Deshidratacion del gas por adsorcion

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Deshidratacion del gas por adsorcion

  1. 1. DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION<br />
  2. 2. CONTENIDO DE AGUA EN LOS GASES<br />COMPOSICION <br />PRESION <br />TEMPERATURA<br />H20 + H2S y CO2  Acidos<br />
  3. 3. Estimacion del contenido de agua conCorrelaciones<br />
  4. 4. CONTENIDO DE AGUA EN LA REGIÓN DE HIDRATO<br />Formacion de hidratos  tiempo<br />Composicion del gas, grado de agitacion<br />“periodo de la formación de hidratos” el agua liquida presente esta en termino “liquido meta estable”. <br />El agua metaestable ..en equilibrio existirá como un hidrato. <br />
  5. 5. Hidratos en sistemas de gas natural<br />Hidrato..<br />Su formación en sistemas de gas<br />Estructuras de hidratos:<br />Estructura I (C1, C2, CO2, H2S)<br />Estructura II (C3, iC4, nC-4)<br />Estructura H (C5+)<br />
  6. 6. Formación de hidratos<br />Condiciones primarias.<br />El gas o el liquido deben estar en el o por debajo del punto de roció del agua o a la condición de saturación <br />Temperatura<br />Presión<br />Composición<br />Condiciones secundarias.<br />Mezclado<br />Espacio físico para la formación del cristal<br />Salinidad <br />P. aumenta …T. disminuye hasta formacion<br />
  7. 7. CONTROL DE HIDRATOS<br />La formación de hidratos, puede evitarse removiendo el agua del gas antes del enfriamiento de los hidrocarburos por debajo de la temperatura a la cual podrían aparecer los problemas <br />Procesos de deshidratacion<br />Absorcion<br />Adsorcion<br />
  8. 8. DESHIDRATACION CON SÓLIDOS DESECANTES<br />En la industria se utilizan lechos fijos de desecantes para deshidratar gas, deshidratantes típicos tenemos<br />Un deshidratador de lecho fijo generalmente tiene :<br />
  9. 9.
  10. 10. La restitución del desecante requiere : <br />El flujo de adsorción es generalmente hacia abajo: <br />Los lechos deben ser regenerados apropiadamente<br />
  11. 11. Las unidades de sólidos desecantes generalmente son más costosas y difíciles de operar que las unidades de glicol: <br /> En procesos donde se encuentran temperaturas criogénicas: <br /> Los desecantes en uso comercial caen en alguna de estas tres categorías:<br />Geles <br />Alumina <br />Tamices Moleculares<br />
  12. 12. TAMICES MOLECULARES<br />Los tamices moleculares son desde el punto de vista químico, silicatos de aluminio <br />La adsorcion de agua en los tamices es un proceso reversible: <br />La fuerza de adsorcion <br />cationes actúan como puntos de fuerte carga positiva<br />los tamices son utilizados para eliminar contaminantes indeseables<br />
  13. 13. DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION<br /><ul><li>ESQUEMA DEL PROCESO DE FLUJO</li></li></ul><li>DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION<br /><ul><li>CICLO DE REGENERACION</li></li></ul><li>DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION<br /><ul><li>ANALISIS DEL PROCESO DE ADSORCION</li></ul>CAMPBELL<br />TIEMPO DE REMOSION<br />COSTO MINIMO<br />TAMAÑO DEL DESECANTE<br />SEPARACION OPTIMA<br />
  14. 14. DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION<br /><ul><li>DISEÑO DE VARIABLE PARA EL PROCESO DE ADSORCION</li></ul>COMPONENTES BASICOS<br />PARAMETROS FUNDAMENTALES<br /><ul><li>TIEMPO DEL CICLO</li></li></ul><li>DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR ADSORCION<br /><ul><li>CAPACIDAD DEL DESECANTE</li></li></ul><li>. Diseño del lecho adsorvente <br />Vg:(10^6q/24)(ZT/p)(14.7/520)/(3,1416D^2 /4) <br />Vg = 1499.73 q Z T/( p D^2) <br />
  15. 15. Caudal de flujo de gas permitido<br />w: 139.77 q Mg / D^2<br />
  16. 16. Flujo Descendente del Gas<br />
  17. 17. Carga de Agua<br />
  18. 18. Longitud de la zona<br />
  19. 19. Capacidad del Desecante<br />
  20. 20. Mínima longitud del lecho<br />
  21. 21. Ejemplo<br /><ul><li>Diseñar un adsorvedor para deshidratar 20MMpcst de un gas de 0.7 de gravedad, 1000 psia y 100ºF. </li></ul> Asumir una planta de dos torres utilizando un ciclo de 8 hrs con un lecho de silica gel de 15 pies de longitud.<br />
  22. 22. Wi= 61 lbH2O/MMpcst<br />
  23. 23. Remocion de agua = 20*61 = 1220 lbm/dia<br />Wc = 1220 * (8/24) = 406.67 Lbm/ciclo<br />Z = 0.88<br />Asumimos Vg = 1800 Pie/hr<br />Vg = 1499.73 q Z T/( p D^2)<br />
  24. 24. D=√8.2118 = 2.87 ~ 3 pies<br />Vg = 1800 * (8.2118/9) = 1642.36 pie/hr<br />
  25. 25. Longitud de la zona<br />
  26. 26. Capacidad útil del desecante<br />Xs = 0.9 *16 = 14.4 Lb H2O/ 100 Lb de desecante<br />
  27. 27. Capacidad útil del desecante<br />
  28. 28. Breakthrough<br />
  29. 29. DISEÑO DE UN SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN CON DESECANTES SECOS<br />Su diseño<br />determinar los parámetros fundamentales asociados a la instalación y a los contratos de venta<br />
  30. 30. Tipo de desecante y cantidad requerida<br />Diferentes tipos de desecantes<br />
  31. 31. Volumen de desecantes en una camada<br />El volumen de material deshidratante que requiere una camada, se puede calcular con la siguiente formula:<br />
  32. 32. Diámetro y longitud del adsorbedor<br />Muchos diseñadores establecen una relacion practica de L/D = 4 o L= 4 D.asi<br />verificar la velocidad <br />
  33. 33. Velocidad del gas<br />El seudo –tiempo de contacto ( Stc) puede ahora calcularse:<br />
  34. 34. Regeneracion<br />El caudal de gas requerido <br />La temperatura final del lecho<br />
  35. 35. Calor latente de vaporizacion del agua<br /> Q= masa de agua a describir x calor latente de vaporizacion del agua<br />Calor de desorcion del agua<br />A falta de datos del fabricante puede suponer un 10% del calor de vaporizacion<br />
  36. 36. Calor necesario para calentar el agua hasta la temperatura de evaporacion<br />Calor necesario para calentar el desecante<br />
  37. 37. Calor necesario para calentar el recipiente, tuberías , etc<br />Perdidas de calor<br />
  38. 38. Intercambiadores de calor<br />calculos asociados con el diseño <br />Estos calculos entraran en el capitulo de diseño de intercambiadores de calor.<br />
  39. 39. CONSIDERACIONES BASICAS SOBRE EL DISEÑO DE UN DESHIDRATADOR CON TAMICES MOLECULARES<br />
  40. 40. Temperatura de contacto<br /> Mayor Tcontacto  Menor H2O ads<br /> Rango 80- 100ºF<br />Presion de operación <br /> Mayor P  Menor Vgas<br /> -P  Aumentan tamaño d los equipos<br /> +P  Aumenta espesor de los recipientes<br />Tiempo de contacto<br /> F (req. tamiz)  descenso apropiado * rocio<br />∆P  ++Vel. romper particulas del tamiz<br />Tamaño de las particulas del tamiz<br /> si reduce  ++sup ads. Capacidad  ++ΔP<br />
  41. 41. Problemas Operacionales<br />Baches o tapones de agua <br />Causa: Daño en el lecho de los tamices.<br />Solucion: trampa o separador.<br />Cambios bruscos de presion, Velocidad excesiva del gas, movimientos del lecho debido al calentamiento y enfriamiento <br />Causa: compactacion del empaque<br />Solucion: buen diseño mecanico<br />
  42. 42. Problemas Operacionales<br />Contaminacion del tamiz<br />Causa: HC pesados, destilados, condensado<br />Solucion: filtros o lechos de Sílica Gel o Bauxita aguas arribas del adsorbedor. <br />
  43. 43. Capacidad de adsorción de algunos tipos de desecantes<br />
  44. 44. Procedimiento de Calculo<br />Parametros basicos para el diseño<br />• Tasa del flujo del gas: 10 MM pcdn en el cálculo a 14,7 lpca y 60°F <br /> • Presión a la entrada: 1000.0 lpc <br /> • Punto de rocio a la entrada: 90°F <br /> • Punto de rocio a la salida: 10°F <br /> • Capacidad de adsorción: 5% W (sílica o alúmina) <br /> • Duración del ciclo: 8 hrs <br /> • Regeneración: Gas natural <br /> • Enfriamiento: Gas natural <br /> • Tipo de Torre: Vertical <br /> • Velocidad permisible: 30 pies/min. <br /> • Temp. del gas a la entrada: 95°F <br /> • Gravedad especifica del gas: 0,70 <br />
  45. 45. Volumen requerido de desecante<br />El contenido de agua del gas en la entrada a la planta es de 46 lbs/MM pcn y en la salida: 2,9 lbs/MM pcn, lo cual totaliza: <br />En un ciclo de ocho horas, el deshidratante debe retener:<br />Con un 5% por peso, cada torre debe tener: <br />Si el deshidratante tiene una densidad bruta de aproximadamente 50 lbs/pie3, el volumen requerido (V1) seria: <br />
  46. 46. Tamaño del recipiente<br />Algunos operadores limitan la velocidad del gas dentro de la torre a 30 45 pies/min., con el fin de disminuir las pérdidas de presión en la torre y la rotura del sólido<br />La nueva área transversal seda de: <br />La longitud de la camada seria: <br />EL tamaño del recipiente dependerá del diseño mecánico, que utilice el fabricante. La eleccion de la altura, a su vez, permite estimar un determinado seudo tiempo de contacto del gas con el deshidratante:<br />
  47. 47. Tamaño del recipiente<br />En cualquier caso se recomienda que la camada tenga por lo menos de 2 a 3 pies de espesor, para evitar la canalización.<br />Las torres pueden ser horizontales o verticales, ellas difieren con el fabricante, por lo tanto es de esperarse que el diseño interno también sea diferente. <br />La mayoría de estos diseños dan un servicio satisfactorio, la elección normalmente depende de la preferencia individual y/o del precio. <br />
  48. 48. DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION<br />Gas para la regeneración:<br />Cantidad de gas <br />Temperatura final<br />Subdivisión de carga calorífica total<br />Calor de desorción del agua. <br />Calor latente de vaporización del agua. <br />Calor sensible para calentar el agua hasta la temperatura de evaporación <br />Calor sensible para calentar el desecante.<br />Calor sensible para calentar la carcasa.<br />Perdidas de calor <br />
  49. 49. DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION<br />
  50. 50. DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL POR ADSORCION<br />
  51. 51. Usando una temperatura del gas de entrada de 340°F. <br />
  52. 52. Operación de una planta de deshidratación por tamices moleculares<br /><ul><li>Los cuatro lechos de tamiz molecular se regeneran periódicamente
  53. 53. Se despresuriza el lecho
  54. 54. En las dos primeras horas
  55. 55. El lecho es enfriado durante 1 3/4 horas
  56. 56. Se subenfria el lecho hasta 40°F </li></li></ul><li>Optimización de la operación<br />Sucede con frecuencia que las condiciones de operación de una planta o del gas procesado varían a lo largo de su vida útil<br />
  57. 57. Prueba de saturación (“breakthrough test’)<br />Lapsos del proceso de regeneración<br /><ul><li> Tiempo normal de adsorción: 12 horas
  58. 58. Tiempo normal del ciclo de regeneración: 3 horas
  59. 59. Tiempo despresurización, represurización, etc.: 2 horas
  60. 60. Tiempo de espera: 7 horas
  61. 61. Tiempo de adsorción obtenido en la prueba de saturación: 18 horas
  62. 62. Tiempo de regeneración obtenido en la prueba de saturación: 4 horas </li></li></ul><li>GRACIAS POR SU <br />ATENCION !<br />

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