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PROCESO DEL GAS NATURAL Proceso de Gas Operar y supervisar con toda solvencia una planta de gas en todo su aspecto técnico y aplicar las ariantes necesarias para una operación óptima y sin supervisión. Generalidades El conocimiento de los elementos fundamentales es la base requerida para la práctica operativa exitosa. Operar y supervisar con toda solvencia una planta de gas en todo su aspecto técnico y aplicar las variantes necesarias para una operación óptima y sin supervisión.

Terminologia basica: Elementos y atomos Componentes quimicos y Moleculas Masa atomica relativa( Peso) Masa Molecular relativa ( Peso) Valencia Mezclas Nomenclatura de hidrocarburos basicos Serie parafinica: CnH2n+2 Serie olefinicas : CnH2n Serie Alkyno :

CnH2n-2

Serie Aromatica : CnH2n-6 Serie Naftenica : CnH2n

Componentes de hidrocarburos parafinicos: Radicales ……. Metil , etil, propil,sulfato, sulfito, carbonato

Alcoholes …….Metanol CH3OH, etanol C2H5OH Mecaptanos…...RSH, metyl mercaptano, etyl mercaptano Carbono-sulfuros ..Sulfito de carbonil COS, disulfito CS2 Nitrogeno organicos-aminas …Monoetanol amina MEA dietanolamina DEA Trietanolamina TEA Glicoles : Etilen glicol EG C2H4(OH)2 Dietilen glicol DEG , C2H2CH2OH-O-C2H2CH2OH TEG: CH2-O-CH2CH2-OH - CH2-O-CH2CH2-OH

OBJETIVOS Principales objetivos para procesar el gas en una planta son: 1.

Recuperar la máxima cantidad de líquidos posible.

2. Acondicionar tanto el gas como el líquido para que entren dentro de ciertas especificaciones para su comercialización.

TEMAS A TRATAR: Los módulos o equipos que se utlizan para cumplir estos objetivos son: 1.

Módulos de Separación

2.

Módulo de Deshidratación

3.

Módulo de Remoción de Gases Ácidos

4.

Módulo de Refrigeración

5.

Módulo de Absorción

6.

Modulo de Fraccionamiento y Estabilización

MÓDULO DE SEPARACIÓN Los equipos de separación se basan en los siguientes principios y/o mecanismos: 1.

Precipitación por gravedad

2.

Fuerza centrífuga

3.

Fuerza de impacto

4.

Precipitación electrostática

5.

Precipitación sónica

6.

Filtración

7.

Separación adhesiva

8.

Absorción

9.

Térmica

PARTES DEL SEPARADOR 1. Una sección de separación primaria para remover el líquido del gas. 2. Suficiente capacidad para líquidos, para manejar las oleadas de líquido de la línea. 3. Suficiente longitud o altura para permitir que las gotas pequeñas se asienten por gravedad. 4. Medios para reducir la turbulencia en el cuerpo principal del separador de manera de que el asentamiento tenga lugar.

5. Un extractor de nieblas para capturar las gotas arrastradas o las muy pequeñas para que se asienten por gravedad. 6. Controles de presión y nivel de líquidos. TIPOS DE SEPARADORES  Vertical  Horizontal  Esferico SEPARADORES HORIZONTALES VENTAJAS •

Fácil de transportar e instalar.

•

Más barato que el vertical.

•

Para una dada capacidad de gas, tiene menor diámetro que el vertical.

•

Más área disponible para separar dos fases líquidas.

DESVENTAJAS •

Control de nivel de líquido más crítica que el vertical.

•

Dificultoso para limpiar.

SEPARADORES ESFERICOS VENTAJAS  Más barato que los anteriores.  Compacto. DESVENTAJAS  Espacio de separación y capacidad de retención de oleadas de líquido muy limitados.  Pocos datos de operación de los mismos. MODULO DE DESHIDRATACIÓN El propósito de la deshidratación es:  Prevenir la formación de hidratos los cuales causan problemas en las plantas de proceso al obstruir el flujo del gas.  Prevenir la condensación de agua, la cual al asociarse con compuestos como el H2S y el CO2, puede ocasionar graves problemas de corrosión.

DESHIDRATACION Las principales técnicas para deshidratar gas natural son:



Absorción usando desecantes líquidos.



Absorción usando desecantes sólidos.

DESECANTES LÍQUIDOS Cuando las especificaciones de contenido de agua del gas son de alrededor de 7 lbs/MMPC, la absorción con desecantes líquidos es económicamente más factible. El líquido más utilizado en deshidratación es el glicol como: trietilenglicol (TEG), dietilenglicol (DEG) y tetraetilenglicol (TREG).

DESECANTES SÓLIDOS  Las unidades de desecantes sólidos requieren una mayor inversión y mayor costo de operación que las unidades de deshidratacion por glicol.

 Permiten rebajar el contenido de agua del gas a valores de 2 o menos libras por galon.  Su utilizacion es necesaria cuando se precisa trabajar con temperaturas bajas para recuperacion de etanos por ejemplo.  En plantas criogénicas la deshidratación por desecantes sólidos es usualmente preferida sobre la inyección de glicol para prevenir la formación de hidratos. DESECANTES SÓLIDOS (2)  Alúmina.- Proveniente de una forma natural de óxido de aluminio que es activada por calentamiento.  Gels.- Gels de aluminio o silicio fabricadas y acondicionadas para tener afinidad con el agua.  Tamices moleculares.- Fabricados o provenientes de la naturaleza como alúminosilicatos presentando un grado de selectividad basado en estructuras cristalinas en su adsorción de los componentes de gas natural. MODULO REMOCION DE GASES ACIDOS  La remoción de las impurezas denominadas gases ácidos: H2S y CO2 es necesaria para evitar la corrosión en los ductos de transporte.  Para ello normalmente se utiliza un modulo que consiste en una torre de absorción, una torre de regeneración y un caldero.  En el proceso generalmente se utiliza etanol amina que tiene la propiedad de absorber las moléculas de H2S y CO2. REMOCION DE GASES ACIDOS (2)  El proceso consiste en circular en contracorriente con el gas, en la torre de absorción, una solución de 15-60% de etanol amina en agua.  La solución agua-etanol amina rica con H2S y CO2 se descarga por el fondo de la torre, al regenerador, donde por incremento de temperatura se liberan el H2S y el CO2.  También se utilizan Tamices Moleculares para remover el H2S y el CO2 junto con el agua.  La utilización de estos equipos depende de factores económicos tanto por la inversión y el costo de operación de los mismos.

MÓDULO DE REFRIGERACIÓN  El gas, luego de la separación y deshidratación, contiene todavía componentes pesados que es necesario extraer por: ◦

El valor económico de la gasolina natural y el Gas Licuado de Petróleo.

◦

Los contratos de transporte por ductos establecen una temperatura de rocío baja para evitar condensación de líquidos en el gasoducto.

REFRIGERACIÓN Mediante un Refrigerante La refrigeración puede ser lograda mediante la utilización de un refrigerante como ser propano, propileno, freón o amonia. Comunmente llamada refrigeración mecánica pues se utiliza un compresor y su respectivo motor. Mediante un Turboexpansor Especialmente interesante cuando la presión de entrega puede ser baja, y no se necesita recomprimir el gas a su presion original. Mediante una Valvula de Expansion Efecto Joule-Thompson REFRIGERACIÓN MECANICA Los pasos del ciclo de refrigeración son cuatro: a) Expansión b) Evaporación c) Compresión d) Condensación

REFRIGERACION POR TURBOEXPANSOR

MÓDULO DE ABSORCIÓN La función de un absorbedor es remover los componentes licuables del gas.

 Esto se logra por medio del contacto del gas con un aceite en una torre donde el aceite baja y el gas sube.  La presión de vapor de los componentes absorbidos sobre el aceite es menor que su presión parcial en el gas rico, de tal modo que la transferencia es del gas al aceite.  La recuperación de propano y butano, además de los pentanos+, se puede realizar con el proceso de absorción.

MÓDULO DE FRACCIONAMIENTO El fraccionamiento consiste en separar los componentes líquidos y gaseosos en sus componentes puros o combinaciones de ellos, o sea etano, propano, butanos, GLP, gasolinas, y condensados.  Para esto se utiliza torres o columnas de fraccionamiento y el numero de las mismas depende de los productos que se desee extraer.  Para extraer el GLP por ejemplo se necesitan dos torres, una desetanizadora y una desbutanizadora.  Las torres cuentan con un calderin que calienta el producto de fondo hasta su ebullición a la presión de trabajo de la torre.  Un sistema de reflujo que permite condensar y enviar a los platos superiores de la torre parte del producto de cabeza.  Esto provee el mecanismo para incrementar la eficiencia de separación de la torre.

VEAMOS EL SISTEMA DE GAS DESDE OTRO ANGULO

Condiciones de contorno de un sistema de proceso 1. Cantidad y analisis de los fluidos de entrada 2. Demanda del mercado(cantidad y precio) para los productos efluentes 3. Condiciones legales y cuasi legales impuestas – no venteo, prorrateos

contratos y acuerdos, temas nacionales y politicos y otros 4. Factores ambientales- disponiblidad de trabajo y calidad, clima, tasas locales, densidad poblacional, disponibilidad de servicios, y otros 5

Nivel de toleranciade riesgo – tecnologico, politico y economico.

6

Calidad y cantidad de datos disponibles.

MODULOS DE DECISION Modulo de Reservorio Modulo de Separacion Modulo de Tratamiento (proceso) de Gas Modulo de Tratamiento de Petroleo Modulo de Tratamiento de agua

Sub-modulos ADECUACION Deshidratacion enduslzamiento

EXTRACCION LIQUIDOS Absorción Adsorción Condensación Valvula JT turboexpander refrigeración

ESTABILIZACIO N Demetanizador deetanizador

TRATAMIENTO PRODUCTOS deshidratacion Endulzamiento

a) Modulo de Acondicionamiento de gas Planta de remocion de :

Agua

Sulfuro dioxido de carbono Nitrogeno Oxigeno mercurio solidos Procesos usados Absorcion - glicol Adsorcion - silica gel, tamiz molecular condensacion - enfriamiento Otros –membranas, CaCl,etc b) Modulo de extraccion de liquidos Proceso usado : Absorcion - Lean Oil Adsorcion – Unidades de ciclo corto Unidades de recuperacion de HC Condensacion :

Ref. Mec.

Turboexpander Joule Tompson Etano –

producto de alimento a la petroquimica

Propano – petroquimica -combustible Butano -

petroquimica –combustible- mezcla gasolina

Gasolina natural - refineria

c) Modulo de estabilizacion La planta que se tiene basicamente consta de una torre de destilacion llamada estabilizadora , la cual estabiliza la gasolina hasta una tension de vapor de 100 kpa ( 14.4psia). d) Modulo de tratamiento del producto En muchos casos es necesario cumplir con ciertas especificaciones de venta respecto a los niveles de contaminantes CO2 del C2 o C2+ Sulfuro componentes del GLP Modulo de Extracion de liquidos Modulo de Tratamiento (proceso) de gas

EXTRACCION DE LICUABLES SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

Situación en el proceso Circuitos de propano Intercambiadores de calor Proceso Joule – Thompson Turboexpansión Diferentes procesos criogénicos Situación en el proceso Los sistemas de refrigeracion son comunes en la industria de procesamiento de gas natural y en los procesos relativos a la refinacion de petroleo, petroquimica e industria quimica. Varias aplicaciones de refrigeracion incluyen la recuperacion de recuperacion de: Liquidos del Gas Natural LGN, Gas Licuado de Petroleo GLP Control del punto de rocio de hidrocarburos DPP , LTS y

Plantas de Gas Natural Licuado LNG. La seleccion del refrigerante se basa generalmente sobre todo en los requerimientos de temperatura, disponibilidad, economia y experiencia previa. Por ejemplo en plantas de proceso de gas , el etano y el propano pueden estar a la mano. Asi como en una planta de olefinas , el etileno y el propileno estan disponibles . El propano o polipropileno pueden no ser apropiado en una planta de amonia debido al riesgo de contaminacion., mientras que el amoniaco puede muy bien servir para tal proposito. Halocarburos han sido usados entensamente debido a sus caracteristicas no inflamables.

Los refrigerantes que mas se usan : etileno, propano, propileno, R-12 y R-22. Refrigeracion Mecanica Ciclo de refrigeracion El efecto de refrigeracion puede ser alcanzado usando uno de estos ciclos: 

Compresion – Expansion de vapor



Absorcion



Compresion de agua –vapor ( Steam Jet)

Por utilizacion de de los diagramas de Presion – entalpias el ciclo de refrigeracion puede ser dividido dentro de 4 pasos distintos: 

Expansion



Evaporacion



Compresion



Condensacion

Expansion Joule-Tompson El uso del efecto JouleTompson(J-T) para recuperara liquidos es una alternativa atractiva en muchas aplicaciones. El concepto general es para enfriar el gas por expansion del gas a traves de una valvula J-T. Con un intercambio apropiado de calor y una diferencial de presion grande a traves de la valvula J-T, temperaturas criogenicas pueden lograrse resultando en altas extracciones eficientes. La gran diferencia entre un diseno J-T y los turboexpanders, es que, la expansion es adiabatica a traves de la valvula, en cambio en el turbo expander es casi isentropica.

Ademas el diseno J-T tiende a ser menos eficiente por unidad de energia expandida que en el turboexpander. Los proceos J-T ofrecen algunas ventajas sobre los turboexpander y procesos de refrigeracion en las siguientes situaciones. 1. Bajas tasas de gas y modestas recuperaciones de etano 2. El proceso puede ser disenado sin equipos rotativos. 3 Amplio rango de flujos. 4. Simplicidad del diseño y operación

Proceso turboexpander El uso del turbo expander en el las plantas de proceso de gas comenzo en los años 70. La mayoria de las nuevas plantas de proceso para a la recuperacion de etano y propano fueron diseñadas para incorporar caracteristicas particulares ventajosas de un truboexpander produciendo trabajo util. El proceso que domina el diseño de la planta de recuperacion de etano es el Proceso turboexpander. Este proceso usa la presion del gas de entrada requerida para producir enfriamiento por expansion a traves de la turbina (turboexpansor). El turboexpander utiliza totalmente el trabajo util de esta expansion del gas. Tipicamente el expander esta ligado a un compresor centrifugo para recomprimir el gas residual del proceso. Debiodo a esto la expansion es casi isentropica, el turboexpansor reduce significatimente a la temperatura mas que la expansion a traves de la valvula J-T.

El proceso turboexpander a sido aplicado a un amplio rango de condiciones de procesos y ademas a la proyectos de recuperacion de etanos, a menudo , es usado para una alta recuperacion de propano. La seleccion de un proceso turboexpander se indica cuando existen uno o mas de las siguientes condiciones : 1. Caida de presion libre la corriente de gas. 2. Gas pobre 3. Requerimientos de alta recuperacion de etano. ( por encima del 30%). 4. Requerimientos compactos de distribucion de plantas. 5. Flexibilidad de operacion ( facilemente adaptable a amplio rango de presion y productos) Hay multiples factores ademas de los indicados arriba que afectan la selecion del proceso Final. Si dos o mas de las condicones de arriba existen generalmente un proceso de turboexpander sera la mejor elecccion.

ETANO

AEROENFRIADOR

DEETANIZADORA

BOMBA REFLUJO

DEETANIZADORA

SUBENFRIADOR

C2+ BOMBA

DEMETANIZADORA

GSP mejorado Toma como base el proceso GSP se buscó realizar una mejora del mismo para el modo de rechazo de etano que permita maximizar la recuperación de C3, reducir la potencia de compresión y aumentar la recuperación hasta el +99%.