Planta De Deshidratación Con Desecante Sólido

El uso de absorbentes sólidos es una práctica común, para lo cual se requiere que el gas húmedo saturado se ponga en contacto con una substancia sólido que tiene gran afinidad por el agua, como la sílica gel, la alúmina y los tamices moleculares. Eventualmente cada uno de estos materiales alcanza su capacidad de adsorción y tiene que ser regenerado.

Este proceso requiere dos o más torres adsorbedoras operando en un ciclo en paralelo, como puede verse en la Figura 20-66 del GPSA que es un sistema de dos torres. Una está en operación de adsorción de agua del gas, mientras que la otra está en regeneración y enfriamiento. Típicamente un ciclo de adsorción está entre 8 y 10 horas, el de regeneración 5 horas y el de enfriamiento entre 3 y 5 horas.

Generalmente las unidades con desecante sólido son más costosas que las unidades con glicol. Por lo tanto, su uso está limitado a aplicaciones de gases con alto contenido de H2S, requerimientos de muy bajos valores de punto de rocío como en

procesos criogénicos (valores requeridos de puntos de rocío de – 70 ° F a – 150 ° F y más bajos), y casos especiales como gases que contienen oxígeno.

En la Figura 20-67 del GPSA, se muestran los diferentes desecantes usados para la deshidratación del gas natural, presentando sus propiedades típicas.

Fig. 3-25 Propiedades de los desecantes.

Con sílica gel se alcanzan puntos de rocío de - 70 a - 80 °F, con alúmina valores de - 100 °F y con tamiz molecular - 150 °F y más bajos con diseños especiales y control operacional muy estricto.

Estos compuestos sólidos se preparan en formas esféricas, como pepas ligeramente elípticas de diámetros 4-6 mm, o en el caso de los tamices moleculares, generalmente en forma de pequeños cilindros de 2 - 3 mm de diámetro y 6 - 8 mm de longitud. En la Fig. 20-67 del GPSA se suministra un resumen de las propiedades físicas de los materiales desecantes más comunes.

Cada uno de estos compuestos tiene sus características propias de adsortividad por agua y el diseñador tiene que escoger el material que más se acomode a sus necesidades. Una ilustración gráfica de las capacidades adsortivas de varios adsorbentes se muestra en la Fig. 20-68.

proceso comerciales no ejecutan este tipo de cálculos. A continuación se describe el proceso manual de cálculo del GPSA.

 DISEÑO DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN CON DESECANTE SÓLIDO.-

El primer parámetro a estimar es la velocidad superficial permisible a través del lecho. La caída de presión a través del lecho está relacionada con la velocidad superficial por la ecuación modificada de Ergun:

ft psi V C V B , / L P_{   } 2  Ec. 3-12

Tabla 3-2 Constantes para la ec. 3-12

Tipo de Partícula B C

1/8” redondeada 0,0560 0,0000889

1/8” cilindro comprimido 0,0722 0,0001240

1/16” redondeada 0,1520 0,0001360

1/16” cilindro comprimido 0,2380 0,0002100

La Figura 20-69 del GPSA, relaciona la velocidad superficial V con la presión del sistema y fue derivada de la anterior ecuación para una determinada composición de gas y una relación ΔP/L igual a 0,333 psi/ft. La caída de presión de diseño esta alrededor de 5 psi y no se recomienda caídas mayores de 8 psi, dando que el desecante es frágil y se puede quebrar por el peso del lecho y las fuerzas de caída de presión. Por lo tanto siempre debe revisarse la caída de presión después de fijarse la altura del lecho. A continuación se determina el diámetro del lecho con la siguiente ecuación:

ft V q D 4 ,   Ec. 3-13 q = caudal ( ft3_/min)

El paso siguiente es escoger un ciclo de tiempo y calcular la masa de desecante requerida. Ciclos muy largos (> 12 horas) pueden justificarse en casos de que el gas no esté saturado con agua, pero requieren grandes lechos y por tanto grandes costos de inversión.

Durante el ciclo de adsorción se puede considerar que el lecho está compuesto de tres zonas. La zona de la cima llamada zona de saturación o equilibrio, en la cual el desecante está en equilibrio con el gas húmedo que entra. La zona media o zona de transferencia de masa, la cual no está saturada y donde el contenido de agua del gas se reduce a menos de 1 ppm peso. La zona de fondo es la zona de desecante sin usar y se llama zona activa. Las zonas de saturación y de transferencia de masa se van corriendo hasta que se saca de servicio la vasija para regeneración.

En la zona de saturación se espera que el tamiz molecular retenga aproximadamente 13 lb de agua por cada 100 lb de tamiz- Tamices nuevos pueden tener una capacidad en equilibrio cercana a 20 %, 13 % representa una capacidad aproximada para un tamiz de 3 – 5 años de uso. Esta capacidad debe ajustare cuando el gas no esta saturado con agua o la temperatura está por encima de 75 °F. En las Figuras 20-70 y 20-71 se encuentran factores de corrección para tamiz molecular. Para calcular la masa de desecante requerida en la zona de saturación Ss, se calcula la cantidad de

agua a ser removida durante el ciclo y se divide por la capacidad efectiva.

lb C C W S r s , ) ( * ) ( * ) 13 , 0 (  _{Ec. 3-14}

Wr = W * Q * t lb D S L ms s s , ) ( * * * 4 2 _   _{Ec. 3.15}

La densidad del tamiz molecular ρms es 42 – 45 lb/ft3 para partículas esféricas y 40 –

44 lb/ft3 _{para cilindros comprimidos.}

A pesar de que la zona de transferencia de masa contiene agua (aproximadamente 50 % de la capacidad de equilibrio), se estima que la zona de saturación contiene toda al agua a ser removida.

La longitud de la zona de transferencia de masa (MTZ) puede ser estimada como sigue:

LMTZ = (V/35)0,3 * (Z) Ec. 3-16

Donde, Z = 1,70 para tamiz molecular de 1/8” Z = 0,85 para tamiz molecular de 1/16”

La altura total del lecho es la suma de las alturas de la zona de saturación y la zona de transferencia de masa. Alrededor de 6 ft de espacio libre se dejan por encima y por debajo del lecho para asegurar una distribución apropiada del gas.

FIGURA 3-26 a