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Recobro de Lquidos NGL(Natural Gas Liquids)Diana Carolina Figueroa Mendez Eliana Catherine Gmez Pinto Wilson Fernado Len Amaya Oscar Aressu Ebratth Salgado
Seminario de Ingeniera de Gas30 de marzo de 2012 Escuela de Ingeniera de Petrleos Facultad de Ingenieras Fsico-Qumicas
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Introduccin
Recobro de Lquidos del Gas Natural La remocin de componentes pesados de hidrocarburos como productos lquidos es lograda con el procesamiento del gas en facilidades de supercie usando principios fsicos. Los hidrocarburos pueden ser condensados y separados como lquidos por el incremento de la presin y reduccin de la temperatura. Tambin pueden ser separados por absorcin utilizando derivados del petrleo, separacin criognica, adsorcin a bajas temperatura, refrigeracin o fraccionamiento. La seleccin de uno de estos procesos para una aplicacin especca depende de la composicin del gas y la rata de ujo de gas, la economa de la extraccin del GLP y la economa de recuperacin del etano.
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Objetivos del Recobro de NGL
Objetivos Disminuir el poder calorco del gas con el n de cumplir con los estndares de calidad. Recobro de hidrocarburos lquidos del gas para su comercializacin. Controlar el punto de roco del gas y evitar la condensacin de lquidos en la tubera.
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HistoriaSiglo XX Recuperacin de lquidos involucrando compresin y enfriamiento de la corriente de gas y estabilizacin de un producto de la gasolina. 1920 Absorcin con aceite pobre para recobro de gasolina y recuperacin de crecientes cantidades de butano. 1950 Absorcin con aceite pobre refrigerado.
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Denicin
Denicin Son todos los hidrocarburos lquidos, ms pesados que el metano, que pueden ser extrados de una corriente de gas natural. Productos NGL Los productos que se obtienen en una planta NGL son: C2 Etano. C3 Propano. iC4 Isobutano. nC4 Normalbutano. C5+ Pentano y mas pesados.
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Denicin Son todos los hidrocarburos lquidos, ms pesados que el metano, que pueden ser extrados de una corriente de gas natural. Productos NGL Los productos que se obtienen en una planta NGL son: C2 Etano. C3 Propano. iC4 Isobutano. nC4 Normalbutano. C5+ Pentano y mas pesados.Planta NGL Ahwaz, Irn
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DenicinConsideraciones Calidad de los productos expresada como: Presin de vapor. Densidad relativa o absoluta. Designacin estndar (e.g,Propano Comercial). Color, concentracin de contaminantes, etc., determinados con pruebas estndar. Mximo contenido de agua.
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Diferencia entre LPG, NGL y LNG
LPG (Liqueed Petroleum Gas) Gas Licuado de Petrleo (GLP) Formado principalmente por propano o mezclas de butano/propano, ms pesado que el aire y que tal como lo indica su nombre, se almacena en cilindros en forma lquida. NGL (Natural Gas Liquids) Lquidos de Gas Natural (LGN) . Los lquidos del gas natural (LGN), formados por etano, propano, butano y otros componentes hidrocarburos ms pesados, son utilizados en el mercado interno como combustible y materia prima (industria petroqumica entre ellas). LNG (Liqueed Natural Gas) Gas Natural Licuado (GNL) Es el gas natural (predominantemente metano, CH4 ) que ha sido convertido temporalmente a forma lquida para facilitar su almacenamiento o transporte.
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Diferencia entre LPG, NGL y LNG
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Diferencia entre LPG, NGL y LNG
NGL (Natural Gas Liquids) Lquidos del Gas Natural
LNG (Liqueed Natural Gas) Gas Natural Licuado
Formados por etano, propano, butano y hidrocarburos ms pesados, son utilizados en el mercado interno como combustible y materia prima.
Gas natural que ha sido convertido temporalmente a forma lquida para facilitar su almacenamiento o transporte.
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Lquidos del Gas NaturalDesignaciones estndar En una planta de NGL, se puede obtener uno o ms de los siguientes productos: Gasolina Natural. Propano Comercial. Propano HD-5. Butano Comercial. Mezclas Butano-Propano. Etano.
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Gasolina NaturalDescripcin Mezcla de hidrocarburos lquidos extrada del gas natural. Est compuesta principalmente de pentanos y otros hidrocarburos ms pesados. Pueden incluirse cantidades variables de butanos.
Especicaciones para la gasolina natural. Adaptado de GPSARecobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Gasolina Natural
Principales usos de la gasolina natural. Adaptado de campbell
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Propano ComercialDescripcin Fluido de al menos 95 % propano y/o propileno. La presin de vapor real no debe exceder los 208 psig. a 100 F. Debe satisfacer la prueba GPA, para sulfuro total, residuos, sequedad y compuestos corrosivos.
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Propano ComercialPropano HD-5 Grado especial de propano usado principalmente como combustible para motores. La presin de vapor real no debe exceder los 208 psig. a 100 F. Debe satisfacer todas las pruebas para el propano comercial. No puede contener ms de 5 % en propileno. Debe contener al menos 90 % en volumen lquido de propano.
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Propano Comercial
Principales usos del propano. Adaptado de campbell
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Butano Comercial
Descripcin Fluido predominantemente compuesto de butano y/o butileno. La presin de vapor real no debe exceder los 70 psig. a 100 F. La temperatura a la cual el 95 % se evapora no debe exceder 36 F corregido a 14.7 psia Debe satisfacer la prueba GPA, para sulfuro total, residuos, sequedad y compuestos corrosivos.
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Butano Comercial
Principales usos del butano. Adaptado de campbell
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EtanoDescripcin No existe una especicacin estndar. Aunque existen ciertos criterios tpicos de calidad usados en la industria. Su uso es casi exclusivo en la industria petroqumica. Normalmente solo se puede transportar por tubera debido a la alta presin necesaria para mantenerlo lquido. La existencia de redes de transporte es un factor vital en la decisin de recuperar etano.
Criterios de calidad tpicos para el butano. Adaptado de GPSA
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Etano
Principales usos del etano. Adaptado de campbell
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Generalidades Absorcin con Aceite Pobre
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Generalidades Absorcin con Aceite Pobre
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Absorcin con Aceite Pobre
Denicin Proceso en el cual una molcula de vapor de hidrocarburo ligero entra en solucin con una corriente de hidrocarburo liquido (C9 , C10 , C10+ ) y es separado de la corriente de Gas. El proceso puede ser operado a temperatura ambiente si solo se desea los productos mas pesados GNL. El aceite pobre es usado para absorber los componentes hidrocarburos livianos del gas. Los componentes livianos son separados del aceite rico y el aceite pobre es reciclado. Hay dos tipos de plantas de absorcin con aceite pobre usadas en el procesamiento del gas: las plantas a temperatura ambiente y las plantas de absorcin a baja temperatura.
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Generalidades Absorcin con Aceite Pobre
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Absorcin con Aceite Pobre
Historia El concepto de absorcin con aceite pobre se ampli signicativamente en la dcada de 1950 y comienzos de 1960, mediante la refrigeracin de las tasas de circulacin de aceite pobre y el uso de aceites ms livianos para mejorar la eciencia de absorcin. En los aos 70 la empresa americana Ortloff Engineers Ltda desarrollo y patento varios procesos para recobro de lquidos: Proceso de Gas Subenfriado (GSP). Proceso de Recirculacin en el Domo (OHR). En 1997 Advanced Extraction Technologies Inc. (Yuv Mehra), reintrodujo la tecnologa de absorcin mediante la utilizacin en Canad de un solvente mas eciente, implementando mejoras en presaturacin y enfriamiento.
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Generalidades Absorcin con Aceite Pobre
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Descripcin del ProcesoProceso de absorcin con aceite pobre
Fuente. Especializacin en ingeniera de gas. Nicols santos
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Descripcin del Proceso
Proceso de Absorcin con Aceite Pobre1 2
El gas rico es enfriado antes de entrar a la torre absorbedora. En la torre absorbedora el gas rico entra por el fondo y uye en contracorriente con el aceite pobre que entra por el tope. El aceite rico entra a la torre desmetanizadora/desetanizadora (columna de estabilizacin) donde el calentamiento (que se debe al calentamiento de una fraccin de aceite rico, por medio de un intercambiador de calor) permite retirar metano y/ etano. Luego de la desmetanizadora, la corriente que sale por el fondo sigue su camino hacia la torre de regeneracin.
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Descripcin del Proceso
Proceso de Absorcin con Aceite Pobre5
El aceite rico en componentes intermedios ingresa a la torre de fraccionamiento o Still (operado a bajas presiones y altas temperaturas). Los lquidos del gas natural son liberados del aceite rico por la combinacin de reduccin de presin y adicin de calor al Still por medio del rehervidor. Por el tope de la regeneradora, sale los HCs liberados, los cuales se llevan a un condensador primario, para retener cualquier perdida de aceite pobre. Los HCs liberados siguen a otros procesos. Parte del aceite pobre se enfra para que ingrese al tope de la torre desmetanizadora/desetanizadora y se previene la prdida de lquidos GN Parte del aceite pobre ingresa al tope de la torre.
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Absorbedoras a Temperatura Ambiente
Absorcin a Temperatura Ambiente Las plantas a temperatura ambiente fueron histricamente las primeras plantas de aceite pobre. Cuentan con enfriamiento a temperatura ambiente (usualmente con agua) para el proceso de enfriamiento. El vapor es usado como un medio de despojo para ayudar a remover los LGN de la corriente de aceite. El peso molecular del aceite pobre generalmente est en el rango de 140 a 190. Las plantas a temperatura ambiente se han hecho inviables econmicamente debido a las altas tasas de circulacin de aceite pobre que se requieren.
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Absorbedoras a Temperatura AmbientePlanta tpica de absorcin con aceite pobre a temperatura ambiente
Fuente. Especializacin en ingeniera de gas. Nicols santos.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Absorbedoras a Baja Temperatura
Absorcin a Baja Temperatura En los aos 50 y principios de los 60 las plantas de aceite pobre a baja temperatura reemplazaron a las plantas a temperatura ambiente como las plantas de procesamiento de gas ms comunes. Estas plantas emplean sistemas de refrigeracin para enfriar el aceite pobre y las corrientes de gas natural lo cual incrementa el recobro de los componentes livianos del NLG y disminuye las tasas de circulacin de aceite pobre. El peso molecular del aceite pobre normalmente est comprendido en el rango de 100 a 140 dependiendo del nivel de enfriamiento.
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Absorbedoras a Baja TemperaturaPlanta tpica de absorcin con aceite pobre a temperatura ambiente
Fuente. Especializacin en ingeniera de gas. Nicols santos.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Diseo del Proceso de Absorcin
Criterios de Diseo En la medida que los componentes se absorben, las temperaturas de las fases incrementan debido al calor de absorcin. El calor liberado es proporcional a la cantidad de gas absorbido. Los componentes ms pesados son absorbidos ms fcilmente y el componente ligero se absorbe con ms dicultad. El porcentaje real de la absorcin de cualquier componente depende de su volatilidad, de la presin y temperatura de contacto, de la cantidad de aceite pobre contactando el gas y del nmero de etapas de contacto (platos). Entre ms bajo es el peso molecular del aceite pobre, tendr ms moles por galn con lo cual la tasa de circulacin es ms baja. Sin embargo, para bajos pesos moleculares del aceite pobre hay ms prdidas por vaporizacin. El peso molecular ptimo del aceite absorbente es el mnimo peso para el cual este va a tener unas prdidas o fugas aceptables al interior de la absorbedora. El nmero de platos en una absorbedora normalmente est en el rango de 25 a 35 %, y la eciencia vara segn sea el componente clave, entre 25 y 35 %.
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Diseo del Proceso de Absorcin
Criterios para la Seleccin del Aceite Solubilidad del gas Volatilidad Corrosividad Costos Viscosidad Toxicidad Reactividad Punto de congelacin
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Diseo del Proceso de Absorcin
Condiciones de Operacin Actuales Presin de operacin de la absorbedora de 600 psia - 1000 psia. Temperaturas de contacto entre -22 F a 40 F. Peso molecular del aceite entre 100 y 140. Las tasas de circulacin de aceite pobre de 1m3 por 3000m3 de gas (es comn 1 galn U.S por 400 PSD). Recobros de etano del 20- 40 %, 90 a 95 % de propano y 98 a 100 % de butanos.
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Diseo del Proceso de Absorcin
Diseo La absorbedora se disea para extraer del gas un componente o componentes en particular. La extraccin de cualquier componente de la corriente de gas es denida por la fraccin del componente en la corriente de gas rico y la fraccin del componente en la corriente gas pobre. Yn+1 Y1 An+1 A = n+1 = Ea Yn+1 Yo A 1
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Diseo del Proceso de AbsorcinEcuaciones Yn+1 Y1 An+1 A = n+1 = Ea Yn+1 Yo A 1 Donde: Yn+1 = Moles en corriente de gas rico. Y1 = Moles en corriente de gas, pobre. Yo = Moles de gas en la corriente de aceite pobre. Ea = Eciencia de absorcin deseada. Y A, es el factor de absorcin promedio: Lo (Kavg )(Vn+1 )Balance de Materia
A=
Donde: Lo = Tasa de lquido en contraujo. [moleshr] Kavg = Equilibrio entre fases. Vn+1 = Tasa de gas. [moleshr]
Fuente. Especializacin en ingeniera de gas. Nicols santos.Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Diseo del Proceso de AbsorcinTablas de razn de equilibrio lquido-vapor K
Fuente. GPSA, Section 25, Ed. 2004.
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Diseo del Proceso de AbsorcinTablas de coeciente de absorcin promedio
Fuente. GPSA, p. 19-33, Ed. 2004.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Diseo del Proceso de AbsorcinEjemplo Se desea usar una planta de aceite absorbente para recuperar el 75 % del propano que se encuentra en una corriente de 100 moles de gas rico. La torre absorbedora a usar posee 6 platos tericos. Asma que el aceite pobre que ingresa al proceso es separado completamente de los componentes recobrados del gas rico y calcule :1
Que tasa de circulacin de aceite debe ser usada si la temperatura de operacin promedio es 104 F y la presin de 1000 psia? Cul ser la composicin del gas al abandonar la torre contactora?
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Composicin del Gas Composicin C1 C2 C3 iC4 nC4 C6Recobro de Lquidos NGL
%Mol 90.6 4.3 3.2 0.5 1.0 0.4
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Inciso 1:1
Con la eciencia de absorcin dada para el propano del 75 % (Ea=0,75) y los 6 platos tericos, de la gura 19-51 de la GPSA, se lee el valor de A. Ahora se procede a calcular la tasa de aceite necesaria para remover el propano con la eciencia requerida. Se lee el valor de k de la gura 25-13 de la GPSA.
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L0 = A(Kavg )(Vn+1 ) L0 = 0,8 0,37 100 L0 = 29, 6[moles/hr ]
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Diseo del Proceso de AbsorcinTabla de factor de absorcin promedio
Fuente. GPSA, p. 19-33, Ed. 2004.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Diseo del Proceso de AbsorcinTabla de razones de equilibrio K
Fuente. GPSA, p. 25-13, Ed. 2004.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Inciso 2 Utilizando las cartas de equilibrio de la seccin 25 de la GPSA con temperatura y presin dada. Se leen los valores del factor K para cada componente del gas a T=104F y P=1000 psia. Componente C1 C2 C3 iC4 nC4 C6 Factor K 3.25 0.9 0.37 0.21 0.17 0.035
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Inciso 2 Una vez determinados los valores K para cada uno de los componentes, y con el valor de Lo del inciso 1 se procede a calcular los valores de A (factor de absorcin) para cada componente restante de la corriente de gas:
A = L0 /(Kavg )(Vn+1 ) 29, 6 = 0,091 3,25 100 Metano 29, 6 = 0,329 0,9 100 Etano
A=
A=
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Valores obtenidos para cada componente COMPONENTE C1 C2 C3 iC4 nC4 C6 %MOL 90,6 4,3 3,2 0,5 1,0 0,4 K 3,25 0,9 0,37 0,21 0,17 0,035 A 0,091 0,329 0,80 1,41 1,74 8,46
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Diseo del Proceso de AbsorcinInciso 2. Con los valores de A hallados en el paso anterior y la grca 19-51 de la GPSA y teniendo en cuenta los platos de la torre absorbedora (6 platos) se leen los valores de Ea para cada componente.
Tabla de factor de absorcin promedio
FACTOR A 0.091 0.329 0.8 1.41 1.74 8.46
Ea 0.091 0.329 0.75 0.96 0.985 1
Fuente. GPSA, p. 19-33, Ed. 2004.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Inciso 2 Ahora se procede a calcular las moles de cada uno de los componentes presentes en la corriente de gas pobre:
Para el Metano se tiene: Ea = Yn+1 Y1 Yn+1 Yo
Para el Etano se tiene: Ea = Yn+1 Y1 Yn+1 Yo
90,6 Y1 = 0,091 90,6 0 Y1 = 82,36[moles]
4,3 Y1 = 0,329 4,3 0 Y1 = 2,89[moles]
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Resultados
COMPON. C1 C2 C3 iC4 nC4 C6 Total
% MOL 90,6 4,3 3,2 0,5 1,0 0,4 100
K 3,25 0,9 0,37 0,21 0,17 0,035
A 0,091 0,329 0,80 1,41 1,74 8,46
Ea 0,091 0,329 0,75 0,96 0,985 1,0
Y1 82,36 2,89 0,80 0,02 0,015 0,0 86,085
100 86,085 = 13,915 = Moles Removidas
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Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL
Diseo del Proceso de Absorcin
Inciso 2. Finalmente se calculan las moles de cada componente en la corriente de aceite rico. Para el metano se tiene:
L = Yn+1 Y1 + Yo = 90,6 82,36 + 0 = 8,24Donde: Yn+1 =Moles de gas rico Y1 = Moles de gas pobre Yo = Moles de gas en aceite pobre L= Moles de gas en aceite pobre
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Diseo del Proceso de Absorcin
Tabla de Resultados
COMPON. C1 C2 C3 iC4 nC4 C6 Total
% MOL 90,6 4,3 3,2 0,5 1,0 0,4 100
K 3,25 0,9 0,37 0,21 0,17 0,035
A 0,091 0,329 0,80 1,41 1,74 8,46
Ea 0,091 0,329 0,75 0,96 0,985 1,0
Y1 82,36 2,89 0,80 0,02 0,015 0,0 86,085
L 8,24 1,41 2,40 0,48 0,985 0,40 13,915
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PresaturacinPresaturacin La presaturacin es un proceso en donde el aceite pobre se mezcla con un ujo de gas pobre generalmente gas de residuo o producto de tope de la desetanizadora de aceite pobre (ROD).Proceso de Presaturacin
Fuente. Especializacin en Ingeniera de Gas. Nicols SantosRecobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Ventajas y Desventajas del Proceso
Ventajas Puede operar a la presin de entrada del gas. Las prdidas de presin en la corriente de gas son mnimas. El proceso puede ser operado a temperatura ambiente. Si se realiza la presaturacin se incrementa el recobro de GNL.
Desventajas Requiere plantas de procesamiento muy grandes. Los requerimientos energticos pueden ser muy altos. Prdidas de aceite pobre en el lquido recuperado. Requiere un proceso de fraccionamiento mejorado.
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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IntroduccinProcesos de refrigeracin Los procesos de refrigeracin reducen la temperatura del gas para condensar NGL a partir de corrientes de gas crudo. La refrigeracin de corrientes de gas puede tener dos objetivos principales: Control del punto de roco de la corriente. El recobro de lquidos.
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Introduccin
Consideraciones Para el control del punto de roco se debe llevar la corriente de gas de 6 a 10 grados por debajo del punto de roco deseado. Para el recobro de lquidos se debe condensar la menor cantidad de componentes poco comerciales. Para maximizar el recobro de lquidos, se recomienda una presin ente 400 y 600 psia. con el n de evitar la condensacin de metano. La separacin se lleva a cabo a la presin de venta para ahorrar costos de recompresin.
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Introduccin
Condiciones de Presin y Temperatura Para una presin de separacin seleccionada, la correspondiente temperatura de operacin se escoge con base en el tipo de producto: Si el lquido producido se va a vender como aceite crudo, la presin de separacin debe estar entre los 0 C y los 5 C Si el propano es el componente mas ligero del producto lquido, la temperatura estar entre .30 C y -18 C. Si la temperatura de operacin se ja por debajo de los 30 C, se obtiene un rango criognico de recobro de etano.
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Procesos de Refrigeracin
Tipos de Refrigeracin Dependiendo de la fuente de refrigeracin, este proceso se puede presentar en dos categoras principales: Refrigeracin Externa Se obtienen bajas temperaturas a partir del intercambio de calor de la corriente a refrigerar, con un uido a baja temperatura. El proceso de refrigeracin externa mas comn es la refrigeracin mecnica. Auto-refrigeracin Se busca generar grandes cadas de presin en la corriente a refrigerar, para obtener grandes cadas de temperatura. Los procesos mas comunes son la expansin Joule-Thompson y la Turbo-expansin.
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Procesos de Refrigeracin
Refrigeracin por Compresin Se fuerza mecnicamente la circulacin de un uido en un circuito cerrado. Se crean zonas de alta y baja presin para que el uido absorba calor en un lugar y lo disipe en el otro. El uido refrigerante intercambia calor con la corriente de gas.
Expansin J-T El principio de operacin es el efecto Joule-Thomson. Requiere una presin de entrada alta. Sistemas sencillos y de fcil operacin.
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Generalidades Refrigeracin Mecnica
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Refrigeracin Mecnica
Refrigeracin Mecnica Es una alternativa para re-mover componentes hidrocarburos pesados y reducir el punto de roco del gas. Este proceso puede ser usado para la recuperacin de propano y, en el caso gases ricos, para la recuperacin de cantidades razonables de etano. El nivel de recobro depende fuertemente de la presin del gas de entrada, la composicin del gas y el nivel de temperatura que se pueda lograr en con el sistema de refrigeracin.
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Pasos Expansin. Evaporacin. Compresin. Condensacin. Elementos Vlvula de Expansin. Evaporador. Compresor. Condensador.
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Expansin El punto de partida en un ciclo de refrigeracin es la disponibilidad de un lquido refrigerante. El punto A en la gura representa un lquido en el punto de burbuja a presin de saturacin PA , y entalpa, hLA . La presin y la temperatura son reducidas rpidamente haciendo pasar el lquido por una vlvula de control a una presin PB . La presin, PB , mas baja se determina a partir de la temperatura, TB en el punto B, deseada para el refrigerante. En el punto B la entalpa del lquido saturado es hLB , mientras que la correspondiente entlapa para el vapor saturado es hVB . Como la expansin entre A-B ocurre a travs de una vlvula, la entalpa total a la salida de la vlvula es igual a la de entrada, hLA .Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Expansin El punto B se encuentra dentro de la envolvente de fases, lo que indica coexistencia lquido vapor. Las ecuaciones para el balance de calor y la fraccin de lquido formado son: (X )hLB + (1 X )hVB = hLA hVB hLA hVB hLB hLA hVB hVB hLB
X =
(1 X ) =Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Evaporacin El vapor formado en el proceso de expansin (A-B) no provee refrigeracin alguna al proceso. El calor es absorbido por la evaporacin de la porcin liquida de el refrigerante. La entalpa del vapor en el punto C es hVB . Fsicamente la evaporacin toma lugar en un intercambiador de calor referido como un evaporador o chiller.
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Evaporacin El proceso de refrigeracin proviene del lquido fro, X, y su efecto refrigerante puede ser denido como X (hVB hLB ) Efecto = hVB hLA La capacidad de refrigeracin o duty se reere a la cantidad total de calor absorbido en el chiller por el proceso Generalmente se expresa en toneladas de refrigeracin, o BTU/Unidad de tiempo. La tasa de ujo de refrigerante esta dada por: m= Qref hVB hLA
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Compresin El vapor refrigerante sale del chiller a la presin PC . Estos vapores se comprimen isoentrpicamente a una Presin de PA a lo largo de la linea C-D. El trabajo isoentrpico (ideal), Wi , para comprimir el refrigerante desde PB a PA est dado por: Wi = m(hVD hVB ) La cantidad hVD se determina a partir de las propiedades del refrigerante a PA y a una entropa de SC .
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Compresin La eciencia isoentrpica, i , ha sido denida para compensar las ineciencias del proceso de compresin. El trabajo real de compresin, W , puede ser calculado de: W = m(hVD hVB ) Wi = = m(hVD hVB ) i i
La entalpa en la descarga esta dada por: hVD = (hVD hVB ) i + hVB
El trabajo de compresin puede ser expresado como: GHP =Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
W 2544,4
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Ciclo de Refrigeracin MecnicaProceso de Refrigeracin Mecnica
Condensacin El refrigerante se enfra a una presin casi constante hasta la temperatura de punto de roco, TA Los vapores refrigerantes comienzan a condensarse a temperatura constante. Sumando el duty de refrigeracin al calor de compresin, se calcula el duty de condensacin, Qcd , de: Qcd = m[(hVB hLA ) + (hVD hVB )] = m(hVD hLA ) La presin de condensacin del refrigerante es una funcin del medio de enfriamiento disponibl El medio de enfriamiento es el sumidero de calor para el ciclo de refrigeracin.
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-2, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
Generalidades Refrigeracin Mecnica
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Refrigeracin por Etapas
Refrigeracin de Dos Etapas Los sistemas de refrigeracin que hacen uso de una, dos, tres o cuatro etapas de compresin han sido operados exitosamente a varios servicios. El numero de niveles de refrigeracin generalmente depende del numero de etapas de compresin requeridas, cargas de calor inter-etapas, economa y el tipo de compresin. El consumo de energa frecuentemente se reduce con el incremento en el nmero de etapas. El costo de instalacin de un sistemas de refrigeracin se incrementa con el numero de etapas.
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Refrigeracin por EtapasSistema de Refrigeracin de Dos Etapas
Fuente. GPSA.
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Generalidades Refrigeracin Mecnica
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Proceso de Refrigeracin del Gas Natural
Proceso de Refrigeracin Mecnica
Ejemplo Calcular la potencia y el duty requerido para el proceso mostrado usando refrigeracin con propano. La temperatura de condensacin diseada es de 120 F. La cada de presin desde los chillers a la succin del compresor es de 1.5 psi. La cada de presin desde la descarga del compresor hasta el recibidor es de 10 psi.
Fuente. Adaptado de GPSA, p. 14-5, ed. 2004 [1]Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
Generalidades Expansin Joule-Thompson
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Expansin Joule-ThompsonDenicin Los procesos que hacen uso del efecto de enfriamiento de la expansin de un gas a travs de una vlvula o un choque son llamados unidades LTS (Low Temperature Separation) o LTX (Low Temperature Extraction). Un nombre mas comn para este tipo de proceso es Planta J-T. Este nombre se atribuye al proceso debido a que el principio termodinmico que explica la expansin del gas a travs de una vlvula es llamado Expansin JouleThomson. Debido a que en el proceso el gas se enfra hasta un punto en el cual se puede presentar la formacin de hidratos, se inyecta etilen-glicol. Las plantas J-T son facilidades simples y de fcil operacin. Tienen la limitacin de que la presin de cabeza debe ser de al menos 300-500 psia por encima de la presin de venta. Cuando el yacimiento se depleta al punto en el que esta presin de exceso nos esta disponible, el proceso deja de funcionar como un mtodo de control del punto de roco a menos que se instale un mtodo de compresin para mantener la presin de entrada.
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Generalidades Expansin Joule-Thompson
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Expansin Joule-ThompsonDiagrama de una planta J-T con inyeccin de glycol
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Caida de Presin a Travs de una Vlvula
Caida de Presin a Travs de una Vlvula La cada de presin a travs de una vlvula es un proceso isentlpico, para el cul se cumple la siguiente ecuacin: T P T =H
JT =
T V P P Cp
(1)
El smbolo JT se conoce como el coeciente Joule-Thomson. Dicho coeciente describe el comportamiento de la temperatura de un uido durante un proceso de estrangulamiento. Si JT > 0, la temperatura del gas decrecer ante una expansin, si JT < 0, la temperatura crecer, y si JT = 0, la temperatura se mantendr constante.
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Generalidades Expansin Joule-Thompson
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Caida de Presin a Travs de una Vlvula
Cada de Presin a Travs de una Vlvula En un diagrama de presin temperatura, el coeciente Joule-Thomson representa la pendiente de las lineas de entalpa constante que se obtienen al jar, para un uido particular, valores para la presin y temperatura de entrada y medir la presin y temperatura de salida al pasar a travs de una vlvula. Los puntos en los que la pendiente de las lineas de entalpa constante cambia de signo, se denomina temperatura de inversin, al trazar una linea que una tales puntos se obtiene una curva llamada linea de inversin.
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Generalidades Expansin Joule-Thompson
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Caida de Presin a Travs de una VlvulaLineas de entalpa constante para una sustancia en un diagrama T-P
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Generalidades Expansin Joule-Thompson
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Condensacin a travs de una vlvula
Condensacin a travs de una vlvula A travs de una vlvula, la primera ley de la termodinmica se reduce a h1 = h2 . No hay trabajo y el proceso es casi adiabtico. La cantidad de calor transferido a travs del cuerpo de la vlvula es poco y el gas esta dentro de ella durante un periodo de tiempo muy corto. El clculo de la entalpa es un proceso de prueba error como sigue:1 2 3
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Calcular la entalpa total de la corriente de entrada a P1 y T1 . Asumir la temperatura desconocida T2 . Hacer un calculo ash a P2 y T2 para encontrar la cantidad relativa de cada fase. Se halla la entalpa en el punto 2 a partir del clculo ash y la temperatura asumida T2 . Se vuelve al paso 2 hasta que h2 = h1 dentro de la exactitud deseada.
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Generalidades Procesos criognicos: Turboexpander
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Generalidades Procesos criognicos: Turboexpander
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Procesos Criognicos: TurboexpanderGeneralidades La planta de gas criognica es construida alrededor de un proceso que produce temperaturas muy bajas para afectar las propiedades del gas natural.
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Generalidades Procesos criognicos: Turboexpander
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Principios FsicosPrincipios Fsicos El corazn de la planta de gas criognica es una mquina llamada Turboexpander.
En general, una turbina es un motor rotor que extrae energa de un uido y convierte dicha energa en trabajo.Turbina
Turbina
Un Turboexpander es una turbina de ujo centrfugo o axial, a travs de la cual un gas a alta presin es expandido para producir trabajo.
Fuente. http://site.ge-energy.comRecobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
Generalidades Procesos criognicos: Turboexpander
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Proceso de Recobro CriognicoEsquema del Proceso Criognico
Fuente. Tomado y modicado de Campbell, J. Gas processing and conditioning. 2003.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
Generalidades Procesos criognicos: Turboexpander
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Proceso de Recobro Criognico
Proceso de Recobro con Planta Criognica1
El gas rico de entrada T=100 F y P=1000 psig. Debe entrar primero a un separador para remover el agua libre y luego debe ser deshidratado para remover prcticamente todo el vapor de agua que contiene. El gas pasa a travs de unos intercambiadores gas a gas donde el gas de entrada intercambia calor con la corriente que sale de la desmetanizadora, la cual ayuda a enfriar el gas de entrada. La corriente de gas parcialmente condensada entra al separador fro a una temperatura de -90 F. Los lquidos que salen del separador fro alimentan la desmetanizadora. El gas que sale del separador fro entra a la Turboexpander (expansor y compresor). La corriente que sale del expansor es usualmente un uido de dos fases. Esta corriente entra a la desmetanizadora a T = 150 F y P = 225psig.
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Proceso de Recobro Criognico
Proceso de Recobro con Planta Criognica5
La turbina del expansor est conectada al compresor. El expansor utiliza la energa removida del gas debido a la cada de presin para manejar el compresor, el cual ayuda a comprimir el gas. Los lquidos que salen del Turboexpander entran a la torre desmetanizadora con los obtenidos en la parte inferior del separador fro. En la desmetanizadora el metano y los componentes ms livianos salen de la parte superior de la columna (T= -130 F a -150 F) y de la parte inferior sale el etano y componentes ms pesados (T=-40 F). El gas fro retirado de la parte superior de la desmetanizadora se usa en el intercambiador gas-gas. Luego el gas pobre sale del compresor, sufre una re-compresin, necesaria para poder enviar el gas dentro de una lnea de transmisin.
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Proceso de Recobro Criognico
Esquema de una Planta con Turboexpander
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Generalidades Procesos criognicos: Turboexpander
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Proceso de Recobro Criognico
Recobro total de todo el propano y NGL pesado y recobro del 50 % hasta el 90 % de etano Este es el proceso que por excelencia domina las facilidades de recobro de Etano.
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Precauciones, Ventajas y Desventajas del Proceso Criognico
Precauciones A menudo, las altas presiones y las bajas temperaturas se acercan al punto crtico del gas, haciendo la operacin inestable. El CO2 puede solidicarse a las temperaturas de solidicacin. Ventajas En la conguracin convencional, el recobro de etano es del 80 % o menor. El separador fro es operado a bajas temperaturas para maximizar el recobro. Desventajas La maquinaria es costosa. El proceso es muy dependiente del sistema de refrigeracin.
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Generalidades Adsorcin con Lecho Slido
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Adsorcin con Lecho Slido
Generalidades Se usa normalmente para corrientes de gas con muy bajos contenidos de propano y butano, pero con suciente cantidad de C5 y ms pesados. Este proceso es apropiado para gases que contengan menos de 1 GPM (galones de propano y ms pesados por 1,000 SCF de gas). El adsorbente utilizado generalmente es slica gel.
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Generalidades Adsorcin con Lecho Slido
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Adsorcin con Lecho SlidoDuracin del Ciclo La duracin del ciclo debe ser denido con base en las siguientes consideraciones: No menor a 15 minutos para gas que contenga pentanos y ms pesados. Tiempo de irrupcin para el componente que se desea recuperar o que se debe remover para controlar el punto de roco, depende de la velocidad del gas y de la longitud del lecho (para una composicin de gas y un adsorbente dados). Longitud del Lecho La longitud del lecho debe ser por lo menos de 15 pies.
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Adsorcin con Lecho Slido
Regeneracin La regeneracin debe realizarse por lo menos a 230 C [446 F] y preferiblemente a 260 C [500 F] cuando el gas procesado contiene pentanos y ms pesados. Refrigeracin La alternativa de usar refrigeracin en lugar del enfriamiento a temperatura ambiente en el condensador debe ser considerada.
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Adsorcin con Lecho SlidoVariables Operacionales Duracin del ciclo Temperatura del gas de regeneracin La temperatura del gas de regeneracin y el tiempo del ciclo deben ser sucientes para conducir los hidrocarburos fuera del lecho. Temperatura de enfriamiento del gas de regeneracin Entre ms fro el medio de condensacin ms hidrocarburos pueden ser condensados y por lo tanto recuperados. Niveles de Recuperacin Las recuperaciones de diseo son generalmente del 70-80 % de pentanos y ms pesados y 10-20 % de butanos. La operacin real normalmente produce un 5060 % de pentanos y ms pesados y esencialmente no produce butanos. La temperatura y la presin de condensacin son parmetros crticos que gobiernan la economa de planta. El uso de la refrigeracin aumenta la recuperacin. Incluso en niveles de refrigeracin tan altos como 16-20 C [60 - 68 F], se puede obtener una notable eciencia de recuperacin.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Descripcin del ProcesoEsquema Tpico del Proceso de Adsorcin con Lecho Slido para un ciclo corto HRU (Unidades de Recuperacin de Hidrocarburos)
Fuente. Tomado y modicado de Nicols Santos Santos, Adsorcin Captulo 4, Especializacin en Ingeniera de Gas , Escuela Ingeniera Petrleos - UIS.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Descripcin del ProcesoEsquema Tpico del Proceso de Adsorcin con Lecho Slido
Fuente. Tomado y modicado de Nicols Santos Santos, Adsorcin Captulo 4, Especializacin en Ingeniera de Gas , Escuela Ingeniera Petrleos - UIS.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Descripcin del Proceso
Consideraciones del Proceso Este proceso es apropiado para concentraciones bajas de hidrocarburos pesados en el gas de alimentacin. La temperatura de adsorcin debe ser tan baja como sea posible sin originar formacin de hidratos, a n de que se adsorba la mayor cantidad de hidrocarburos pesados. El lecho de adsorcin podra contener ms de un adsorbente.
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Generalidades Recobro con Membranas Permeables
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Contenido1
Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Membranas PemeablesGeneralidades Es uno de los desarrollos ms recientes y a pesar de las desventajas, su uso est creciendo rmemente. Ofrece una solucin simple y de bajo costo para el recobro de hidrocarburos pesados de una corriente de gas natural (gas rico). Los sistemas de membranas son muy verstiles y estn diseadas para procesar un amplio rango de condiciones de gas de alimento. Debido a que es un sistema compacto y de bajo peso, es muy adecuado para aplicaciones offshore. Que es una membrana permeable? Es una lmina porosa extremadamente delgada montada sobre una capa mucho ms gruesa y altamente porosa, estas capas actan como una barrera, permitiendo el paso selectivo de los componentes. Las membranas permeables para el procesamiento de gas estn compuestas generalmente de polmeros vtreos, los cuales exhiben una muy buena selectividad.Recobro de Lquidos NGL Universidad Industrial de Santander Ingeniera de Gas
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Tipos de Membranas Permeables
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Tipos de Membranas PermeablesMembranas de Fibras Huecas Membranas de Lminas Planas (Mdulo en Espiral)
Fuente. http://www.mtrinc.com/faq.html Fuente. http://www.nitromatic.com/tecnologia/
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Tipos de Membranas PermeablesUnidades con Membranas
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Tipos de Membranas PermeablesUnidades con Membranas Tipo Espiral
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Principios Fsicos
Principios Fsicos Para que el proceso de separacin sea efectivo, la membrana debe ser muy permeable con respecto a los componentes que van a ser separados. La membrana debe ser relativamente impermeable al metano (Rojey et al., 1997). La permeabilidad de la membrana es producto de la solubilidad y el coeciente de difusin. La separacin de los componentes en una membrana se logra aprovechando las diferencias de solubilidad/difusividad de los componentes del gas. La membrana ser selectiva porque permite el paso de algunos componentes mucho ms rpidamente que otros.
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Principios Fsicos
Principios Fsicos La permeacin de gas se basa en los principios de transferencia de masa y difusin de gas a travs de una membrana permeable. Coeciente de solubilidad: Es una medida de la cantidad mxima de gas sorbido por la membrana polimrica. Es un factor termodinmico relacionado con las interacciones especcas entre las molculas de gas y el polmero. Coeciente de difusin: Indica que tan rpido las molculas de gas son transportadas a travs de la membrana. Se ve inuenciado por el tamao y la forma de las molculas de gas, la movilidad y rigidez de las cadenas polimricas. Coeciente de permeabilidad: Vara con la presin dependiendo de la naturaleza del gas y del material polimrico. Las membranas separan la mezcla de gas rico, por la diferencia entre las tasas a las que los gases se difuminan a lo largo de las membranas.
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Principios FsicosGases Rpidos y Gases Lentos Las membranas separan la mezcla de gas rico, por la diferencia entre las tasas a las que los gases se difuminan a lo largo de las membranas.
Flujo de Gases a Travs de una Membrana
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Principios Fsicos
Selectividad La selectividad depende nicamente de la naturaleza del sistema gas-membrana empleado y la temperatura. Si se conocen los coecientes de permeabilidad de un par de gases, la selectividad ideal de la membrana es una relacin entre sus permeabilidades individuales. Para la separacin de gases ligeros, la selectividad es dictada por el coeciente de difusin. Para punto de roco, la solubilidad dirige la selectividad (Baker et al., 1998).
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Descripcin del ProcesoDiagrama de Proceso de Recobro por Membranas
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Descripcin del ProcesoProceso de Recobro por Membranas1
El gas de entrada (gas rico), circula a travs de un separador ltro para retirar slidos y lquidos, que puedan afectar la eciencia del proceso y causar daos a las membranas. El gas pre-tratado pasa a travs de un intercambiador de calor (gas pobre enfra al gas rico) y luego a un cooler. El gas enfriado entra a un separador bifsico, donde se retiran los hidrocarburos condensados debido al enfriamiento, el gas separado uye hacia la membrana permeable. En la membrana, los componentes pesados son permeados y enviados a compresin. El gas no permeado (gas pobre) se enva al intercambiador donde pre-enfra el gas rico, para luego ser llevado a venta. El gas permeado es enfriado luego de la compresin, el gas se lleva a la corriente de entrada, donde vuelve a comenzar el ciclo.
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Descripcin del ProcesoAcondicionamiento de Gas Combustible Hale y Lokhandwala (2004) plantearon el uso de membranas para el acondicionamiento de gas combustible.
Diagrama de Proceso de Recobro por Membranas de Hale y Lokhandwala (2004)
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Descripcin del Proceso
Proceso de Recobro por Membranas A diferencia del Twister y el tubo Vortex, las membranas tienen un amplio rango de cobertura de hasta un 50 % en variacin del ujo. Membrane Technology & Research Inc., desarrollo y comercializo un nuevo proceso basado en membranas, mediante la utilizacin de un tipo nico de membrana elstica, la cual est siendo aplicada en la separacin de C3+ en el procesamiento de gas natural.
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Ventajas y Desventajas del Uso de Membranas
Ventajas Facilidad de instalacin. Ahorro de energa. No necesita productos qumicos. No tienen partes mviles en unidades de una sola etapa. Son utilizadas costa afuera debido a que ocupan poco espacio. Maneja altas presiones desde 500 psig.
Desventajas Mayores prdidas de hidrocarburos livianos. Del 5-10 % de metano pasa a travs de la membrana. Utilizacin de un pre-tratamiento del gas antes de entrar a la membrana. Puede disminuir drsticamente el poder calorco del gas de venta y no cumplir con especicaciones.
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Generalidades Tecnologa Twister
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Generalidades
Tecnologa Twister El Twister es un innovador y revolucionario sistema para el procesamiento de gas natural, el cual fue desarrollado por la compaa Shell. Okimoto y Betting (Compaa Shell) reportaron el uso de un nuevo dispositivo para el procesamiento de gas en el ao de 1997. En abril del ao 2000 fue lanzada la compaa Twister B.V como una lial de Shell. En diciembre de 2003, Petronas y Shell pusieron en marcha con xito el primer sistema Twister comercial para procesamiento de gas Offshore.
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Generalidades Tecnologa Twister
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Generalidades
Tecnologa Twister En 2003 se inicio un estudio de diseo con el n de mejorar el desempeo del Twister implementando Dinmica de uidos computacional (CFD) de 2-fases. Este trabajo de anlisis se complet en 2004. Desde 1998, el proceso Twister ha obtenido una amplia experiencia debido a las pruebas con unidades en cinco diferentes plantas de gas en Holanda, Nigeria y Noruega. Adems de su utilizacin en instalaciones en alta mar (Brouwer et al, 2004), se ha evaluado favorablemente para otros proyectos (Wilson y Yuvancic, 2004).
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Proceso TwisterEsquema de Proceso Tecnologa Twister
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Proceso Twister
Proceso Twister1
El gas de alimento (gas rico) entra al dispositivo, donde se expande a travs de una boquilla o tobera generando velocidades supersnicas, dando como resultado un descenso en la temperatura y la presin. Se produce la nucleacin de los hidrocarburos, seguido por el crecimiento de las gotas de lquido. El gas y las gotas de lquidos entran a la seccin del ala, donde se crea una alta turbulencia o remolino. Se genera una fuerza centrifuga que ocasiona que las gotas de lquido se adhieran a las paredes creando una pelcula lquida.
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Proceso Twister
Proceso Twister5
El gas y los lquidos son separados en la seccin de drenaje, antes de la entrada al difusor. En la seccin de difusin, la presin del gas pobre es recobrada a valores cercanos al 70 - 80 % de la presin inicial. La salida de lquido con un deslizamiento de gas, es una mezcla tpicamente de entre el 20 y 30 % del ujo volumtrico total. La mezcla puede ser dirigida a un separador gas/lquido para el recobro del gas, el cual podra requerir de recompresin.
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Generalidades Tecnologa Twister
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Proceso Twister
Descripcin El Twister es la sinergia resultante, de la combinacin de la aerodinmica, con los conceptos tradicionales de termodinmica y la dinmica de uidos. El proceso Twister no requiere de productos qumicos o equipos rotativos, el tiempo de residencia es muy corto lo que evita problemas de formacin de hidratos y no se necesitan sistemas de regeneracin asociados. El espacio necesario para su instalacin y el peso son reducidos, minimizando as los costos de operacin y de instalacin.
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Proceso TwisterComparacin entre el patn twister y una planta tradicional.
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Proceso Twister
Desarrollo de la Tecnologa Twister En el momento, el proceso Twister se centra en el desarrollo de las siguientes aplicaciones: Deshidratacin del gas (Punto de Roco del agua). Control del punto de roco de hidrocarburos. Recobro de C5+ . Otra rea de desarrollo, es la simulacin de la dinmica de uidos en el proceso Twister con el n de predecir su desempeo. La simulacin computacional de dinmica de uidos, est empezando a aplicarse como una herramienta integrada en el diseo.
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Generalidades Tecnologa Twister
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Proceso TwisterTwister vs. Turbo expansin y Joule-Thompsom El Twister es comparado con el proceso Turbo-Expander y Joule-Thompson. En el siguiente ejemplo los tres procesos tienen la misma presin de salida.Twister vs. Turbo expansin y Joule-Thompsom
Joule-Thompson = Adiabtico Turbo-Expander = Hasta el 85 % de eciencia isentrpica. Twister = Alrededor del 90 % de eciencia isentrpica.
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Ventajas y Desventajas de la Tecnologa Twister
Ventajas Simplicidad. No hay piezas mviles y no se requiere de la utilizacin de qumicos. Pequeo tamao y bajo peso. Una pulgada de dimetro de la garganta o boquilla, 6 pies el largo del tubo y puede procesar 35 MMscfd a 1.450 psia. Accionado por la relacin de presin, no por la presin absoluta. Cada de presin baja. Se recupera entre el 65 y 80 % de presin original. Alta eciencia isentrpica. La eciencia es alrededor del 90 %.
Desventajas Requiere de una corriente de alimento limpia. Los slidos erosionan el tubo y el ala, por lo que se necesita de un ltro a la entrada del proceso. Capacidad de cobertura limitada. La variabilidad del ujo est limitada a mas o menos el 10 % del ujo para el cual se diseo. Puede requerir el uso de tubos mltiples en paralelo. Tecnologa patentada y de uso restringido a asociados de Shell.
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Generalidades Variables de Seleccin
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Generalidades Introduccin Lquidos del Gas Natural Productos NGL Mtodos para la Obtencin de NGL Absorcin con Aceite Pobre Procesos de Refrigeracin Refrigeracin Mecnica Expansin Joule-Thompson Procesos criognicos: Turboexpander Adsorcin con Lecho Slido Recobro con Membranas Permeables Tecnologa Twister Seleccin de un Mtodo de Recobro NGL Variables de Seleccin
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Generalidades Variables de Seleccin
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Composicin y Caudal de GasComposicin El proceso de adsorcin con lecho slido slo es prctico para el gas que tiene pequeas cantidades de hidrocarburos pesados. Los gases ms ricos requieren refrigeracin. Si el gas contiene alto contenido de livianos recuperables como lquidos, puede valer la pena usar un mtodo de consumo de alta energa. Caudal de Gas Si los caudales a manejar son muy bajos, mtodos como el turboexpander o la expansin JT son los menos convenientes porque los costos de operacin no se justican cuando las tasas son bajas.
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Generalidades Variables de Seleccin
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Presin de Entrada y de Salida
Presin de Entrada Hay mtodos que requieren presiones de entrada muy altos, como el turboexpander o la expansin J-T. Si no se cumple esta condicin, se debe considerar comprimir el gas antes de iniciar el proceso. Este factor debe tenerse en cuenta en el anlisis econmico cuando se est diseando una de estas facilidades. Presin de Salida Cuando la presin de gas de alimentacin se encuentra cerca de la presin del gas tratado, sobre un rango de cada de presin grande, puede ser ms econmico emplear un proceso criognico. Todo anlisis econmico debe considerar el gasto de re-comprimir el gas luego de su paso por una estacin de procesamiento de gas.
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Productos que se Desean Obtener
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Productos que se Desean Obtener
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Apndice Conclusiones
Conclusiones
Conclusiones No se puede armar que exista un proceso de obtencin de LNG mejor que otro, debido a que su seleccin depende de gran cantidad de variables y cada procedimiento puede ser adecuado para un escenario en particular. La refrigeracin mecnica es un sistema que ofrece una amplia gama de aplicaciones y un buen nivel de control sobre las temperaturas que se desean obtener. Sin embargo, dependiendo del tamao de las facilidades, puede generar grandes gastos en materia de generacin de energa para los compresores. La turbo-expansin es un proceso altamente eciente en trminos de su eciencia isentrpica, el trabajo generado por las turbinas de vapor se implementa en la recompresin del gas, aprovechando de esta manera la energa. Se debe tener en cuenta que la turbo-expansin puede ser un proceso sobredimensionado para ciertas aplicaciones en el sentido de que las temperaturas que se desean obtener y por ende los productos deseados, pueden no justicar el alto costo inicial de un equipo turbo-expander.
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Apndice Conclusiones
Conclusiones
Conclusiones Aunque el proceso de absorcin con aceite pobre tenga hoy en da una aplicacin mnima, sigue siendo un proceso de relevancia ya que deni los principios del recobro de lquidos y es, por lo tanto, un punto de referencia en el procesamiento del gas natural hoy en da. A pesar de que la implementacin de membranas permeables para el recobro de lquidos posee una muy buena eciencia, el proceso necesita de varias etapas con el n de obtener los resultados esperados, lo que acarrea altos costos. El Twister es una tecnologa que ofrece grandes ventajas, mas aun desde el punto de vista terico con respecto a otras tecnologas disponibles, por ende el reto es traducir estas ventajas tericas, para ser aplicadas en la operacin de las plantas de gas natural, no solamente en rea de recobro de lquidos.
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Apndice Bibliograa
Bibliografa I
Gas Processors Suppliers Association, Engineering Data Book, GPSA. 2004. Mokhatab, S., Poe, W., Speight, J. Handbook of natural gas transmission and processing. ELSEVIER 2006. Santos Nicols, Especializacin en Ingenieria de Gas, Escuela de Ingeniera de Petrleos, Universidad Industrial de Santander. Campbell, J. Gas processing and conditioning. 2003. Cengel, Yunus, Boles Michael Thermodynamics: An Engineering Approach, 5th edition, Chapter 12. McGraw Hill 2001. Arnold, K., Stewar M. Surface production operations - Design of gas-handling systems and facilities. ELSEVIER 1999. Second edition, volume 2.
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Apndice Bibliograa
Bibliografa II
MEHRA, Yuv R. and GASKIN, Thomas K.Guidelines Offered for Choosing Cryogenics or Absorption for Gas Processing. Oil & Gas Journal, Marzo de 1999. JARAMILLO SANCLEMENTE, Alonso.Diseo y Operacin de Unidades para Procesamiento de Gas y Aplicaciones de Simulacin de Procesos. Especializacin en Ingeniera de Gas UIS, 2002. OKIMOTO, SIBANI and LANDER.Twister Supersonic Gas Conditioning Process. SPE 87262 (2000). SCHINKELSHOEK and EPSOM.Supersonic Gas Conditioning Low Pressure Drop TWISTER for NGL Recovery. OTC 17884 (2006)
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Apndice Bibliograa
Gracias
GRACIAS POR SU ATENCIN
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