCIDOS
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CONTENIDO DE
AGUA EN
ÁCIDO SULFHÍDRICO
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PROCESOS DE ADSORCION
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El término adsorción se deriva de un proceso general
denominado sorción, que describe la transferencia
periódica de energía en dos subprocesos, en los
cuales un medio sólido adsorbente bajo transferencia
de energía adsorbe y desorbe una materia en estado
gaseoso.
Los dos subprocesos son clasificados en
Adsorción y desorción.
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La adsorción es el fenómeno en el cual un cuerpo
sólido, bajo la liberación de una determinada cantidad
de energía en forma de calor, adsorbe o atrapa en su
superficie una cantidad de materia gaseosa, cuyo
efecto contrario, o sea, la separación de la materia
gaseosa del cuerpo sólido mediante entrega de calor a
dicho cuerpo, se reconoce como desorción
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La adsorción se utiliza para eliminar de forma
individual los componentes de una mezcla
gaseosa o líquida.
El componente a separarse liga de forma física o
química a una superficie sólida.
El componente eliminado por adsorción de una
mezcla gaseosa o líquida puede ser el producto
deseado, pero también una impureza.
Este último es el caso, por ejemplo, de la
depuración de gases residuales.
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El sólido recibe el nombre de adsorbente, y el
componente que se adsorbe en él se denomina
adsorbato.
El adsorbente se debería ligar, en lo posible, sólo
a un adsorbato, y no los demás componentes de
la mezcla a separar.
Otros requisitos que debe cumplir el adsorbente
son:
una gran superficie específica (gran porosidad) y
tener una buena capacidad de regeneración
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Un adsorbente muy utilizado es el carbón activo.
Dado que la adsorción se favorece por
temperaturas bajas y presiones altas, para la
regeneración, es decir, para la desorción, se
emplean temperaturas altas y presiones bajas.
De este modo, para la regeneración del adsorbente
se puede utilizar, por ejemplo, vapor de agua o un
gas inerte caliente
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Curva ideal de ruptura de un adsorbedor de lecho fijo: Co
concentración de entrada de adsorbato en el fluido,
C(t)concentración de adsorbato en el fluido en la salida del
adsorbedor
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Según transcurre el tiempo, disminuye la capacidad
de adsorción en la zona inferior del lecho fijo.
El adsorbato se va ligando al adsorbente en zonas
cada vez más altas.
Esto equivale a la migración de la zona de
transferencia de materia(Mass Transfer Zone, MTZ)
con el tiempo. Una vez la MTZ ha migrado
completamente a través del lecho fijo (ruptura).
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Hay muchas sustancias con esta capacidad, pero las
mas utilizadas en la práctica son el :
carbón vegetal activado
las zeolitas,
las tierras diatomeas y
otras.
Como los procesos de absorción y adsorción son en
principio muy similares en cuanto a su resultado neto,
la refrigeración por adsorción solo se diferencia de la
de por absorción en la naturaleza de las sustancias
adsorbedoras, el refrigerante y sus temperaturas de
trabajo.
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ADSORCIÓN
Es el proceso mediante el cual un sólido poroso
(a nivel microscópico) es capaz de retener
partículas de gas o de soluto en su superficie tras
entrar en contacto con éste.
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ADSORBENTE: sólido poroso
SUSTRATO: superficie sólida sobre la que tienen
lugar la adsorción.
ADSORVATO: partículas a ser retenidas
RECUBRIMIENTO: medida de la extensión de la
adsorción de especies en una superficie
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El adsorbente dispone de nano poros, lo que se
conoce como centros activos, en los que las
fuerzas de enlace entre los átomos no están
saturadas. Estos centros activos admiten que se
instalen moléculas de naturaleza distinta a la suya
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Nano poros del adsorbente = Centros Activos
Características de los centros activos:
Las fuerzas de enlace entre los átomos no están saturadas.
Estos centros activos admiten que se instalen moléculas de
naturaleza distinta a la suya.
La adsorción es un proceso exotérmico y se produce por tanto de
manera espontánea si el adsorbente no se encuentra saturado
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Las moléculas pueden enlazarse de dos formas a una
superficie:
Adsorción Física o Fisisorción: La adsorción física consiste en
un enlace débil originado por fuerzas de Van der Waals, y en
principio no hay una redistribución de carga en la
molécula/átomo y la superficie
Adsorción química o Quimisorción: La adsorción química
implica un cambio sustancial en la densidad electrónica entre
substrato y adsorbato. La naturaleza del enlace puede ser
intermedia entre iónico y covalente
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La base del estudio lo constituyen las isotermas de
adsorción.
(representaciones gráficas de la cantidad de
sustancia adsorbida frente a otras variables como
la presión o la concentración, y la temperatura
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Área 1: bajas presiones
Adsorción directamente proporcional
a la presión
Área 2: presiones media
A mayor presión mayor adsorción
Área 3: altas presiones
La adsorción se mantiene constante a
pesar del incremento de presión
En cuanto a la temperatura a mayor
temperatura menor adsorción
Área 1
Área 2
Área 3
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PROCESOS DE REFRIGERACION
MECANICA
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La refrigeración mecánica es el proceso más simple y
más directo para la recuperación de LGN.
La refrigeración mecánica o externa es suplida por un
ciclo de refrigeración y compresión de vapor que
utiliza propano como el refrigerante y compresores
centrífugos o reciprocantes para mover el refrigerante
desde las condiciones de operación de baja presión a
las de alta presión
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En la figura se presenta un esquema de este tipo de
proceso, en este esquema puede verse que el gas de
entrada es pre-enfriado en el intercambiador de calor
gas-gas usando la corriente de gas de salida del
separador, para así de este modo aprovechar parte de
la energía utilizada para la refrigeración.
El enfriador es una unidad de tubo y carcasa tipo en
el cual el gas pasa por los tubos y le transmite la
energía al líquido refrigerante que rodea los tubos.
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El refrigerante se vaporiza y deja el enfriador
esencialmente como vapor saturado. Si hay
presente agua, la formación de hidratos es
prevenida por la inyección de un inhibidor de
hidratos, como el metanol.
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AUTO-REFRIGERACIÓN
Como se observa en la figura en oposición a la refrigeración
externa, en los procesos de auto-refrigeración el gas de entrada
es pre-enfriado usando el gas tratado, a través de un
intercambiador gas-gas, y luego se enfría aún más por una
expansión isoentálpica, o expansión Joule-Thomson, a través
de una válvula, esto produce que los hidrocarburos pesados y el
agua condensen.
En este proceso el comportamiento no ideal del gas de entrada
causa que la temperatura del gas disminuya con la reducción de
presión, y el cambio de temperatura depende principalmente de
la caída de presión
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Los líquidos condensados son removidos en uno o más
separadores para alcanzar las especificaciones de presión de
vapor y composición, el gas de salida del separador de baja
temperatura, que satisface dichas especificaciones es
calentado usando el gas de entrada.
En muchos casos el gas tratado debe ser comprimido
nuevamente a la presión de la línea de distribución requerida,
ya que ha sido expandido hasta una presión más baja, esto
penaliza el proceso debido a que tiene que tomarse en cuenta
el requerimiento de potencia de recompresión.
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Por esto el proceso es favorecido cuando el gas es producido a
una muy alta presión y puede ser expandido hasta la presión de
la línea de distribución sin necesidad de compresión
El enfriamiento en este proceso está limitado con frecuencia por
la temperatura de formación de hidratos a la presión aguas arriba
de la planta de extracción, a menos que se le inyecte un inhibidor
de hidratos, como por ejemplo, el metanol o glicol.
En este caso, el condensado compuesto de hidrocarburos y
glicol húmedo son calentados y
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separados en un separador trifásico, luego de esto el
glicol puede ser regenerado en una columna
despojadora.
Este proceso es muy efectivo si el objetivo es
recobrar etano o mayor cantidad de propano que la
obtenida por refrigeración mecánica, la auto-
refrigeración es aplicable particularmente para
volúmenes de gas pequeños, de 5 a 10 MMSCFD
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REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA
Cuando la presión disponible es insuficiente para
alcanzar el punto de rocío requerido con el proceso
de auto-refrigeración, la refrigeración criogénica
puede ser considerada.
Los procesos de refrigeración criogénica se usan
tradicionalmente para la recuperación de líquidos del
gas natural, debido a que aún cuando tienen un alto
costo de capital poseen bajos costos operacionales;
sin embargo, contienen numerosas partes movibles y
son complicadas de operar
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En la figura se muestra un esquema de este tipo
de plantas, las mismas se caracterizan por el
uso de una turbina de expansión, en sustitución
del enfriador y de la válvula JT usada en la
refrigeración mecánica y la auto-refrigeración
respectivamente, por lo cual son conocidas
como plantas turbo-expansoras
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El gas que entra a la planta se expande, esta
energía proporcionada por la expansión es suplida
en forma de trabajo a la turbina, lo que produce una
reducción de la entalpía del gas, y de esta manera
se alcanza una disminución de la temperatura aún
mayor que la alcanzada por el procesos JT simple
(entalpía constante).
La turbina puede estar conectada a un compresor, el
cual vuelve a comprimir el gas con una pequeña
pérdida en la presión total.
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PROCESOS DE ABSORCIÓN EN ACEITE POBRE
El método de absorción para recuperación de líquidos del
gas natural es muy similar al usado para endulzamiento y
para deshidratación.
En este caso se utiliza un aceite pobre como medio de
absorción, el cual tiene una gran afinidad por los
hidrocarburos pesados (C3 – C7+). En la figura se muestra
un esquema de este tipo de plantas, el gas a ser
procesado es puesto en contacto con el aceite de
absorción (aceite pobre) en una columna empacada o de
platos, la cual opera típicamente a la temperatura
ambiente y a una presión cercana a la del gas de venta
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El gas que sale por el tope es enviado hacia los
consumidores finales, mientras que el aceite ahora
rico en hidrocarburos pesados se expande para
liberar la mayor parte del metano absorbido, y luego
se dirige hacia el sistema de regeneración.
La recuperación de líquidos es típicamente 99% del
butano y la gasolina natural, 65-75% del propano, y
15-25% del etano contenido en el gas