Deshidratación de gas natural por adsorción en lecho fijo
Determinación del contenido de agua El primer paso en la evaluación o diseño de un proceso de deshidratación ió es determinar el contenido de agua del gas. Se puede utilizar la correlación de McKetta y Wehe, en donde el contenido de agua, expresado en lb H 2 O/MMscf, se puede estimar a partir de la temperatura y la presión (CO 2 y H 2 S < 5%). 2 Enero.Marzo 2009
Determinación del contenido de agua 3
Determinación del contenido de agua En el caso de que el gas contenga gases ácidos (CO 2 y H 2 S), se puede emplear la correlación de Campbell. 4
Determinación del contenido de agua 5
Determinación del contenido de agua El contenido de agua se puede estimar como: w = y w + y w + w HC HC CO2 CO2 H2S H2S y Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 6
Determinación del contenido de agua 7 Ejemplo: Calcule el contenido de agua de un gas a 1000 psia y 100ºF. La composición ió del gas es: metano 80%; etano 5%; propano 1,5%; butano 0,5%; CO 2 25%;N 2,5%; 2 2% y H 2 S 8,5%. y = 0,8 + 0,0505 + 0,015015 + 0,00050005 = y 0,025 HC2 = y CO S H2 = 0,085085 0,89
Determinación del contenido de agua A partir de la Fig.1, 2 y 3 se tiene respectivamente: t Por lo tanto, w w w HC CO = 2 = S H2 = 59 lb/mmscf 67 lb/mmscf 150 lb/mmscf ( 59) + 0,025( 67) + 0,085( 150) = 66,9 lb H O / MMscf w = 0,89 2 8
Introducción El proceso de adsorción utilizando un lecho fijo es un proceso donde d un sólido desecante es utilizado para remover el vapor de agua de la corriente de gas natural. 9
Propiedades d de los sólidos desecantes más utilizados 10
Propiedades d de los sólidos desecantes más utilizados 11
Capacidad del desecante 12 Se expresa en masa de agua adsorbida por unidad de masa de sólido desecante. Capacidad estática de equilibrio: Es la determinada en una celda de equilibrio sin flujo de fluido. Capacidad d dinámica i de equilibrio: i Es la capacidad d del desecante cuando se hace circular fluido a través de él a una velocidad comercial. Capacidad útil: Representa la capacidad de diseño. Toma en cuenta la pérdida de capacidad del sólido en el tiempo, y que no todo el sólido en el lecho es utilizado completamente.
Capacidad del desecante 13 La elección del desecante algunas veces obedece a razones económicas y Desecante Dew Point otras a las condiciones del proceso. Alúmina Grado de Sílica gel deshidratación que se [10 ppm] puede lograr: -73ºC (-100ºF) Sílica gel -60ºC (-76ºF) Tamiz molecular -90ºC (-130ºF) [1 ppm]
Principios de adsorción Si se tiene un lecho adsorbente en donde se alimenta una corriente de gas que tiene una cierta concentración de contaminante (y E ), la concentración de salida (y O ) en función del tiempo sigue la siguiente tendencia: 14
Principios de adsorción Tiempo de ruptura (t b ): instante de tiempo transcurrido para que y O =0,05y 005 E. Tiempo de saturación (t E ): instante de tiempo en donde d y O =0,95y 095 E. Tiempo estequiométrico: aquel en donde se ubica el centro de masa de la curva de escape. 15
Principios de adsorción En el sólido se puede ver el siguiente efecto: 16
Principios de adsorción Cuando la zona de transferencia de masa alcanza el lfinal ldel llecho, se llega al ltiempo de ruptura. De manera general, la longitud de la zona de transferencia de masa depende de la composición del gas, velocidad de flujo, condiciones del proceso (T y P) y capacidad del adsorbente. 17
Principios de adsorción Para sílica gel se puede utilizar la siguiente correlación para estimar la longitud de la zona de transferencia de masa: h z = 0,7895, qw 0,5506 0,2646 g φ 297,7q w v 18 q w : velocidad de remoción de agua por unidad de área del lecho [lb/h ft 2 ] v g : velocidad superficial del gas [ft/h] φ: humedad d relativa del gas
Principios de adsorción Para alúmina: h = 0,8 z h z ( ) silica gel Para tamiz molecular: hz = 0,6 ( h z ) silica gel 19
Criterios de diseño. Deshidratación. Temperatura: Menor a 50ºC para utilizar la mayor capacidad del desecante. Dew point : Depende del desecante: -73ºC a -90ºC. Longitud del ciclo: De 8 a 24 h. Dirección del flujo de gas: Down flow para bajar la vibración del lecho debido a la alta velocidad del gas (1800 ft/h). 20
Criterios de diseño. Regeneración. 21 Temperatura: Depende principalmente del sólido. En muchos casos se recomienda de 175-300ºC [347-572ºF] F]. Si se escoge una temperatura mayor se aumenta la capacidad del desecante pero se acorta su vida útil. La mayor cantidad de agua se elimina a 125ºC (257ºF) con un gas que sale de los calentadores de 200-350ºC [392-662ºF].
Criterios de diseño. Regeneración. 22 Dirección del flujo de gas: Generalmente se utiliza flujo ascendente para asegurar la regeneración del fondo de la torre que fue la última parte del lecho que estuvo en contacto t con el gas. La contaminación del lecho (por otros compuestos distintos al agua, p.e., hidrocarburos) ocurre principalmente en el tope de la torre, por lo tanto, haciendo fluir el gas hacia arriba se evita que estos contaminantes atraviesen el lecho completo.
Criterios de diseño. Regeneración. Flujo de gas: De 5-15% del flujo de gas total a deshidratar. Tiempo: Normalmente se emplean ciclos de 8h en donde 6h son para regenerar y 2h para enfriar. 23
Configuraciones de procesos 24
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