DIPLOMADO DE OPERADORESDIPLOMADO DE OPERADORES DE PLANTA DE GAS
MODULO 3: PROCESOS DE GAS Y EQUIPOSGAS Y EQUIPOS
1 Ing. Carlos Abel
CONTENIDOCONTENIDO Fundamentos Deshidratación Recuperación de licuables Estabilización de líquidos Sistemas Auxiliares Control de procesos Sistemas y equipos de seguridad
P di i t d d Procedimientos de arranque y parada
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RECUPERACION DE LICUABLES
• Introducción• Efecto Joule-ThomsonEfecto Joule Thomson• Refrigeración Mecánica• Turboexpander
3 Ing. Carlos Abel
IntroducciónIntroducciónFluido del
CO2
Separación de Fasespozo
Sólidos Agua Condensado hacia la unidad
Endulzamiento
hacia la unidad de estabilización
Compresión Deshidratación
AguaCompresión
Gas de IngresoDeshidratación
Recuperación de licuables
Compresión Gas de Venta
Gas a gaseoductoReinyecciónQuema
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Licuables hacia fraccionamiento
IntroducciónIntroducciónEl objetivo básico del procesamiento del gas natural es
t d tseparar sus componentes en productos conespecificaciones definidas y controladas, para quepuedan ser utilizados con alto desempeño enp paplicaciones especificas, permitiendo la incorporaciónde mayor valor agregado a los productos generados.De modo similar a la destilación del petróleo queDe modo similar a la destilación del petróleo, quefracciona el petróleo en productos de especificacióndefinida, una unidad de procesamiento de gas naturaltiene como función básica fraccionar el gas enproductos especificados pera el cumplimiento de lasdiversas aplicaciones requeridas por el mercado.
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diversas aplicaciones requeridas por el mercado.
IntroducciónIntroducciónComponentesdel gas natural
Procesamiento(Separación) Productos
H2ON2
del gas natural (Separación)
N2CO2 Gas VentaN2
CO2C1C2
CO2
CO2C1
C2
Gas Venta
EtanoPetroquímico
C3C4C5C6
Procesamiento C3C4
C
Petroquímico
GLP
C6C7..
H2O C5C6C7.
GasolinaNatural(C5 )
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.Cn
.
.Cn
(C5+)
IntroducciónIntroducciónTipos de unidades de procesamiento de gas naturalEl t á i t t d l id d dEl punto más importante de las unidades deprocesamiento de gas natural es el sistema degeneración de criogenia (bajas temperaturas),
bl l li f ió d l tresponsables por la licuefacción de los componentespesados del gas natural. El proceso termodinámicoescogido para este fin define el tipo de unidad a ser
ili dutilizado.
- Efecto Joule-Thomson;Efecto Joule Thomson;- Refrigeración mecánica- Turbo-expansión
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IntroducciónIntroducciónProcesos de Recuperación de LicuablesEn el siguiente diagrama de fases se muestra elcomportamiento de los tres principales tipos deprocesos utilizados para la recuperación de licuables.procesos utilizados para la recuperación de licuables.
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Factores de Selección del ProcesoFactores de Selección del Proceso Calidad requerida del gas de ventaCa dad eque da de gas de e ta
Duración de las reservas
Caudal de gas disponibleCaudal de gas disponible
Presión, temperatura y composición del gas natural
Productos requeridos Productos requeridos
Proximidad de los centros consumidores
Condición del mercado para el proyecto y la adquisición de las Condición del mercado para el proyecto y la adquisición de las
instalaciones
Tiempo de retorno del capital invertido
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Tiempo de retorno del capital invertido
Efecto Joule ThomsonEfecto Joule - ThomsonEs el más simple y barato de los procesos, por tanto estambién el de uso más restringido debido a sustambién el de uso más restringido, debido a suslimitaciones técnicas.Es normalmente utilizado en proyectos donde la
i ió d l t l t t d tá bicomposición del gas natural a ser tratado ya está bienpróxima de la especificación del gas de venta, faltandoapenas un ajuste de las fracciones más pesadas, comobbutanos y pentanos.El fundamento termodinámico asociado a este procesoes la licuefacción de los componentes más pesadosp pdebido a la reducción de temperatura proporcionadapor expansión isoentálpica en una válvula de control depresión.
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p
Efecto Joule ThomsonEfecto Joule - Thomson
11Diagrama de Flujo Proceso de Recuperación de Licuables Mediante Efecto JT
Efecto Joule ThomsonEfecto Joule - ThomsonLas características más relevantes de este procesode licuefacción son:
Expansión isoentálpica (Δh = 0) Baja eficiencia de desempeno Bajo nivel de recuperación de propano Baja inversión
P l t tili d d i l Proceso normalmente utilizado para reducir elpunto de condensación del gas natural
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Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaEs considerado un proceso simple de inversión media,
d ifi d tpuede generar gas especificado para venta, aunquepresenta limitaciones técnicas en cuanto al contenidoresidual de propano en el gas de venta.p p gSi el objetivo del proyecto fuera maximizar laproducción de GLP, deberá considerarse la utilizaciónde un proceso más eficiente y ciertamente más carode un proceso más eficiente y ciertamente más caro.El fundamento termodinámico asociado a este procesoes la licuefacción de los componentes más pesados delp pgas natural por medio de reducción de temperaturaprovocada por el intercambio térmico del gas con unfluido refrigerante
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fluido refrigerante.
Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica
14Diagrama de Flujo Proceso de Recuperación de Licuables Mediante Refrigeración Mecánica
Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica
Di d Fl j Ci l R f i ió P
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Diagrama de Flujo Ciclo Refrigeración con Propano
Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica
Ciclo Refrigeración con Propano
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Refrigeración MecánicaRefrigeración Mecánica
Chiller
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Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaLas características más relevantes de este procesode licuefacción son:
Exige deshidratación del gas natural Exige deshidratación del gas natural Logra bajas temperaturas Utiliza un cliclo de refrigeración con propanoUtiliza un cliclo de refrigeración con propano Proceso simple y robusto No necesita de presiones altas (no opera con
expansión del gas) Considerado de inversión media
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Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaLos principales problemas operacionales de estetipo de unidades están relacionados con:Formación de Hidratos
-Obstrucción de las toberas nebulizadoras-Baja eficiencia de la bomba de inyecciónBaja eficiencia de regeneración por falta de temperatura-Baja eficiencia de regeneración por falta de temperatura
-Incremento en el contenido de humedad del gas
Parada de compresores de propanop p p-Problemas con la calidad del propano-Problemas eléctricos
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TurboexpanderTurboexpanderEl proceso de turboexpansión es el más eficienteproceso termodinámico act almente tili ado enproceso termodinámico actualmente utilizado enplantas de procesamiento de gas natural.Posee un excelente rendimiento en la recuperaciónpdel propano, siendo capaz de reducirpracticamente a cero este componente en el gasde venta Además es el único capaz de separarde venta. Además es el único capaz de separaretano petroquímico.Es un proceso de alta inversión, por tanto serequieren volúmenes de gas superiores a 90MMscf/d para que tenga un retorno adecuado de lainversión.
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TurboexpanderTurboexpanderLa licuefacción de los componentes más pesadosdel gas natural en este proceso es garantizado porla expansión del gas natural en una turbina, la cuallibera energía que es utilizada para accionar unlibera energía que es utilizada para accionar uncompresor auxiliar del sistema principal decompresión.La expansión del gas es isoentrópica, congeneración de trabajo.Debido a la reducción de temperaturaproporcionada por la expansión isoentrópica con larealización de trabajo el proceso consigue
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realización de trabajo, el proceso consiguealcanzar temperatura abajo de -140 °F.
TurboexpanderTurboexpander
Diagrama de Flujo Proceso de Recuperación de Licuables
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g j pMediante Turboexpander
TurboexpanderTurboexpander
23Diagrama P-T para un proceso Turboexpander
TurboexpanderTurboexpanderLas características más relevantes del proceso deturboexpansión son:turboexpansión son:
Expansión isoentrópica (Δs = 0) Proporciona la temperatura más baja de todos los
procesos Mayor eficiencia (riqueza residual del gas de venta
tiene a cero) Único con la posibilidad de generar etano
petroquímico Total recuperación del propano Alta recuperación de etano Necesita alta inversión
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Necesita alta inversión
Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaLos principales problemas operacionales de estetipo de unidades están relacionados con:Falla del sistema de control
-La unidad posee un sistema de control altamente automatizado-Normalmente las fallas se dan en los PLC’s
Formación de Hidratos-Se requiere medición en línea de la humedad del gas aprocesarprocesar-Saturación de los tamices moleculares-Regeneración deficientes por baja temperatura del horno, obajo flujo del gas caliente
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bajo flujo del gas caliente.
Refrigeración MecánicaRefrigeración MecánicaProblemas operacionales (cont.)
Parada del Turboexpansor-Como principal unidad del proceso, la falla del turboexpansorComo principal unidad del proceso, la falla del turboexpansorcausa la pérdida de obtención de bajas temperaturas-Se podría mitigar con expansión isoentálpica con una JT
éDaño del aislamiento térmico-Cuando ocurre algún hecho que impacta el nivel de aislamientotérmico del sistema de frio de la unidad.térmico del sistema de frio de la unidad.-La pérdida de eficiencia es inmediata y muchas veces requiereparadas no programadas para reparar el aislamiento.
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Comparación de procesosComparación de procesosObjetivos/Procesos JT RM TEObjetivos/Procesos JT RM TEReducir punto de rocio S S SCumplir especificaciones de gas de enta N S Sventa
Maximizar producción GLP N N SProducir etano petroquímico N N S
Expansión isoentálpica versus isoentrópica
Turboexpansión → ΔT / ΔP = -1 °C / atm
Efecto Joule-Thomson → ΔT / ΔP = -0.5 °C / atm
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