1. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
DESHIDRATACIO
N POR
ADSORCION
TAMICES MOLECULARES
SEGUNDO SEMESTRE -
2012
CURSO: 4TO INGENIERÍA
PETROLERA

2. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ASPECTOS GENERALES
EL PROCESO
CARACTERISTICAS OPERATIVAS
LAS VARIABLES DEL PROCESO
DIMENSIONAMIENTO
PROBLEMAS OPERACIONALES
CONTENIDCONTENID
OO

3. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
“ADSORCION” : PROCESO EN EL CUAL MOLECULAS
DEL GAS SON “SOSTENIDAS” EN LA SUPERFICIE DE
UN SOLIDO POR ADSORCION SUPERFICIAL

4. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ALTA AREA SUPERFICIAL
POSEE “ACTIVIDAD” AL COMPONENTE A SER REMOVIDO
ALTA TASA DE TRANSFERENCIA DE MASA
REGENERACION FACIL Y ECONOMICA
BUENA ACTIVIDAD DE RETENCION CON TIEMPO
BAJA RESISTENCIA AL FLUJO DE GAS
ALTA RESISTENCIA MECANICA PARA RESQUEBRAJAMIENTO
BAJO ΔV ENTRE ADSORCION Y REGENERACION
“EL MATERIAL “ADSORBENTE” TIENE :
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
500-800 m2
/gramo (2400000-3900000 pie2
/lb) DE AREA
INTERNA (AREA EXTERNA DESPRECIABLE)

5. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ADSORBENTES COMERCIALES:
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
BAUXITA - NATURAL (Al2O3)
ALUMINA - BAUXITA PURIFICADA
GELES - MANUFACTURADOS POR REACCION (SiO2)
TAMICES MOLECULARES – Ca, Na, Si, Al (ZEOLITAS)
CARBON – ACTIVADO PARA CAPACIDAD DE
ADSORCION
TODOS EXCEPTO CARBON SON UTILIZADOS PARA
DESHIDRATACION (ADSORBE HC Y NO H2O)
CAPEXCAPEX
↑↑

6. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
Propiedad Silica Gel
Grado 03
Mobilbead
R
Mobilbead
H
Alumina
Gel H-151
Alumina
F-1
Tamiz mol.
4A-5A
Area Sup (m2/g) 750-830 550-650 740-770 350 210 650-800
Vol. Poro (cm3
/g) 0,40-0,45 0,31-0,34 0,50-0,54 0,35 0,21 0,27
Diam Poro (A) 21-23 21-23 27-28 43 26 11
Densidad (kg/m3
) 721 785 721 833-881 801-881 689-721
Cp (kJ/kg-o
C) 0,92 1,05 1,05 0,84 1,0 1,0
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
Molécula Diámetro
(A)
Molécula Diámetro
(A)
Molécula Diámetro
(A)
H 2,4 H2S 3,6 C3 4,9
CO2 2,8 Metanol 4,4 nC4-nC22 4,9
N2 3,0 C1 4,0 iC4-iC22 5,6
H2O 3,2 C2 4,4 Benceno 6,7
EL DIAMETRO DE PORO DEBE SER SUFICIENTE PARA ADMITIR LAS
MOLECULAS
1 cm → 108
A

7. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
ALUMINA: FORMA HIDRATADA DE Al2O3. AL
MANUFACTURAR SE ELIMINA Fe. SE ACTIVA
SECANDO PARTE DEL AGUA ADSORBIDA EN SU
SUPERFICIE
GEL: SOLIDO AMORFO Y GRANULAR. NOMBRE
GENERICO DE SiO2 O COMBINACION CON AL2O3
TAMIZ MOLECULAR: SILICATO DE ALUMINIO EN
FORMA DE METAL CRISTALINO COMPUESTOS DE
Na2O3, Al2O3, SiO2, CARGADO ELECTRICAMENTE EN
LAS CAVIDADES DE LOS CRISTALES (ATRAEN AGUA)
OHOAlOHOAl Calor
232232 1:3:  →

8. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
Tipo
φPoro
(A)
Forma
Capacidad
H2O (%wt)
Moléculas
adsorbidas
Moléculas
excluidas
Aplicación
3A
3
Talco
1/16 Pellets
1/8 Pellets
23
20
20
Moléculas φ < 3 A
incluyen H2O, NH3
Moléculas φ > 3 A
Preferido para deshidratación de
insaturados: gas craqueado,
propileno, butadieno, acetileno, así
como liquidos: metanol y etanol
4A
4
Talco
1/16 Pellets
1/8 Pellets
8 x12 lecho
4 x 8 lecho
14 x 30 malla
28,5
22
22
22
22
22
Moléculas φ < 4 A
incluyen etanol,
H2S, CO2, SO2, C2H4,
C2H6,C3H6
Moléculas φ > 3 A,
ej: C3H8
Preferido para deshidratación en
sistema cerrado gas y liquido. Aire
acondicionado, empaques de
medicinas, electrónica, químicos,
pinturas, plásticos
5A
5
Talco
1/16 Pellets
1/8 Pellets
28
21,5
21,5
Moléculas φ < 5 A
incluyen n-C4H9OH,
n-C4H10,C3H8 a
C22H46, R-12
Moléculas φ > 5 A.
ej: isomeros y
aromaticos 4
anillos
Separar normal parafinas de iso
parafinas y aromáticos
10X
8
Talco
1/16 Pellets
1/8 Pellets
36
28
28
Isoparafinas y
olefinas. Moleculas
con φ<8 A
Di n-butilamina y
mayores
Separar aromáticos
13X
10
Talco
1/16 Pellets
1/8 Pellets
36
28,5
28,5
Moléculas φ < 10 A Moléculas φ > 10
Deshidratación general de gas,
secado de aire de instrumentos,
remocion de agua y CO2, H2S
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
TAMICES MOLECULARESTAMICES MOLECULARES

9. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ASPECTOSASPECTOS
GENERALESGENERALES
SELECCIÓN DE DESECANTESSELECCIÓN DE DESECANTES
FUNDAMENTALMENTE ECONOMICO: CAPEX vs OPEX
ALUMINAS → MAS ECONOMICAS → MAYOR TORRE
PARA MISMA CAPACIDAD → MAYOR ENERGIA
TAMICES→ MAS VERSATILES → MAS COSTOSAS →
MAYOR DESHIDRATACION
Desecante Pto de rocío salida
Alumina - 73 o
C / -100 o
F
Geles - 60 o
C / -76 o
F
Tamices moleculares - 90 o
C / -130 o
F

10. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO
GAS A DESHIDRATAR
GAS HUMEDO CALIENTE
GAS DE REGENERACION
400-600 o
F
200-315 o
C
ABIERTA
CERRADA
5-10% de Gas Total

11. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO
EXISTEN TRES FUENTES DEL GAS DEEXISTEN TRES FUENTES DEL GAS DE
REGENERACIONREGENERACION::
GAS DE ENTRADA: ENVUELVE RE-SATURACION
SISTEMA CERRADO SEPARADO DE LA
CORRIENTE DE PROCESO: REQUIERE UN
SISTEMA DE TUBERIAS SEPARADO
GAS SECO DESHIDRATADO DE LA
UNIDAD: MAS EFICIENTE, MAYOR COSTO, LA NORMA
EN PROCESOS CRIOGENICOS

12. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO
FRCFRC
A
D
S
O
R
C
I
O
N
R
E
G
E
N
E
R
A
C
I
O
N
E
N
F
R
I
A
M
I
E
N
T
O
CALENTADOR
CONDENSADORSEPARADOR
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO
CICLO ABIERTOCICLO ABIERTO
UTILIZANDO GASUTILIZANDO GAS
HUMEDO PARAHUMEDO PARA
ENFRIAMIENTO YENFRIAMIENTO Y
CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO
EN ESE ORDENEN ESE ORDEN

13. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO
FRCFRC
A
D
S
O
R
C
I
O
N
R
E
G
E
N
E
R
A
C
I
O
N
E
N
F
R
I
A
M
I
E
N
T
O
CALENTADOR
CONDENSADOR SEPARADOR
HX
CICLO ABIERTOCICLO ABIERTO
UTILIZANDO GASUTILIZANDO GAS
HUMEDO PARAHUMEDO PARA
CALENTAMIENTO YCALENTAMIENTO Y
ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO ENEN
ESE ORDENESE ORDEN
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO

14. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO
FRCFRC
A
D
S
O
R
C
I
O
N
R
E
G
E
N
E
R
A
C
I
O
N
E
N
F
R
I
A
M
I
E
N
T
O
CALENTADOR
CONDENSADOR
SEPARADOR
HX
CICLO ABIERTOCICLO ABIERTO
UTILIZANDO GASUTILIZANDO GAS
HUMEDO PARAHUMEDO PARA
CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO
GAS SECOGAS SECO PARAPARA
ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO ENEN
ESE ORDENESE ORDEN
FRCFRC
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO

15. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO
A
D
S
O
R
C
I
O
N
R
E
G
E
N
E
R
A
C
I
O
N
E
N
F
R
I
A
M
I
E
N
T
O
CALENTADOR
CONDENSADOR
SEPARADOR
CICLOCICLO CERRADOCERRADO
UTILIZANDO GASUTILIZANDO GAS
SECO PARASECO PARA
ENFRIAMIENTO YENFRIAMIENTO Y
CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO
FRCFRC
HX
COMPRESOR
SECADO
ENFRIAMIENTO
REGENERACION
RE SECADO

16. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
ELEL
PROCESOPROCESO

17. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
CARACTERISTICASCARACTERISTICAS
OPERATIVASOPERATIVAS
RANGO OPERATIVO: T < 50 o
C PARA UTILIZAR CAPACIDAD DE
SECADO. GAS ENCIMA DE PTO HIDRATOS. SIN LIMITACIONES EN P
TIEMPO DE VIDA DESECANTE: 3-5 AÑOS LIMITADO POR HC,
POLVO Y ROMPIMIENTO
DESHIDRATACION OBTENIDA: -75 A 125 o
C (-103 a -193 o
F)
DURACION DEL CICLO: VARIA CON CARGA DE AGUA Y TASA DE
GAS ENTRE 8-24 HORAS
FLUJO DE GAS: DESCENDENTE PARA DESHIDRATACION
REGENERACION: VARIA CON TIPO DE DESECANTE. T → 175-300 o
C
(347-572 o
F). 5-15% DE CORRIENTE TOTAL. EN CICLO DE 8 HORAS, 6
HORAS PARA CALENTAR Y 2 PARA ENFRIAMIENTO EN DOS TORRES

18. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
CARACTERISTICASCARACTERISTICAS
REGENERACIONREGENERACION
METODO DE CALENTAMIENTO: PARTE DE LA CORRIENTE
PRINCIPAL SE DESVIA
TEMPERATURA: 175-300 o
C (347-572 o
F). T ↑ INCREMENTA
CAPACIDAD PERO RECORTA VIDA UTIL DESECANTE. EL AGUA
RETENIDA SE LIBERA A 125 o
C (257 o
F). DEL CALENTADOR, EL GAS
SALE A 200-350 o
C (392-662 o
F)
DIRECCION DEL GAS: CONTRACORRIENTE AL FLUJO DE GAS.
TASA DE FLUJO: 5-15% DEL GAS TOTAL. FLUJO DEBE SER
SUFICIENTE PARA CALENTAR EN EL TIEMPO DEL CICLO HASTA T
REQUERIDA PARA VAPORIZAR EL AGUA
CALOR REQUERIDO: CALOR DE DESORCION DEL AGUA + CALOR
SENSIBLE DEL DESECANTE Y RECIPIENTE
TIEMPO REQUERIDO: PARA LLEVAR EL GAS DE REGENERACION
A LA TEMPERATURA DESEADA: 65-75 % DEL CICLO TOTAL

19. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
CARACTERISTICASCARACTERISTICAS
REGENERACIONREGENERACION
FUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL IIFUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL II

20. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
LAS VARIABLES DELLAS VARIABLES DEL
PROCESOPROCESO
SE ESTABLECE CARGA DE AGUA POR 24 HORAS Y
DEW POINT DE AGUA (SE SUPONE 100 % REMOCION)
SE ESTABLECE EL CICLO DE SECADO (MTZ NO
ALCANZA EL FINAL DEL LECHO)
SE EXPONE EL GAS AL DESECANTE. EXISTE UNA
COMBINACION INFINITA DE LONGITUD DE CICLO Y #
TORRES
SE OPTIMIZAN LAS VARIABLES DEPENDIENTES:
DURACION DEL CICLO
VELOCIDAD PERMISIBLE
DESEMPEÑO DINAMICO
REQUERIMIENTOS DE REGENERACION
ΔP

21. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
CAPACIDAD DELCAPACIDAD DEL
DESECANTEDESECANTE
ZONA DE EQUILIBRIO O SATURACION: ELZONA DE EQUILIBRIO O SATURACION: EL
DESECANTE ES SATURADO CON AGUA YDESECANTE ES SATURADO CON AGUA Y
NO TIENE CAPACIDAD DE ABSORCIÓNNO TIENE CAPACIDAD DE ABSORCIÓN
ADICIONAL.ADICIONAL.
ZONA DE TRANSFERENCIA (MTZ): EXISTEZONA DE TRANSFERENCIA (MTZ): EXISTE
UN GRADIENTE DE COMPOSICIÓN. TODAUN GRADIENTE DE COMPOSICIÓN. TODA
EL AGUA ES ADSORBIDA EN ESTA ZONA.EL AGUA ES ADSORBIDA EN ESTA ZONA.
AL OPERAR MUCHO EN ADSORCION SEAL OPERAR MUCHO EN ADSORCION SE
MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT)MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT)
ZONA ACTIVA: EL DESECANTE TIENE 100ZONA ACTIVA: EL DESECANTE TIENE 100
% DE REMOCIÓN DE AGUA, PUES% DE REMOCIÓN DE AGUA, PUES
CONTIENE EL CONTENIDO RESIDUAL DECONTIENE EL CONTENIDO RESIDUAL DE
REGENERACIÓNREGENERACIÓN
A
D
S
O
R
C
I
O
N
AL OPERAR ENAL OPERAR EN
ADSORCION SEADSORCION SE
MUEVE AL FONDOMUEVE AL FONDO
(BREAKTHROUGHT)(BREAKTHROUGHT)
L1
L2
L3

22. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
CAPACIDAD (UTIL) DELCAPACIDAD (UTIL) DEL
DESECANTEDESECANTE
Bauxita: 4-6 kg agua por 100 kg de desecante
Alumina: 4-7 kg agua por 100 kg de desecante
Geles: 7-9 kg agua por 100 kg de desecante
Tamices moleculares: 9-12 kg por 100 kg de desecante
DEGRADACION: PERDIDA DE AREA ACTIVA DEBIDO A
CONTAMINACION QUE NO PUEDE SER REGENERADO
HC PESADOS
AMINAS
GLICOLES
INHIBIDORES DE CORROSION
AGUA LIQUIDA (DEPOSITA SALES)
FILTROS SEPARADORES
LECHO DE ADSORBENTE
GASTADO

23. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
φ Y L DE RECIPIENTES
CICLO DE ADSORCION
CARGA DE ADSORBENTE
CALOR DE REGENERACION
DIMENSIONAMIENTDIMENSIONAMIENT
OO

24. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
DADO: CARGA DE AGUA, LONGITUD DEL
CICLO, CONFIGURACION DE TORRES, EL
RECIPIENTE DEBE SER CAPAZ DE:
DIMENSIONES DEDIMENSIONES DE
RECIPIENTESRECIPIENTES
PROVEER SUFICIENTE AREA PARA
RESTRICCIONES DE ΔP
SUFICIENTE VOLUMEN PARA ACOMODAR LA
CARGA DE DESECANTE
SUFICIENTE LONGITUD PARA EVITAR QUE LA
ZONA MTZ NO SUPERE LA LONGITUD TOTAL DEL
RECIPIENTE

25. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
DIMENSIONES DEDIMENSIONES DE
RECIPIENTESRECIPIENTES
AGUA ADSORBIDA POR CICLO
[ ]salidaentrada WWQAdsorbidaAgua −⋅≈
CARGA DE AGUA





 ⋅
⋅≈ 2
053,0
d
WQ
q
Métrico Ingles
Q Caudal estándar MM m3
/d MM scfd
W Contenido de agua Kg/MMm3
Lbs/MMscf
q Carga de agua Kg/hr-m2
Lbs/hr-pie2
d Diámetro del lecho m pie

26. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO ::
DIAMETRODIAMETRO
VELOCIDAD SUPERFICIAL A TRAVES DEL LECHO
(EQ ERGUN MODIFICADA)
2
gVCVB
L
P
g ⋅⋅+⋅⋅≈
∆
ρµ
Metrico Ingles
ΔP/L Caída de presión kPa/m Psi/pie
μ Viscosidad del gas cP cP
Vg Velocidad superficial de gas m/min Pie/min
ρ Densidad del lecho Kg/m3
Lb/pie3
B,C Constantes
Métrico Ingles
Tipo de partícula B C B C
1/8” esferica 4,16 0,00135 0,0560 0,0000889
1/8” extrudada 5,36 0,00189 0,0722 0,000124
1/16” esferica 11,3 0,00207 0,152 0,000136
1/8” extrudada 17,7 0,00319 0,238 0,000210






≈
lecho
gas
g
A
Q
V

27. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
DIMENSIONAMIENTO:DIMENSIONAMIENTO:
DIAMETRODIAMETRO
VELOCIDAD PERMISIBLE PARA TAMICESVELOCIDAD PERMISIBLE PARA TAMICES
MOLECULARESMOLECULARES
pie
psi
L
P
4,0333,0 −≈
∆
psiP 5max ≈∆
ΔP > 8 psi Rompimiento del tamiz
5,0
4






⋅
⋅
≈
V
q
D
π
D Diámetro (pie)
q Caudal (pie3/s)
V Velocidad (pie/s)
FUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL IIFUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL II

28. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
DIMENSIONAMIENTO:DIMENSIONAMIENTO:
LONGITUDLONGITUD
LA LONGITUD DEL LECHO (hb) ES
DEPENDIENTE DE:
CAPACIDAD UTIL DEL DESECANTE, x
DURACION DEL CICLO DE ADSORCION,
Hb, x, θ SE SELECCIONAN POR
ENSAYO Y ERROR

29. ESCUELA MILITAR DE
INGENIERÍA
TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II
CAPACIDADCAPACIDAD
DELDEL
DESECANTEDESECANTE
MTZMTZ
ACTIVA
ACTIVA
MTZMTZ
ACTIVA
ACTIVA
MTZMTZ
ACTIVA
ACTIVA
Ciclo de absorciónCiclo de absorciónInicioInicio FinalFinal
EQUILIBRIO
EQUILIBRIO
hB
adsorcionciclobh <θ