CONTENIDO DE AGUA, HIDRATOS - EJERCICIOS.doc

(1)

CAPÍTULO 3

DESH

DESHIDRAT

IDRATACIÓN

ACIÓN DEL GAS

DEL GAS

NATURAL

3.1 Introducción

Todo gas natural de producción está totalmente saturado con agua en su Todo gas natural de producción está totalmente saturado con agua en su fase de vapor, porque proviene de un yacimiento saturado (en equilibrio) con fase de vapor, porque proviene de un yacimiento saturado (en equilibrio) con agua !demás generalmente el gas contiene "#

agua !demás generalmente el gas contiene "#$$ y y %%$$& que se remueven con& que se remueven con

soluciones acuosas tales como aminas, carbonato de potasio, etc, que saturan soluciones acuosas tales como aminas, carbonato de potasio, etc, que saturan el gas con agua ! fin de remover la mayor cantidad de agua, es necesario el gas con agua ! fin de remover la mayor cantidad de agua, es necesario deshidratar el gas por las siguientes ra'ones

deshidratar el gas por las siguientes ra'ones

1.

vitar formación de hidratos vitar formación de hidratos

2.

"umplir con especificaciones como gas de venta "umplir con especificaciones como gas de venta

3.

*inimi'ar corrosión *inimi'ar corrosión

(2)

(3)

+-.ar

.ara a disdise/ar e/ar un un sissistemtema a de de desdeshidhidratrataciación ón se se reqrequieuiere re infinformormaciaciónón preliminar tal como presión,

preliminar tal como presión, temperatura, composición y temperatura, composición y rata de flu0o de gasrata de flu0o de gas

Normalmente el gas está saturado cuando llega a la planta o cuand

Normalmente el gas está saturado cuando llega a la planta o cuando saleo sale

de una unidad de endul'amiento &in embargo, por lo regular la composición de una unidad de endul'amiento &in embargo, por lo regular la composición de entrada se suministra en base seca1 por lo tanto, el contenido de agua del de entrada se suministra en base seca1 por lo tanto, el contenido de agua del gas h2medo de entrada debe ser determinado

gas h2medo de entrada debe ser determinado

!demás, con base en la composición h2meda, debe determinarse la !demás, con base en la composición h2meda, debe determinarse la temperatura de hidrato a una presión dada, a fin de que el gas pueda ser temperatura de hidrato a una presión dada, a fin de que el gas pueda ser deshidratado lo suficiente para evitar la formación de hidratos y

deshidratado lo suficiente para evitar la formación de hidratos y cumplir con lacumplir con la especificación de contenido de agua 3a cantidad de agua a ser removida del especificación de contenido de agua 3a cantidad de agua a ser removida del gas h2medo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cuál de las gas h2medo o el contenido de agua en el gas seco, depende de cuál de las ra'ones + o $ sea la que controla n cualquier caso, se establece el contenido ra'ones + o $ sea la que controla n cualquier caso, se establece el contenido de agua en el gas

de agua en el gas seco que sale, o el correspondiente punto de roc4o seco que sale, o el correspondiente punto de roc4o por aguapor agua

3.2

3.2 Contnido

Contnido D

D A!u"

A!u" En

En E#

E# G"$

G"$ N"tur"#

N"tur"#

l

l cocontntenenidido o de de agagua ua de de ununa a cocorrrrieientnte e de de gagas s sasatuturaradodo, , se se pupuededee determinar bien sea en forma manual o usando un programa de computador determinar bien sea en forma manual o usando un programa de computador para

para simulación simulación de de procesos procesos l l m5todo m5todo manual manual que que más más frecuentemente frecuentemente sese usa en la industria del gas natural es el uso de la carta de contenido de agua de usa en la industria del gas natural es el uso de la carta de contenido de agua de *c6etta y 7ehe, que corresponde a la (8ig -9+) 8ig $9- del G.&! &in *c6etta y 7ehe, que corresponde a la (8ig -9+) 8ig $9- del G.&! &in embargo, esta carta publicada en +:;< con base en los datos e=perimentales embargo, esta carta publicada en +:;< con base en los datos e=perimentales

+> +>

(4)

Deshidratación del Gas Natural Deshidratación del Gas Natural

disponibles por ese tiempo, está limitada a gases dulces y no debe ser usada disponibles por ese tiempo, está limitada a gases dulces y no debe ser usada para composiciones de gase

para composiciones de gases agrios mayores de ;? mol (%s agrios mayores de ;? mol (%$$& y@o "#& y@o "#$$))

Tanto el %

Tanto el %$$& como el "#& como el "#$$ contienen más agua a saturación que el contienen más agua a saturación que el

met

metano ano o o me'me'claclas s de de gas gas natnaturaural l dudulcelce, , parparticticulaularmermente nte a a prepresiosiones nes por por encima de A psia a temperatura ambiente1 por lo tanto, a presiones por encima de A psia a temperatura ambiente1 por lo tanto, a presiones por en

encucuna na de de AA  pspsiaia, , se se dedebe be hahacecer r cocorrrrececcición ón popor r %%$$& y " #& y " #$$ s statass

ccoorrrreecccciioonnees s ssoon n ssiiggnniiffiiccaattiivvaammeenntte e mmáás s nneecceessaarriiaas s a a mmáás s aallttaass concentraciones y presiones

concentraciones y presiones

.ara la carta de la 8ig -9+ (8ig $9- del G.&!) la corrección por .ara la carta de la 8ig -9+ (8ig $9- del G.&!) la corrección por gravedad de gas no debe usarse cuando hay presencia de %

gravedad de gas no debe usarse cuando hay presencia de % $$& y "#& y "#$$, y por el, y por el

efecto de ciertos hidrocarburos no siempre es adecuada, especialmente en la efecto de ciertos hidrocarburos no siempre es adecuada, especialmente en la predicción de

predicción de contenido de contenido de agua agua a a presiones por presiones por encima de encima de +,; psia +,; psia (+;,;(+;,; 6g@cm

6g@cm$$_)_{) 3a l4nea para form}_{3a l4nea para formación de hidratos es}_{ación de hidratos es apro=imada y no d}_{apro=imada y no debe usarse}_{ebe usarse}

para predecir condicione

para predecir condiciones de formación de hidratoss de formación de hidratos

l G.&! tiene dos m5todos simples para determinar el contenido de l G.&! tiene dos m5todos simples para determinar el contenido de agua de gases agrios &in embargo, el primer m5todo que consiste en un agua de gases agrios &in embargo, el primer m5todo que consiste en un promedio aditivo de

promedio aditivo de la fracción la fracción mol correspondiente a mol correspondiente a los contenidos de los contenidos de aguaagua en

en lolos s coconsnstititutuyeyentntes es dudulclce e y y agagririo, o, no no es es coconsnsisistetentnte e y y popor r lo lo tatantnto o eses inseguro &e aplica a me'clas gaseosas con un contenido de gas ácido por inseguro &e aplica a me'clas gaseosas con un contenido de gas ácido por deba0o de >?, mediante el uso de la siguiente ecuación y las 8igs $9-, $9< deba0o de >?, mediante el uso de la siguiente ecuación y las 8igs $9-, $9< y $9: del G.&!

y $9: del G.&!

7 B y

7 B y%"%" 77%"%" C y C y"#$"#$ 7 7"#$"#$ Cy Cy%$&%$& 7 7%$&%$& c -9+c -9+

%i! 3&1 Contnido D A!u" ' ()todo D

%i! 3&1 Contnido D A!u" ' ()todo D (c*tt"

(c*tt"

+; +;

(5)

(6)

Deshidratación del Gas Natural

%i!. 3&2 contnido +cti,o d "!u" -"r" # co2 n /c#"$ d !"$ n"tur"#

(7)

Nótese que las 8igs $9< y $9: del G.&! suministran valores para el

t5rmino contenido de agua EefectivoE de "# $ y %$& en me'cla de gas

natural, el cual debe usarse solamente en la c -9+ stos no son contenidos de agua para "#$ y %$& puros

l segundo m5todo del G.&! que se basa en el uso de las 8igs $9+ y $9++ es más seguro (8ig -9-(a) y 8ig -9-(b)), pero tiene una aplicación

limitada a , psia (>$+,<> 6g@cm$_{) y requiere interpolación para}

determinada presión entre las dadas en las cartas

"on gases que tienen "#$, el "#$ debe ser convertido a una

concentración EequivalenteE de %$& .ara propósitos de este m5todo, se as une

que el "#$ contribuye con el A;? del agua en la me'cla gaseosa, sobre una

base molar como %$&

3os siguientes e0emplos del G.&! sirven para ilustrar el uso de las figuras y los m5todos anteriormente descritos

E0E(PLO 3&1

Determinar el contenido de agua saturada de un hidrocarburo gaseoso

pobre y dulce a +; F8 y +, psia (;, " 9 A,-+ 6g@cm$₎

".

&i el gas tiene un peso molecular de $ lb@lbmol

.

&i el gas está en equilibrio con una salmuera al - ?

So#ución

(8)

a De la 8ig -9+ (H +; F8 y +, psia), 7 B $$ Ib@ **scf

y para .* B $ (H +; F8), "g B :<

7 B :<J($$) B $+ lb@**scf

b De la 8ig -9+ (H salmuera al - ?), "s B

:-7 B :-J($$) B $; lb@ **scf

E0E(PLO 3&2

Determinar el contenido de agua saturada de una me'cla <? "% > 9

$? "#$ a + F8 y $, psia (A+,+ " K +>,+ 6g@cm$) l valor

e=perimental para el contenido de agua fue +A$ lb@**scf

( )todo Uno

De la 8ig -9+ (H + F8 y $, psia), 7%" B +A lb@**scf

De la 8ig -9$ (H + F8 y $, psia), 7"#$ B $> lb@**scf

De la c -9+, 7 B y%" 7%" C y"#$ 7"#$ Cy%$& 7%$&

7 = <J(+A) C $J($>)

7 B +<$ lb@**scf

( )todo Do$

(9)

"onvertir la composición de "#$ a una concentración EequivalenteE de

%$&, y%$& (pseudo)

y%$& (pseudo) B A;J(y"#$) B A;J($) B +;

De la 8ig -9- (H + F8 y +; ? %$&) y con L%$#B -; lb@bbl 

7 B >: bbl@**scf J -; lb@bbl

7 B +A$ lb@**scf (igual al e=perimental)

Mecientemente 7ichert and 7ichert desarrollaron un m5todo simple

para el cálculo de contenido de agua en gas agrio hasta con un ;; ? de % $&

EequivalenteE l m5todo aplica hasta $ F" (-:- F8) y + *.a (+>,; psia) "on base en pruebas del m5todo hechas por los autores, los resultados tienen una precisión de ; 9+ ? n la 8ig -9> se presenta la carta utili'ada para este m5todo, en combinación con la 8ig $9- del G.&! l siguiente

e0emplo ilustra el uso de este m5todo para estimar el contenido de vapor de agua en un gas natural agrio

E0E(PLO 3&3

"alcular el contenido de agua en equilibrio para un gas agrio que contiene >;? mol de "%>, +;? molde %$& y >? mol de "#$, a + F8 y

$, psia (-A,A " K +>,+ 6g@cm$_)

So#ución

De la 8ig -9+ (H + F8 y $, psia), 7(gas dulce) B -< lb@**scf

(10)

"alcular el %$& equivalente, %$&(equiv) = +;(%$&) C A;J(>("#$))

%$&(equiv) = >; ?

%i!. 3.3"4 Contnido d !"$$ 5cido$ 6"$t" 2777 L-c"

%i!. 3.34 Contnido d !"$$ 5cido$ 6"$t" 8777 L-c"

(11)

%i!. 3&9. :"tr contnt r"tio c6"rt +or $our n"tur"# !"$

(12)

De la 8ig -9> (H + F8, >; ? %$& equiv y $, psia),

(13)

++-Melación cont agua B $< dulce gas en O H agrio gas en O H $ $

"alcular 7(gas agrio), 7(gas agrio) B $< J -< B A:> lb@**scf

#tro m5todo para estimar el contenido de agua en gases dulces o agrios es el de "ampbell ste m5todo está desarrollado sobre una base teórica y aparentemente es confiable1 sin embargo, no muestra datos de prueba

l contenido de agua saturada de una corriente puede tambi5n ser determinado usando un programa de computador de simulación de procesos n este caso se adiciona agua a la corriente de gas hasta que una peque/a fracción en fase l4quida apare'ca 3a precisión de los cálculos por simulación depende de lo bien que la base termodinámica modele el sistema, normalmente se utili'an ecuaciones de estado "on base en comparaciones recientes de datos e=perimentales para gas ácido, el contenido de agua que se predice es ra'onablemente bueno hasta < psig, por encima de dicho valor,

los modelos de estado en simuladores comerciales sobrepredicen sustancialmente el contenido de agua

l mane0o del contenido de agua en gas ácido es un tema muy comple0o 3os datos y m5todos presentados en el G.&! no deben ser usados para dise/o final 3as 8igs $9>, $9;, $9 y $9A se basan en datos e=perimentales na determinación precisa de contenido de agua requiere un estudio cuidadoso tanto teórico como con datos e=perimentales n muchos casos datos e=perimentales adicionales son la me0or forma para verificar valores

(14)

predichos !2n las más sofisticadas ecuaciones de estado (#&) pueden dar resultados de confiabilidad cuestionable

(dición d# Contnido d) A!u"

=isten varios instrumentos a nivel comercial basados en diferentes principios para medir el contenido de agua en el gas1 sin embargo, medir

contenidos de agua menores de $ ppm, O (partes por millón en peso) o puntos de roc4o menores de 9> F8 es muy dif4cil .ara mayores referencias ver el "ap $ del Tomo I, donde se muestran los m5todos de "ampbell y Pu6ace6

3.3 Hidr"to$ d !"$ n"tur"#

l hidrato es un sólido comple0o cristalino estable, con apariencia de hielo pero posee una estructura diferente &e forma en sistemas de gas o de l4quidos recuperados del gas natural (NG3), cuando el gas o el l4quido está en o por deba0o del punto de roc4o del agua, normalmente cuando hay presencia de agua l4quida sin embargo1 no necesariamente tiene que darse esta condición, pues una ve' que el gas este saturado, el agua libre puede pasar directamente de vapor a sólido sin formar l4quido 3a temperatura de formación de hidrato a una presión dada depende de la composición del gas

Tradicionalmente se han reconocido dos estructuras cristalinas para los hidratos que se forman con el gas natural llamadas simplemente structura I y II1 en las cuales las mol5culas de agua forman el enre0ado, y los hidrocarburos,

(15)

el N$, "#$, y %$& ocupan las cavidades 3as mol5culas más peque/as ("%>,

"$%, "#$ y %$&) estabili'an formando un cuerpo c2bico centrado llamado

structura I, y las mol5culas más grandes ("-%<, i9">%+, n9">%+) forman un

enre0ado tipo diamante llamado structura II

3as mol5culas más grandes que el n9">%+ no forman hidratos de

structuras I y II1 sin embargo, estudios recientes indican que algunas isoparafinas y cicloalcanos más grandes que el pentano forman hidratos de structura %

"uando se forman hidratos 5stos tienden a bloquear tuber4as, equipos e instrumentos, restringiendo o interrumpiendo el flu0o n tomas de presión de medidores e indicadores, producen falsas lecturas de presión y errores de medición na ve' que se forman los hidratos su remoción es bastante dif4cil

%i!. 3&; %or"ción d 6idr"to$ d t"no.

Contnido d A!u" n #" R!ión d Hidr"to

(16)

3a 8ig $9- del G.&! se basa en el supuesto de que la fase de agua condensada es un l4quido &in embargo, a temperaturas por deba0o de la temperatura de hidrato del gas, la fase condensada será un sólido (hidrato)

l contenido de agua de un gas en equilibrio con un hidrato, será menor que en equilibrio con un l4quido metaestable sto se conoce como la 'ona de advertencia Q7arningR en la 8ig $9- del G.&! ('ona de l4neas punteadas)

3a formación de hidratos es un proceso dependiente del tiempo 3a rata a la cual se forman los cristales de hidrato depende de varios factores que incluyen, composición del gas, presencia de sitios nucleares de cristales en la fase l4quida, grado de agitación, etc

Durante esta transición (per4odo de formación del hidrato), el agua l4quida presente se denomina liquido metaestable

!gua metaestable es agua l4quida la cual, en equilibrio e=istirá como un hidrato n la 8ig $9+- del G.&! se muestra el contenido de agua de un gas en equilibrio con el hidrato y se compara con el contenido de agua metaestable

l contenido de agua para gases en la región de hidrato es fuertemente dependiente de la composición, luego la 8ig $9+- no debe e=trapolarse para otras composiciones

(17)

"uando se dise/an sistemas de deshidratación (particularmente con TG) para cumplir con especificaciones drásticas de ba0os puntos de roc4o de agua, se requiere determinar el contenido de agua del gas en equilibrio con un hidrato usando una correlación como la que se presenta en la 8ig $9+-

&i se usa una correlación metaestable, se puede sobreestimar el contenido de agua saturada del gas a la especificación de punto de roc4o, y como resultado se puede llegar a un dise/o que no puede alcan'ar la remoción de agua requerida

(18)

3.9 Prdicción D Condicion$ P"r" L"

%or"ción D Hidr"to$

3as condiciones para formación de hidrato pueden tambi5n ser calculadas en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos 3os cálculos manuales pueden hacerse con base en los m5todos del G.&! mediante el uso de cartas o siguiendo un procedimiento de cálculo de equilibrio vapor@sólido

n forma similar a como se hi'o en los cálculos para contenido de agua en el gas, los cálculos manuales para predecir la formación de hidratos deben ser a0ustados para gases agrios Paille S 7ichert desarrollaron una carta para estimar las condiciones de formación de hidratos en gas natural agrio, la cual puede tambi5n usarse en gas dulce sta carta corresponde a la 8ig $9$A del

G.&!

"on reconocidos programas de computador para simulación de procesos, es posible estimar buenas condiciones para formación de hidratos con desviaciones de alrededor de $ F8 Generalmente estos programas se pueden usar en forma confiable para dise/o, especialmente, cuando el sistema, es complicado1 como el caso de formación de hidratos sin que se tenga agua libre condensada del gas, donde se requiere un modelo de cálculo termodinámico riguroso

"on las 8igs $9+; a $9+A del G.&! se pueden hacer apro=imaciones a las condiciones de formación de hidratos, pero se producen errores

(19)

significativos para composiciones diferentes a las usadas para construir dichas cartas, porque las condiciones a las cuales se forman los hidratos se afectan fuertemente por la composición del gas 3os siguientes e0emplos del G.&! sirven para ilustrar su uso

E0E(PLO 3&9

ncontrar la presión de formación de hidrato para el siguiente gas a ; F8 para el siguiente gas

Co-onnt

%r"cción o#

P(

#<#o#

"l A<> +>- +$;< "$  -A +< "- - >>:A +;: I"> ; ;<+$> $: N"> +: ;<+$> ++ N$ :> $<+- $-"#$ $ >>+ :

Tot"#

1.777 27.7=

.*(me'cla) B $,< Ib@lbmol

(me'cla) B .*(me'cla)@.*(aire) B $<@$<:> B

:-De la 8ig -9 (H ; F8 y gravedad espec4fica de A)

. B -$ psia

%i!. 3&8 Cur,"$ d -rdicción d 6idr"to$

(20)

E0E(PLO 3&;

l gas del e0emplo anterior se e=pande de +,; psia a ; psia U"uál es la temperatura inicial m4nima que permite la e=pansión sin que se forme hidratoV

De la 8ig -9A para gas de gravedad espec4fica A

(21)

3a l4nea de presión inicial +,; psia se intercepta con la l4nea de presión final ; psia por encima de la curva de temperatura de + F8 3uego

la temperatura m4nima inicial será apro=imadamente ++$ F8

%i!. 3&> E?-"n$ión -ri$i# $in #" +or"ción d 6idr"to$ " 7.> d

!r",d"d $-c@+ic"

E0E(PLO 3&8

(22)

Determinar hasta dónde puede e=pandirse un gas de gravedad  a $ psia y + F8 sin que se forme hidrato

De la 8ig -9< para gas de gravedad espec4fica  ncontrar la intersección de la l4nea de presión inicial $ psia con la curva de iemperatura inicial + F8 3eer en el e0e de las W la presión final permisible igual a +,+ psia

%i!. 3&= E?-"n$ión -ri$i# $in #" +or"ción d 6idr"to$ " 7.8 d

!r",d"d $-c@+ic"

E0E(PLO 3&>

(23)

+$-Determinar hasta dónde puede e=pandirse un gas de gravedad  a $, psia y +> F8 sin que se forme hidrato

De la 8ig -9< para gas de gravedad espec4fica 

3a l4nea de presión inicial $, psia no intercepta la curva de temperatura inicial +> F8 .or lo tanto, el gas puede e=pandirse hasta presión atmosf5rica sin que se forme hidrato

Prdicción d %or"ción d Hidr"to$ con "$ n #" Co-o$ición

-"r" G"$$ Du#c$

n m5todo más seguro para estimar condiciones de formación de hidrato es el de Xat' , en el cual se e0ecutan cálculos tipo Epunto de roc4oE usando

constantes de equilibrio vapor sólido X Y&, las cuales se muestran en las 8igs

$9+: a $9$; del G.&!

l equilibrio vapor sólido está definido por la ecuación

X vs B y@=s c -9$

.ara propósitos de cálculo, el valor de X Y& es infinito para las mol5culas

más grandes que n">, tambi5n para contenido de n"> en una me'cla menor de

+ ? y mayor de  ? mol, y para nitrógeno &i el n"> está en proporción de + a  ? mol, el valor de n"> se lee en la carta de la 8ig $9$-

(24)

l procedimiento es iterativo y la convergencia se alcan'a cuando se satisface la siguiente función ob0etivo

n i i VS K yi = =

∑

=

+   + ) @ ( _c

-9-E0E(PLO 3&=

"alcular la presión de formación de hidrato a ; F8 para el siguiente gas

Co-onnt

%r"cción o#

n !"$

" 377 -$i"

" 977 -$i"

B

S

<B

S

B

S

<B

S

(t"no

A<> $> -<> +A; >><

Et"no

 A: A ; +$

Pro-"no

- ++- -+: A$ ;

I$out"no

; > +: $A +<;

n ' ut"no

+: $+ : $+ :

Nitró!no

:> J  J 

CO

2 $ - + +: +

Tot"#

1.777 7.>

1.399

J Yalor infinito +$;

(25)

%IGURA 3&

(26)

%IGURA 3&17

%unt FGPSA G"$ Proc$$or$ Su--#ir$ A$$oci"tion4

%IGURA 3&11

(27)

(28)

%IGURA 3&12

(29)

%IGURA 3&13

(30)

%IGURA 3&19

n las 8igs -9: a -9+> se muestran los datos de X Y& (H ; F8 9 - y

> psia)

(31)

&e interpola linealmente, :A: 99999 - (+->> 9 :A:) B -;

+ 99999 W (+ K :A:) B ,$+

+->> 99999 > (> K -) B +

-; 99999 +

$+ 99999 W 9 -

W B - C ($+ J +) JA-; B -;A psia

9 l valor e=perimental a ; F8 fue -$; psia 9 l valor calculado con el simulador de

procesos %ysys es -- psia

E0E(PLO 3&

l siguiente gas, "+ B :$A, "$ = ;$:, "- B +-<, i"> B +<,

n"> B -> y n"; B +>, está a -,; psia y +; F8 U"uáles serán las

condiciones de hidrato cuando dicho gas se e=pandeV

P"$o 1

%acer cálculos flash adiabáticos, a diferentes presiones finales y graficar presión9vs, temperatura final (Yer 8ig -9+;)

Pr$ión Inici"#

-$i"

T-r"tur" Inici"#

%

Pr$ión %in"#

-$i"

T-r"tur" %in"#

%

-,; +; - -< +-$

(32)

Deshidratación del Gas Natural -,; +; > >; -,; +; ; ;$ -,; +;  ;< -,; +; A >

%i!. 3&1;

P"$o 2

stimar presión de formación de hidrato para varias temperaturas (>,

; y  F8) usando los datos de equilibrio X Y& ! continuación se muestra el

(33)

+--cálculo para T B > F8 Graficar presión de hidrato vs temperatura en 8ig -9 +;

Co-onnt

%r"cción

o# n !"$

" 277 -$i"

" 377 -$i"

B S

<B

S

B

S

<B

S "+ :$A $$; >++: +A; ;$:; "$ ;$: ; +;< $; $;< "- +-< ;; $;: - > i"> +< $$; < +; +A+> n"> -> J  J  n"; +> J  J 

Tot"#

1.7777

7.=9=8

1.91=

J Yalor infinito

&e interpola linealmente,

<>< 99999 $ (+>+<: K ,<><) B ,;A-+ 99999 W (+ K <><) B ,+;+>

+>+<: 99999 - (- K $) B +

(34)

;A- 99999 + +;+> 99999 W K $

W B $ C (+;+> J +)@ ;A- B $$ psia

P"$o 3

3a intersección de las dos curvas en la 8ig -9+; será el punto al cual se empie'an a formar hidratos

l valor aqu4 calculado es ; psia y ;$ F8

n la 8ig -9+ se muestra el mismo cálculo pero hecho con el simulador de procesos %ysys y el valor calculado es A; psia y ; F8

(35)

%IGURA 3&18. Siu#"ción -or $i$t" d -roc$o$ HSS E0E(PLO 27 ' = GPSA4

(36)

Prdicción d %or"ción d Hidr"to$ -"r" G"$$ con A#to

Contnido d CO

2

<H

2

S

l m5todo de Xat' no debe usarse para gases con contenidos significativos

de "#$ y %$& n este caso, puede utili'arse el m5todo de Paille S 7ichert

con el cual se predice temperatura de formación de hidrato a0ustando las

condiciones de hidrato en el propano por la presencia de %$&, como se muestra

en la 8ig $9$A del G.&! y se ilustra con el siguiente e0emplo

E0E(PLO 3&17

stimar la temperatura de formación de hidrato a + psia para un gas con la siguiente composición

Co-onnt

(o# J

N$ - "#$  %$& >+< "+ <>$; "$ -+; "- A i"> $ n"> +: "; C > .* B +:A; lb@lbmol Gravedad espec4fica,  B <$

r %i!. 3&18 4

%i!. 3&18 

+-A

(37)

(38)

3.

&eguir en forma paralela la l4nea diagonal en el fondo de la gráfica e interceptar el e0e de la W en T B -; F8

9.

!plicar a0uste del "- entrando por la parte superior i'quierda de la gráfica,

con %$& B >+< ? mol interceptar con la l4nea de concentración de " - B A

? mol Ir verticalmente hacia aba0o hasta encontrar la presión del sistema

(+ = +9-_{psia) y leer la corrección en la escala de la i'quierda (9$A F8)}

;.

T de formación de hidrato (H + psia) B -; 9 $A B < F8

Not"

el a0uste de temperatura por corrección de "- es negativo al lado

i'quierdo y positivo al lado derecho de la gráfica

3.;

In6iición d Hidr"to$

3a formación de hidratos puede prevenirse deshidratando tanto el gas como el l4quido, para eliminar la formación de agua condensada en fase l4quida o sólida &in embargo, en algunos casos este proceso puede no ser práctico o económico n estos casos, la inhibición puede ser un m5todo

efectivo para prevenir la formación de hidratos

(39)

n la inhibición se inyecta un glicol o metanol a una corriente de proceso, donde se combina con la fase condensada acuosa para ba0ar la temperatura de formación de hidrato a una presión dada Tanto el glicol como el metanol pueden ser recuperados en la fase acuosa para ser regenerados y reinyectados .ara procesos de inyección continua hasta 9 > F8, normalmente los glicoles ofrecen unas venta0as económicas comparadas con la recuperación de metanol por destilación

&in embargo, a temperaturas criog5nicas por deba0o de 9 > F8, el metanol se favorece por su ba0a viscosidad lo que facilita su separación del hidrocarburo por gravedad y porque la viscosidad del glicol se vuelve e=cesiva dificultando la separación efectiva s de anotar que normalmente el metanol se inyecta puro

3os glicoles usados para inhibir hidratos son el etilen (G), dietilen (DG) y trietilen (TG) glicol, siendo el más popular el etilen glicol por su ba0o costo, ba0a viscosidad y ba0a solubilidad en hidrocarburos l4quidos n las 8igs $9- a $9>+ del G.&! se dan las propiedades f4sicas para los glicoles más comunes y para me'clas glicol agua n la 8ig $9>$ del G.&! se suministra información para glicoles puros y metanol

.ara que la inhibición sea efectiva, el inhibidor debe estar presente en el punto e=acto en el cual el gas h2medo es enfriado a su temperatura de hidrato .or e0emplo, en plantas de refrigeración, glicol se inyecta en forma de roc4o a la entrada del lado de los tubos del intercambiador gas 9 gas, y cuando el agua condensa, el inhibidor está presente para me'clarse con ella y prevenir la formación de hidratos

(40)

3a inyección debe ser de forma tal que permita una buena distribución a trav5s de cada tubo o placas, en intercambiadores de calor operando por deba0o de la temperatura de hidrato del gas

&oluciones glicol 9 agua e hidrocarburos l4quidos, pueden formar una emulsión cuando se agitan o cuando se e=panden de alta a ba0a presión como en una válvula de e=pansión ZT .ara conseguir una completa recuperación del glicol diluido para posterior regeneración y reinyección, debe hacerse un dise/o cuidadoso del separador

l regenerador en un sistema de inyección de glicol debe operarse para producir una solución de glicol regenerado, cuyo punto de congelación est5 por deba0o de la m4nima temperatura encontrada en el sistema na concentración t4pica está entre A; y <? en peso n la 8ig $9>> del G.&!, se muestra el punto de congelación para soluciones glicol agua a varias concentraciones

3a concentración m4nima de inhibidor en la fase de agua libre se puede estimar con la ecuación de %ammerschmidt

) + ( $--; + + + X PM X d

−

=

_{c -9>}

3a c -9> no debe usarse para concentraciones por encima de $ 9 $; ? peso para metanol y  9 A ? peso para glicoles

(41)

.ara concentraciones de metanol hasta ; ? peso la ecuación de Nielsen9Puc6lin ofrece me0or precisión

d = -129.6 ln(XH2O) Ec. 3-5

l t5rmino EW%$#E es en fracción mol, no en peso por lo tanto con la 8ig

$9>; del G.&!, se hace la conversión de porcenta0e en peso de metano+ a fracción mol de agua

.ara concentraciones finales de G mayores de ; ? peso y de metanol superiores a A; ? peso, se utili'a el m5todo de *addo= etal, que aunque es iterativo converge rápidamente y se detalla a continuación

3n (W%$# J [ %$#) B 9 $- J (+@T K +@To) c -9

donde, [ %$# B e=p("+Wi$ C "$Wi-) c -9A

.ara etilen glicol

"+ B 9 <-A+$ C ++<>- J T C ++++:>@T

"$ B >A<>$ 9 +;JT+$ 9 >:+-$$@T

.ara metanol

(42)

"+ B 9$<:< C $+>$:-@T+@$ 9 +AA-<AA@T

"$ B ++:: 9 ><>>A@T+@$ C --<<--@T

l procedimiento es como sigue

1.

Determinar To usando un m5todo para calcular temperatura de hidrato sin

inhibidor

2.

"alcular [ %$# a To con c -9A para Widado (W%$# B + K Wi)

3.

Mesolver la c -9 para encontrar T

9.

"alcular [ %$# a T con c -9A

;.

Mepetir desde el paso - hasta que los valores de T conver0an con una

diferencia no mayor de + FM

Despu5s de calcular la concentración final de inhibidor por alguno de los m5todos anteriores, se hace un balance de materia para determinar la rata de flu0o de inhibidor requerido en la fase de agua

R L O H R I X X m X m − = J $ c -9<

3a cantidad de inhibidor a ser inyectada debe considerar no solo la requerida para evitar congelamiento, sino la necesaria para estar en la fase de

(43)

+>-vapor en equilibrio y la que se disuelve en el hidrocarburo liquido 3a presión de vapor del metanol es lo suficientemente alta para que cantidades significativas se vaporicen

3as p5rdidas de metanol por evaporación se pueden estimar de la 8ig $9;+ del G.&!, la cual está e=trapolada para valores de presión por encima de A psia "on dicha figura se puede subestimar las p5rdidas de metanol en la fase de vapor para altas presiones .ara el glicol las p5rdidas por evaporación son muy peque/as y generalmente se ignoran en los cálculos

3as p5rdidas de inhibidor en la fase de hidrocarburo l4quido son más dif4ciles de predecir 3a solubilidad depende fuertemente de las composiciones tanto de la fase de agua como de la fase de hidrocarburo

3a 8ig $9;$ del G.&! presenta datos e=perimentales de solubilidad del metanol en hidrocarburos l4quidos paraf4nicos como función de la temperatura y la concentración de metanol 3a solubilidad del metanol en hidrocarburos naft5nicos es un poco menor que en paraf4nicos, pero la solubilidad en hidrocarburos aromáticos puede ser cuatro a seis veces más alta que en paraf4nicos

3a solubilidad del G en la fase l4quida de hidrocarburo es e=tremadamente peque/a .ara propósitos de dise/o se usa un valor de solubilidad de - lb por + gal (&) de l4quidos del gas natural (NG3)

&in embargo, arrastres o cualquier otra p5rdida mecánica, pueden ocasionar p5rdidas totales significativamente mayores

(44)

3a concentración final y la rata de flu0o de inhibidor requerida, se 3a concentración final y la rata de flu0o de inhibidor requerida, se pueden

pueden tambi5n tambi5n calcular calcular con con un un programa programa de de simulación simulación de de procesos procesos &e&e reali'an cálculos de temperatura de

reali'an cálculos de temperatura de hidrato, adicionando inhibidor hasta que lahidrato, adicionando inhibidor hasta que la temperatura de hidrato para la corriente de gas se depresione por deba0o de la temperatura de hidrato para la corriente de gas se depresione por deba0o de la temperatura de operación del sistema

temperatura de operación del sistema

3a concentración requerida de inhibidor pobre se fi0a t4picamente entre 3a concentración requerida de inhibidor pobre se fi0a t4picamente entre  y

 y <? peso para el G y <? peso para el G y +? pesa para el metano+? pesa para el metanol &i la l &i la tempetemperatura deratura de hidrato no decrece cuando una cantidad grande de inhibidor se adiciona, se hidrato no decrece cuando una cantidad grande de inhibidor se adiciona, se de

debe be cocompmpararar ar cocontntra ra el el m5m5totodo do de de *a*addddo= o= et et alal  &i &i lolos s reresusultltadados os sosonn consistentes, el paso a seguir es incrementar la concentración del G &in consistentes, el paso a seguir es incrementar la concentración del G &in em

embabargrgo, o, es es nenececesasaririo o seser r mumuy y cucuididadadososo o poporqrque ue se se inincrcrememenentatará rá lala viscosidad

viscosidad

! continuación se presenta un e0emplo calculado tanto a mano como ! continuación se presenta un e0emplo calculado tanto a mano como con el simulador de procesos %ysys

con el simulador de procesos %ysys

E0E(PLO 3&11

n una plataforma costa afuera se producen + **scfd de gas natural n una plataforma costa afuera se producen + **scfd de gas natural a + F8 y +$ psia l gas llega a la costa a

a + F8 y +$ psia l gas llega a la costa a > F8 y : psia 3a temperatura> F8 y : psia 3a temperatura de hidrato del gas es A F8 3a producción de condensado asociado es +$A de hidrato del gas es A F8 3a producción de condensado asociado es +$A lbmol@h "alcular la cantidad de inhibidor requerido (metanol y < ? peso lbmol@h "alcular la cantidad de inhibidor requerido (metanol y < ? peso G), para prevenir la formación de

G), para prevenir la formación de hidrato en la tuber4ahidrato en la tuber4a

.aso

.aso +, +, "alcular "alcular la la cantidad cantidad de de agua agua condensada condensada por por d4a d4a de de 8ig 8ig -9+-9+

+>; +>;

(45)

7

7(H + F8, +$ psia)(H + F8, +$ psia) == ;- lb@**scf ;- lb@**scf

7

7(H (H > > F8, F8, : : psia)psia) B :; B :; lb@**scflb@**scf

!gua con

!gua condensada B densada B + **+ **scfd (;- scfd (;- 9 :; 9 :; ) lb@**scfd ) lb@**scfd B B >-; l>-; lb@db@d

C

C 5#cu#o$

5#cu#o$ -"r" t

-"r" t"no# &

"no# & P( K 32

P( K 32

.aso $,

.aso $, "alcular la "alcular la concentración concentración de mede metanol (fracción tanol (fracción en pesoen peso), con ), con las cslas cs -9> y -9;

-9> y -9;

Depresión punto de congelación, d B A 9 >

Depresión punto de congelación, d B A 9 > B - F8B - F8

De c -9>, De c -9>,            ++ ==            ++ == - - J J -$ -$ $--; $--; + + J J $--; $--; + + @@ + + d d PM PM X X I I W

W++ B $:+ B $:+ fracción peso (\$ fracción peso (\$ K $; ? pesK $; ? peso)o)

D

De e cc  --99;;,, WW%$#%$# B B e=p(d@9+$:) e=p(d@9+$:) B B e=p(-@9+$:)e=p(-@9+$:)

W

W%$#%$# B B A:- A:- fracción fracción molmol

De 8ig -9+A (H W

De 8ig -9+A (H W%$#%$# B B A:-), A:-), WWII,B -+; fracción peso (] ; ?,B -+; fracción peso (] ; ?

peso), se usa este valor peso), se usa este valor

(Yalor calculado con %ysys, W

(Yalor calculado con %ysys, WII B -+$ fracción peso) B -+$ fracción peso)

+> +>

(46)

.aso -,

.aso -, "alcular flu0o másico de me"alcular flu0o másico de metanol en fase agua (*e#% B + tanol en fase agua (*e#% B + ? peso)? peso)

De c -9<, De c -9<, R R L L O O H H R R I I X X X X m m X X m m −− == JJ $$ B B mm I I == -+;-+;₊₊₋₋__JJ_,,_-+;_-+;>>,,-;-; == $, lb@d $, lb@d

(Yalor calculado con %ysys, m

(Yalor calculado con %ysys, mII B $,+>< lb@d) B $,+>< lb@d)

.aso

.aso >, >, "alcular "alcular p5rdidas p5rdidas por por evaporación evaporación con con 8ig 8ig -9+<-9+<

.5rdidas a

.5rdidas a H > H > F8 y F8 y : psi, : psi, .5rdidas evap .5rdidas evap B +;B +; _?_?lblb_peso_peso@@ MMscf MMscf _MeOH_MeOH

.5rdidas evaporación B +;

.5rdidas evaporación B +; _?_?lblb_peso_peso@@ MMscf MMscf _MeOH_MeOH(+ **scfd)(-+; ? peso(+ **scfd)(-+; ? peso *e#%) *e#%)

.5rdidas evap diarias B -,-< lb@d .5rdidas evap diarias B -,-< lb@d

(Y

(Yaalor calculado con lor calculado con %ysys, .5rdidas %ysys, .5rdidas evaporación B $,:;$ evaporación B $,:;$ lb@d)lb@d)

.aso

.aso ;, ;, "alcular "alcular p5rdidas p5rdidas en en fase fase hidrocarburo hidrocarburo l4quido l4quido con con 8ig 8ig -9+:-9+:

.5rdidas a

.5rdidas a H > H > F8 y F8 y -+; ? -+; ? peso peso *e#%,*e#%,

.5rdidas en %" l4q B + ?

.5rdidas en %" l4q B + ? mol *e#%mol *e#%

.5rdidas d

.5rdidas diarias en iarias en %" %" l4q B l4q B (+) (+) J (+$AJ (+$A) lbm) lbmol@hJ$> hol@hJ$> h@d B @d B >: >: Ibmol@dIbmol@d

+>A +>A

(47)

.5rdidas diarias en %" l4q B >: lbmol@d J -$ lbmol = +;A Ib@d

(Yalor calculado con %ysys, .5rdidas en %" l4q B +;< lb@d)

.aso , 8lu0o másico total de *etanol B $, C -,-< C +;A B ;,>; lb@d

(Yalor calculado con %ysys, 8lu0o másico total de *etanol B ;,<; lb@d)

C 5#cu#o$ -"r" EG & P( K 82

.aso A, "alcular la concentración de G (fracción en peso), con la c -9>

"on d B - F8 y .* B $,       + =       + = - J -$ $--; + J $--; + @ + d PM X _I WI B >>- fracción peso de G

(Yalor calculado con %ysys, WIB >< fracción peso)

.aso <, "alcular flu0o másico de G en fase agua (G B < ? peso)

%IGURA 3&1>

(48)

%IGURA 3&1=

(49)

(50)

%IGURA 3&1

(51)

(Yalor calculado con %ysys, mIB ;,$-A lb@d)

.ara el tilen glicol las p5rdidas por vapori'ación y en la fase

l4quida de hidrocarburo son despreciables ("on %ysys tambi5n son

despreciables)

3.8 Proc$o D D$6idr"t"ción Con G#ico#

"uando la inhibición de hidratos no es factible o práctica, se usa el proceso de deshidratación que puede ser con un desecante l4quido o sólido1 aunque usualmente es más económico el proceso con l4quido, cuando se cumple con las especificaciones de deshidratación requeridas

l glicol más com2nmente usado para deshidratación del gas natural es el trietilen glicol (TG) con el cual se pueden alcan'ar contenidos de agua de > lb@**scf que no son posibles con otros glicoles

3os otros glicoles que pueden usarse son el dietilen glicol (DG) con el cual se puede llegar a un contenido de agua de A lb@**scf y el tetraetilen glicol (TMG)

(52)

&iguiendo el flu0o de proceso del esquema de la unidad de deshidratación con glicol que se muestra en la 8ig -9$, puede observarse que el gas h2medo que llega a la unidad pasa por un separador que com2nmente está integrado al fondo de la torre contactora o absorbedora, y entra por el plato de fondo

l glicol regenerado se bombea al plato de cima de la torre absorbedora y a medida que fluye hacia aba0o, va absorbiendo agua del gas que fluye en contracorriente desde el plato de fondo

.or el fondo de la absorbedora sale una me'cla agua 9 glicol rico que pasa por el serpent4n condensador de reflu0o y va al tanque EflashE, en el cual

se separa la mayor parte del gas disuelto

3a me'cla acuosa de glicol pasa por el intercambiador de calor glicol rico 9 glicol pobre y va a la torre regeneradora en la cual, el agua absorbida se destila del glicol por aplicación de calor, a presión muy cercana a la atmosf5rica

l glicol pobre regenerado fluye a trav5s del intercambiador de calor glicol rico Kglicol pobre y se recicla con bomba a la torre absorbedora, mediante enfriamiento previo

n este cap4tulo se mane0aran las diferentes tecnolog4as usadas para el fin de deshidratar el gas, al igual que sus respectivos equipos

(53)

Unid"d d d$6idr"t"ción con !#ico#

(54)



S-"r"dor D Entr"d"

na buena práctica es instalar un separador para el gas de entrada, aun si la unidad de deshidratación está cerca al separador de producción &e busca poder separar cantidades grandes de agua fresca o salada, hidrocarburos, qu4micos de tratamientos o inhibidores de corrosión, a fin de evitar su paso a la absorbedora o contactara, pues aun peque/as cantidades de estos materiales, causan p5rdidas e=cesivas de glicol debido a la formación de espuma, reducen la eficiencia e incrementan el mantenimiento



A$ordor"

s una vasi0a que puede ser de platos de burbu0eo, de válvulas o con empaque que promueve el proceso de absorción de agua del gas natural en una solución de glicol



T"or %#"$6

n este tambor la mayor parte del gas natural disuelto se separa de la solución de glicol rico y se env4a a gas combustible 3a presión de operación debe ser lo suficientemente ba0a para promover la separación del gas, pero a la ve' lo suficientemente alta para que pueda entrar al sistema de gas combustible

(55)

columna, a trav5s de la cual fluye glicol rico para enfriar los vapores que suben de la parte inferior

sto genera un reflu0o que minimi'a las p5rdidas de glicol en el vapor de agua despo0ada .or deba0o de la boquilla y distribuidor de entrada del glicol rico, se encuentra una sección empacada usualmente con sillas de cerámica



R6r,idor

l Mehervidor tiene que ser dise/ado para suministrar el calor adecuado para elevar la temperatura del glicol rico al nivel requerido para su regeneración 3a temperatura del TG no debe ser superior a > F8 para evitar su descomposición



o" D G#ico#

sta bomba circula el glicol a trav5s de los equipos .uede ser mane0ada por motor el5ctrico o con gas a alta presión &i se bombea glicol en e=ceso, no

se alcan'a la temperatura requerida de regeneración en el rehervidor

(56)

n nivel aceptable de p5rdidas está en el orden de + gal@**scf de gas tratado, lo cual es equivalente a menos de + lb de glicol por **scf

3as p5rdidas ocurren en la cima de la contactora influenciadas por la temperatura y presión de operación, en la torre regeneradora y por fugas en la bomba, filtros, tuber4as y durante limpie'a de filtros



A$-cto$ Aint"#$

n el proceso de regeneración del glicol rico a glicol pobre, el agua que ha sido absorbida en la contactora se libera en la regeneradora y se ventea a la atmósfera

Desafortunadamente, el glicol no solamente absorbe agua en la contactora sino hidrocarburos y gas ácido 3os hidrocarburos paraf4nicos normalmente no se absorben pero los aromáticos s4 n la página $9-$ del G.&! puede observarse que cantidades substanciales de ciertos aromáticos pueden ser absorbidos para ser luego liberados a la atmósfera, a menos que dichos vapores sean capturados de alguna manera, mediante procesos que son generalmente costosos

3a evaluación del sistema de TG involucra establecer su concentración m4nima para alcan'ar la especificación de punto de roc4o por agua 3a 8ig $9 ;> del G.&! muestra el punto de roc4o por agua de una corriente de gas natural en equilibrio con una solución de TG a varias concentraciones y temperaturas

(57)

TG para una aplicación particular, o la depresión teórica del punto de roc4o para una temperatura dada y determinada concentración de TG

Yalores de punto de roc4o reales de salida dependen de la rata de circulación de TG y del n2mero de etapas de equilibrio 3os datos de la 8ig $9;> son relativamente insensibles a la presión y dicha figura puede usarse hasta +,; psia con peque/o error

na ve' se determina la concentración de TG, debe determinarse la rata de circulación y el n2mero de platos o altura de empaque n las 8igs $9;; a $9;: del G.&! se presenta la relación de remoción de agua a rata de circulación de TG, para varias concentraciones y n2mero de etapas teóricas de equilibrio

GUÍAS DE DISEMO  OPERACIÓN PARA INHIICIÓN DE

HIDRATOS  DESHIDRATACIÓN CON GLICOL

1.

"omo criterio de dise/o el flu0o real de inhibidor debe ser

apro=imadamente el doble del flu0o calculado en forma teórica

2.

"uando se utili'a el glicol para prevenir formación de hidratos, la

regeneración se hace hasta 9< ? peso

3.

"uando se utili'a glicol en el proceso de deshidratación, la

(58)

9.

&i en una instalación e=isten los procesos de inhibición de hidratos y deshidratación con glicol, se requieren dos sistemas independientes para su regeneración

;.

"omo en la operación real no se da la condición de equilibrio sino una

condición dinámica, para dise/o se usan apro=imaciones como por e0emplo, si el ob0etivo es una depresión hasta # F8, se traba0a con 9+ @ 9$ F8 o sea una apro=imación de +@$ F8 &i los cálculos dan que se requiere una pure'a de glicol de :: ?, se traba0a con ::; ?

ASOREDORA

8.

l enfriamiento del glicol pobre que se recicla a la cima de la

absorbedora se debe hacer alrededor de ; K + F8 por encima de la temperatura de entrada del gas h2medo en el fondo, a fin de evitar condensación de hidrocarburos del gas que causen formación de espuma

>.

Dise/os económicos utili'an ratas de circulación de $ K ; gal TG@lb

%$# absorbida

=.

l n2mero de platos teóricos t4picos entre + K -, los platos reales entre

> y +$ 3a conversión de etapas de equilibrio a platos reales puede hacerse asumiendo una eficiencia global de plato entre $; ? para platos de burbu0eo y -- ? para platos de válvulas .ara empaque, la

(59)

con la rata de circulación de TG, el flu0o y la densidad del gas1 pero un valor de - K  pulgadas es normalmente adecuado

.

3a temperatura de entrada del gas h2medo debe estar entre  K +$

F8 "uando la temperatura de la absorbedora está por deba0o de  F8, el incremento en la viscosidad del TG puede reducir la eficiencia en la transferencia de masa

17.

l espaciamiento t4pico entre platos en la absorbedora es $> pulgadas

&in embargo, la altura total de la torre estará de acuerdo con el n2mero de platos o la altura de empaque requerida, más de  K + adicionales para permitir el retiro de vapor al l4quido por encima del plato de cima, distribución del gas de entrada por deba0o del plato de fondo y espacio para colectar glicol rico en el fondo

11.

Tradicionalmente se han usado platos de burbu0eo en absorbedores de

glicol, porque permiten ba0as ratas de l4quido vs 8lu0o de gas1 sin embargo, el empaque estructurado está siendo muy aceptado, porque permite reducción significativas en diámetro, y alguna reducción en

altura

12.

l diámetro de la absorbedora se fi0a con la velocidad del gas v o G, en

forma similar a como se hace para separadores Yalores recomendados para los factores X y " se dan en la Tabla +

(60)

v B g g L K ρ ρ ρ − , ft@s ó G B C ρ g ( ρ L −ρ g ) 1 lb@(h9ft$) .ara platos, P ! " # $= ;:,>J J J , in c -9:

.ara empaque estructurado,

) ( J pla&oburbu %a do es&ruc&ura empa'ue %a pla&oburbu $ C C $ = _{c -9+}

13.

3os vendedores de empaque estructurado utili'an una variable 8, para

dimensionar absorbedoras de glicol, definida como

8s B v ρ  c -9++

Yalores de 8s B $,; K -, generalmente suministran un buen estimativo

del diámetro de la absorbedora con empaque estructurado

TALA 3&1 %"ctor$ * ' c -"r" ,#ocid"d d ,"-or

B +"ctor$

+t<$

C +"ctor

+t<6

.lato de burbu0eo, espaciamiento

$R $>R -R ,+> ,+ ,+A ;> ;A +$ mpaque structurado

(61)

+ inch .all rings $ inch .all rings

,+- K ,+< ,+: 9,$

>< 9 >< <>9 :-

J Depende de la densidad del empaque y el vendedor

TA(OR %LASH

19.

.ara desgasificación se requiere un tiempo de retención m4nima de - K

; minutos &i se va a remover hidrocarburo l4quido, se requiere un tiempo de retención de $ K - minutos

1;.

.resión de operación B  psig

18.

Temperatura de operación B +> K + F8 si a continuación se en

encuentra el intercambiador glicol rico K glicol pobre

INTERCA(IADOR GLICOL RICO ' GLICOL PORE

1>.

Temperatura de alimento a la despo0adora de agua ^ - F8

1=.

Temperatura del glicol pobre fr4o ^ +; F8

1.

!pro=imación QapproachR lado caliente ^ > F8

(62)

27.

.resión ^ atmosf5rica

21.

Temperatura de fondos TG ] > F8 (preferible -< F8)

TG \ -> F8 (preferible -$ F8)

22.

Temperatura de cima para minimi'ar p5rdidas de glicol B $+ F8

23.

Meflu0o para minimi'ar p5rdidas ^ - ? del efluente de la

absorbedora

29.

"antidad de calor QDutyR en condensador para minimi'ar p5rdidas ^

$;? del calor de vapori'ación del agua absorbida

2;.

N2mero de platos teóricos - K > (Mehervidor, + K $ platos teóricos y

condensador)

28.

3a cantidad de calor QDutyR del rehervidor está en el orden de + ;

Ptu@gal de glicol recirculado

EN%RIADOR DE GLICOL PORE

2>.

Temperatura del glicol pobre a la absorbedora B Temperatura de entrada del gas h2medo C ; a + F8

(63)

para el dimensionamiento de una torre absorbedora de trietilen glicol con platos de burbu0eo y con empaque estructurado

E0E(PLO 3&12

n flu0o de gas natural h2medo de ;+,> **scfd con gravedad espec4fica  B ,;> y ' B ,<$: entra a una contactora con TG a :; psia y + F8 3a especificación de humedad para el gas de salida es A lb de

%$#@**scf l n2mero de platos reales de la contactora es <

"alcular el diámetro y la altura para platos de burbu0eo y empaque estructurado sar una temperatura de apro=imación de + F8 para el punto de roc4o

.ara la torre despo0adora de agua o regeneradora, calcular la cantidad de calor QdutyR del rehervidor, si la carga a la despo0adora entra a $< F8 y la temperatura del rehervidor es -A F8

SOLUCIÓN.&

+ Determinar el contenido de agua en el gas de entrada a . y T

n la 8igura -9+, (H + F8, :; psia), 7in B > lb %$#@**scf

$ Determinar el contenido de agua a ser removida

(64)

- Determinar el punto de roc4o por agua del gas deshidratado

n la 8igura -9+, (H A lb %$#@**scf, :; psia),

.unto de roc4o B -+ F8

> Descontar la temperatura de apro=imación al punto de roc4o por agua

T punto de roc4o con apro=imación B -+ 9 + B $+ F8

; Determinar la concentración de TG para la temperatura de equilibrio del punto de roc4o con apro=imación

n la 8igura -9$+ (H.to Mocio del equi B $+ F8 y T contactora B + F8), "oncentración de TG B :<,; ? peso

 Determinar (7in 9 7out) @ 7in 

(7in 9 7out)@ 7in B (> K A)@> B ,<:

(65)

.ara platos de burbu0eo se toma una eficiencia de $; ? N B NM J ,$; B < J ,$; B $

< Determinar rata de circulación de TG en gal de TG@lb %$#

(66)

"oncentrac4on de TG B :<,; ? peso)

Mata de circulación de TG B $,;> TG@lb %$#

: Determinar la rata m4nima de circulación de TG

( d ( O lbH gal !)* MMscf lb O H d MMscf # *PM min@ D J @ $> @ ) ( J @ ) ( J @ ) (

∆

_$ _$

=

gpm ( d ( O lbH gal MMscf lb d MMscf *PM ;,+A min@ D J @ $> @ ) ;> , $ ( J @ ) ;A ( J @ ) > , ;+ ( $

₌

=

+Determinar la densidad de TG

n 8igura -9$- (H T contactora B + F8 y "oncentración de TG B :<,; ? peso)

Densidad Melativa de TG B +,+: LTG B +,+: J $,> lb@ft

-++Determinar la densidad del gas Lgas B ($,AJ.Jgas) @ ('JT)

Lgas B ($,AJ:;J,;>) @ (,<$:J;) B -,>< lb@ft

-+$Determinar la velocidad permisible del gas

De la Tabla -9+ (H spaciamiento de platos de burbu0eo $>R), X B ,+ ft@s

(67)

v B ,;: ft@s

+- Determinar el diámetro de la contactora y altura de platos y empaque

.ara platos de burbu0eo,

P ! " # $= ;:,>J J J in $ >A,$A D;: ,  J :; ;D J <D$: ,  J > , ;+ J > , ;: = = D ^ >< in B > ft

!ltura para platos B NM J espaciamiento B < J $> in@ (+$ in@ft) B + ft

.ara empaque estructurado,

De la Tabla -9+ (H spaciamiento platos de burbu0eo $>R), " B ;A ft@h

De la Tabla -9+ (H mpaque estructurado), " B +$ ft@h

(68)

) ( J pla&oburbu %a do es&ruc&ura empa'ue %a pla&oburbu $ C C $ = f& $ J(>) $,AA +$ ;AD = = D ^ - ft

%IGURA 3&22

(69)

!ltura de empaque B N J  in@plato teórico B $ J  B +$ in B + ft

(70)

a) "alor sensible para elevarla temperatura del glicol desde la T de entrada hasta la T del rehervidor

&e toma como base + gal de TG

De la 8igura $9-$ (H  F8 y "oncentración de TG B :<,; ? peso),

m B :,-< lb@gal

&e determina " p a T promedio B (-A C $<) @ $ B -$; F8

De la 8igura $9-< del G.&!, e=trapolando sus e0es (H -$; F8 y "oncentración de TG B :<,; ? peso),

" p B ,;; Ptu@lb F8

`s B m J " p J _T B :,-< J ,;; J (-A K $<)

`s B ;;- Ptu@gal de TG

b) "alor de vapori'ación del agua absorbida

De la 8igura $-9$ del G.&!, se lee el calor de vapori'ación

del agua a presión atmosf5rica, _%v B :A Ptu@lb de %$#

!)* gal +&u gal!)* O lbH O lbH +&u #_ -<$ @ ;> , $ :A _$ $

=

























=

%IGURA 3&23

(71)

c) "alor de reflu0o o QDutyR del condensador

(72)

d) "antidad de calor QDutyR del rehervidor incluyendo + ? de p5rdidas

`rb B (`s C `v C `r ) J +,+ B (;;- C -<$ C :;,;) J +,+

`rb B ++--, Ptu@gal TG

l nivel de deshidratación del gas depende de la composición del glicol pobre alcan'ada en la regeneradora

"omo la temperatura en el rehervidor no puede ser superior a > F8 para evitar la degradación del TG, su pure'a está limitada a :<,> 9 :<,< ? en peso

&i se requiere una pure'a mayor para secar el gas, debe hacerse me0oras al proceso de regeneración tales como gas de despo0o, adición de un hidrocarburo l4quido volátil (DMI#) o el proceso "#3D8INGM stos procesos me0orados se describen en las páginas del G.&!, desde la página $>

hasta la página ->

.ara dietilen glicol (DG) la temperatura del rehervidor está limitada a -$ F8, lo cual a su ve' limita la pure'a a : K :A ? peso

(73)

•

LISTA DE PASOS SENCILLOS PARA EL DISEMO DE UNA

(74)

+ %allar la cantidad de agua presente en el gas (puede usarse el *5todo de *c6eta)

$ Determinar la cantidad d agua removida

_ %$# B 7in 9 7out

- %allar el .unto de Moc4o del Gas (Tr ) , usar gráfica del *5todo de

*c6eta

> Definir el .unto de Moc4o por apro=imación

Tra B Tr 9 !p

; %allar la pure'a del TG mediante la 8igura $9;> del G.&!

 Determinar el n2mero de platos teóricos de la absorbedora

N B NM J 8

.ara platos de burbu0a 8 B ,$;

.ara platos tipo válvula 8 B

,--A %allar la relación

in ou& in , , ,

−

(75)

: "alcular el caudal de TG [ @min] $> J D ) @ ( J @ ( J ) ( _$ _$ _$ gal O lbH gal !asa MMscf O lbH O H MMscfd # #_!)* = gas ∆

+"alcular la densidad del TG

De la 8igura $9-$ , hallar TG

LTG B TG J $,> lb@ft-

++"alcular la densidad del gas

Lgas B ($,AJ.Jgas) @ ('JT)

+$%allar la velocidad v B g g L K ρ ρ ρ − ft@s , hallar X de Tabla +

+-"alcular el diámetro de la torre

P

! " # $= ;:,>J J J

(76)

+>%allar la altura de la torre

% B espaciamiento ($9) J N

M

+;.ara empaque estructurado

) ( J _pla&oburbu_%a do es&ruc&ura empa'ue %a pla&oburbu $ C C $ =

!ltura de empaque B N J  in@plato teórico

3.> P#"nt" D D$6idr"t"ción Con D$c"nt

Só#ido.&

l uso de absorbentes sólidos es una práctica com2n, para lo cual se requiere que el gas h2medo saturado se ponga en contacto con una substancia sólido que tiene gran afinidad por el agua, como la s4lica gel, la al2mina y los tamices moleculares ventualmente cada uno de estos materiales alcan'a su capacidad de adsorción y tiene que ser regenerado

ste proceso requiere dos o más torres adsorbedoras operando en un ciclo en paralelo, como puede verse en la 8igura $9 del G.&! que es un sistema de dos torres na está en operación de adsorción de agua del gas,