4. marco metodologico________________________________________________________________________

Universidad de OrienteNcleo de AnzoteguiEscuela de Ingeniera y Ciencias AplicadasDepartamento de Ingeniera Qumica

Optimizacin de la tasa circulacin de Trietilenglicol en la deshidratacin por absorcin del Gas natural.

Barcelona, 2015

Agencia de proteccin del Ambiente (EPA) (2003). Optimizacin de la circulacin de glicol en los deshidratadores de glicol. Estados Unidos. (http://epa.gov/gasstar/documents/spanish/ll_glycol(sp).pdf). Cermeo, Jos. Estadstica aplicada y diseo de experimentos. Segunda Edicin. Fondo Editorial UDO. Anzotegui.

BIBLIOGRAFiA________________________________________________________________________

El gas natural es una de las importantes fuentes de energa no renovable formada por una mezcla de gases ligeros que se encuentran frecuentemente en los yacimientos de petrleo, disuelto o asociado con el petrleo o en depsitos de carbn. Este gas natural viene asociado muchas veces con agua y otros componentes orgnicos, los cuales se deben eliminar para evitar problemas en el proceso. Venezuela es considerada como una de las naciones con potencial suplidor de energa gasfera ms importantes por sus cuantiosas reservas de gas, su ventajosa posicin geogrfica e importancia geopoltica, constituyendo uno de los cinco grandes polos de atraccin gasfera del mundo.

Para satisfacer las especificaciones de calidad, independientemente del uso que se le quiera dar en el mercado interno o a nivel de exportacin, el gas natural debe ser deshidratado. La deshidratacin del gas natural se lleva a cabo con el fin de evitar problemas por formacin de hidratos en las tuberas debido a los constantes cambios de presin y temperatura que sufre el gas durante su transporte, as como cumplir con el requerimiento de humedad. La mayora de los sistemas de deshidratacin usan trietilenglicol (TEG) como lquido absorbente para eliminar el agua del gas natural; conforme el trietilenglicol absorbe el agua, tambin absorbe el metano, otros compuestos orgnicos voltiles (COV) y los contaminantes peligrosos del aire. Mientras el trietilenglicol se regenera mediante calentamiento en un rehervidor, el metano absorbido, los compuestos orgnicos voltiles y los contaminantes peligrosos del aire se ventilan a la atmsfera con el agua.

La cantidad de metano y otros compuestos orgnicos voltiles que se absorben y ventilan es funcin de la tasa de recirculacin del trietilenglicol. Muchos pozos producen gas a una tasa mucho menor que la capacidad del diseo original pero continan circulando el TEG a tasas dos o tres veces mayores de lo que es necesario, lo cual causa poca mejora en la calidad de humedad del gas pero muchas ms emisiones de metano, otros compuestos orgnicos voltiles y uso de combustible.

Para solventar este problema se plantea estimar el caudal mnimo de circulacin del TEG para luego determinar de la tasa de circulacin ptima del Trietilenglicol y

ms adelante reducir la tasa de emisiones de metano y otros compuestos orgnicos voltiles que son expulsados a la atmosfera , sin afectar el desempeo de la deshidratacin del gas natural y que los costos de operacin de este proceso sean factibles . 1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA________________________________________________________________________

2.1. Objetivo generalOptimizar de la tasa circulacin de Trietilenglicol en la deshidratacin por absorcin del Gas natural.2.2. Objetivos especficos Describir el proceso de deshidratacin del Gas natural con Trietilenglicol. Estudiar la tasa de circulacin del TEG con respecto al impacto ambiental y econmico. Estimar el caudal mnimo y mximo al cual circula el TEG. Determinar la tasa de circulacin ptima del TEG.

2. oBJETIVOS________________________________________________________________________

3.1. Antecedentes.

Molina [1], en el ao 2005, realiz la evaluacin del sistema de glicol del tren B de la planta de Extraccin Santa Brbara, siendo sus recomendaciones, para mejorar la eficiencia del sistema: disminuir la velocidad del gas manejando sus variables , reponer los niveles de TEG en los equipos y mejorar la filtracin.

Anteriormente en el ao 2003, se haban realizado tres evaluaciones referentes a los sistemas deshidratadores del gas natural con glicol para diferentes instalaciones en la zona oriental de Venezuela.

Tineo [2], trabaj en la evaluacin del proceso de deshidratacin del gas natural en la planta deshidratadora Orocual 2, el cual tena como finalidad analizar la operabilidad de la planta cuando en ella se procesa un gas a condiciones de presin y temperatura no correspondientes a las especificadas por su diseo. Para este trabajo se concluy que es mejor mantener el flujo de glicol en 4gpm al procesar flujos de gas menores a 30 MMPCD .

Poito [3], realiz una evaluacin de las facilidades de entrada y del sistema de deshidratacin del gas natural con glicol en la planta de extraccin Santa Brbara. El propsito fundamental de este estudio fue determinar las causas de las desviaciones operacionales que se presentaban en el sistema. En esta evaluacin se determin que el sistema de deshidratacin no cumpla con sus especificaciones de diseo debido a diversos problemas operacionales.

Bonells [4], evalu el proceso de deshidratacin de gas natural mediante absorcin con trietilnglicol utilizado por PDVSA-Produccin en el oriente de Venezuela. El estudio fue realizado a diferentes plantas (Repsol YPF, Wilpro y PDVSA-Produccin), en el cual se efectu un anlisis para establecer las diferencias que existen entre las instalaciones, y el efecto de la tecnologa, para sugerir medidas que permitan la optimizacin del proceso de absorcin estudiado. Se determin que en las plantas estudiadas se producan desviaciones de los parmetros crticos del proceso debido a las variaciones en la condicin del gas.

Este trabajo pretende dar un aporte de informacin sobre la optimizacin de la tasa circulacin de Trietilenglicol en la deshidratacin por absorcin del Gas natural.

3.2. Deshidratacin del Gas natural.3.2.1. Propsito de la deshidratacin de gas natural.El vapor de aguas asociado al gas natural es uno de los contaminantes ms comunes en el gas dado por los inconvenientes que puede ocasionar tanto en procesos posteriores a los que pudiere estar sometido, como para su transporte a reas de tratamiento y consumo bajo condiciones normales de produccin, el gas natural est saturado con agua. Por los incrementos de presin o reduccin de temperatura el agua en el gas natural se condensa y se forma en agua lquida. Cuando el agua libre se combina con las molculas de gas (metano, etano, propano, etc.), esta forma hidratos slidos el cual puede taponar vlvulas equipos y algunas lneas de gas. La presencia de agua lquida puede incrementar la corrosividad del gas natural, especialmente cuando el gas contiene H2S y CO2. Sin embargo el contenido de agua en el gas natural puede ser reducido para evitar la formacin de hidratos y reducir la corrosin en tuberas antes que sea transportado. Por otra parte en el transporte y consumo, el gas natural, debe cumplir con determinadas especificaciones, y una de ellas es la cantidad mxima de agua presente en la mezcla gaseosa.

3.2.2. Mtodos para la deshidratacin del gas natural.a. Deshidratacin por adsorcin: En este proceso se utiliza un desecante slido para la eliminacin de vapor de agua de una corriente de gas.

b. Deshidratacin por absorcin con glicol: Este implica el uso de un desecante lquido para la eliminacin de vapor de agua del gas. La eliminacin de agua con glicol qumico lquido es a travs de la absorcin. El lquido seleccionado como el ms deseable para la absorcin de agua debe poseer las siguientes propiedades: Alta eficiencia de absorcin. Debe ser no corrosivos a los tubos y vlvulas y ser no txico. No debe haber interaccin con la parte de hidrocarburos de los gases y ninguna contaminacin por gases cidos.Los glicoles, especialmente el etilenglicol, dietilenglicol y trietilenglicol se acercan ms a la satisfaccin de los criterios antes mencionados. Agua y glicoles muestran solubilidad mutua en la fase lquida.

3.2.3. Glicoles utilizados en la deshidratacin del gas naturalLos glicoles son alcoholes mltiples, es decir, son compuestos qumicos que poseen dos grupos terminales OH-, los cuales presentan muchas caractersticas afines con el agua. La ms importante es formar puentes de hidrgeno que es un tipo de enlace molecular que favorece la solubilidad del agua con otro compuesto. Existen muchas clases de glicoles, pero lo ms utilizados en la deshidratacin del gas natural son el: Etilenglicol (EG), dietilnglicol (DEG) y trietilnglicol (TEG), sin embargo, casi un 100% de los deshidratadores con glicol usan TEG.Los glicoles son lquidos capaces de absorber agua, debido a que son sustancias altamente higroscpicas, los cuales presentan las siguientes caractersticas: No solidifican en soluciones concentradas No corrosivas No forman precipitados con hidrocarburos Insolubles en hidrocarburos Estables en presencia de CO2 y H2S3.3. Trietilenglicol.Es unincoloroe inodorolquido viscoso, utilizado como lquidodesecante para el gas natural .El Trietilelnglicol (TEG) es el glicol de uso de mayor frecuencia en estos sistemas de absorcin. 3.4. Contenido de agua en el gas natural.El gas que viene de yacimiento se considera saturado con vapor de agua, es decir, toda corriente de gas natural proviene de los pozos de produccin contiene agua en forma de vapor, junto con los otros componentes que integran la mezcla de hidrocarburos.La presin y/o la temperatura de los hidrocarburos inciden en la cantidad de agua que ste puede retener, por tal razn cualquier incremento en la temperatura del sistema aumentar la presin de vapor del agua en el mismo, aumentando as, el contenido de vapor en la corriente gaseosa.Si ste es enviado a un sistema de transporte, el agua condensa y se deposita en forma lquida en las tuberas (gasoductos) lo que reduce la capacidad de flujo o de transmisin y aumento en la cada de presin. Adems la presencia de agua e hidrocarburo permite a condiciones favorables de presin y temperatura la formacin de hidratos, permitiendo taponamiento, roturas en piezas rotatorias y adems de otros problemas operacionales.Por otra parte, los componentes cidos en presencia de agua generan compuestos corrosivos que atacan la metalurgia y reducen la vida til de tuberas, equipos y accesorios.3.5. Problemas que induce el agua en el gas.Un aspecto que suele complicar el manejo del gas producido, es conocer con certeza el volumen de agua, que puede estar disperso en el gas natural (generalmente se encuentra saturado con agua en forma de vapor). Los cambios en la temperatura y presin condensan este vapor que altera el estado fsico de gas a lquido y luego a slido dentro de las tuberas y otros recipientes, que pueden generar problemas que pudieran llegar a ser graves, como en los sistemas criognicos que no tienen ninguna tolerancia al agua, ya que estos trabajan a temperaturas comprendidas entre -100 y -300F y el agua podra causar problemas muy graves a nivel operacional.Este vapor de agua debe ser removido para evitar en el sistema los siguientes problemas: Formacin de cidos, peligro de explosin y obstruccin en la tubera.3.5.1. Formacin de cidos.Cuando hay presencia de CO2 y H2S, conjuntamente con agua libre, se formarn compuestos cidos que corroen las tuberas y restos de los componentes metlicos del sistema.3.5.2. Peligro de explosin.Si un bache de agua que se haya formado en la tubera entra a una caldera, habr una explosin. La magnitud depende de la cantidad de lquido que llegue y de la temperatura que se encuentre. El agua, al evaporarse aumenta 1700 veces su volumen.3.5.3 Hidratos de gas natural.Los hidratos del gas natural son slidos que se forman a partir de hidrocarburos del gas natural y agua. Las molculas de agua tienen una estructura de nido de abeja con una molcula de uno de los componentes del gas natural que ocupa cada uno vaco. Debido a que estos slidos son ms densos que el hielo de agua, su formacin se ve favorecida a altas presiones y se forman a temperaturas que son considerablemente ms altas que el punto de congelacin del agua. Los Hidratos del gas natural se pueden formar a temperaturas de 70F y lquidos como estos cristales de hielo como slidos o semislidos pueden interferir con el paso del gas natural a travs de vlvulas y tuberas.

3.5.4. Impacto ambiental de los compuestos orgnicos voltiles (COV) Los compuestos orgnicos voltiles son aquellos que tienen una presin de vapor alta y una solubilidad en agua baja. Lo comprenden hidrocarburos y otras sustancias. Muchos de ellos son reactivos (excluyendo el metano) en el aire y provocan efectos considerables sobre la salud y el ambiente. Todos los compuestos orgnicos contienen carbono y constituyen los componentes bsicos de la materia viviente y de todo derivado de la misma. Muchos de los compuestos orgnicos que se utilizan no se hallan en la naturaleza, sino que se obtienen sintticamente para las fabricaciones de pinturas, productos farmacuticos y refrigerantes, entre otros . Los estndares de calidad del aire no impusieron unos lmites para las concentraciones de COV y este hecho se debi a que no existe un lmite seguro para la mayora de estos compuestos. Por ejemplo, el benceno es un cancergeno conocido para el que no se sabe ningn lmite umbral de seguridad. La Organizacin Mundial de la Salud (OMS) en 1987 ha afirmado que una concentracin de 1 g/m3 de benceno en el aire impone una probabilidad de 4x10-6 en desarrollar leucemia a lo largo de su vida. Algunos COV son poderosos absorbedores del infrarrojo, contribuyendo de esta forma en el problema invernadero.Tabla 3.5.1 Los lmites de exposicin, segn la Occupational Safety and Health Administration, de algunos COV

3. MARCO TERICO________________________________________________________________________

4.1. Etapas del proyecto4.1.1. Etapa 1: Revisin bibliogrfica.En esta etapa se realizaran las investigaciones correspondientes para lograr desarrollar los objetivos del proyecto con el soporte terico necesario. Las fuentes de Informacin utilizadas abarcaran desde documentos propios de la universidad relacionados con el tema, tales como proyectos o tesis de grado, as como tambin, informacin terica obtenida en textos acadmicos, publicaciones, documentos y revistas.Duracin: 24 semanas.

4.1.2. Etapa 2: Descripcin del proceso de deshidratacin del Gas natural con Trietilenglicol. Se proceder a la descripcin del proceso de deshidrataron con TEG, en el que se estudiaran los equipos del sistema de regeneracin de TEG, la composicin que tiene el gas que ingresa a dicho sistema y las condiciones normales de operacin en las instalaciones donde se llevara a cabo este proceso de deshidratacin. Para ello se tendr como apoyo fundamental los diagramas de flujo de dicho proceso, en los cuales se obtendr la informacin de las condiciones de entrada de las corrientes de inters actuales, as como tambin, la informacin de las especificaciones de las corrientes de salidaDuracin: 6 semanas .

4.1.3. Etapa 3: Estudio de la tasa de circulacin del TEG con respecto al impacto ambiental y econmico. Se llevara a cabo el estudio de la tasa de circulacin de TEG y se determinara de qu manera los contaminantes relacionados a este proceso afectan al ambiente, estudiando que cantidad de metano, compuestos orgnicos voltiles (VOC) y contaminantes peligrosos del aire (HAP) este arrastra al absorber al agua, emitindolos a la atmsfera. En cuanto al estudio econmico se realizaran anlisis en relacin a los costos que conllevaran un aumento de la tasa de recirculacin de TEG utilizada actualmente o la disminucin de la misma.Duracin: 8 semanas.

4.1.4. Etapa 4: Estimacin del caudal mnimo y mximo al cual circula el TEG.En esta parte se estimara cules son los caudales mnimos y mximos a la cual se hace circular el TEG. Para ello primero se evaluara la cantidad de agua que tiene el gas a la entrada del proceso para determinar la calidad de contacto liquido-vapor, mediante grficos como lo es el grfico de Mcketta-webe o por correlaciones. Luego se estimaran dichos caudales mediante ecuaciones establecidas utilizando las especificaciones de salida del gas.Duracin: 5 semanas.

4.1.5. Etapa 5: Determinacin de la tasa de circulacin ptima del TEG. En esta etapa se buscara determinar la tasa de circulacin ptima de trietilengicolen el proceso para que haya un contacto entre el lquido absorbente y el gas retirando el agua necesaria sin emitir grandes cantidad de gases atmsfera, evaluando la cantidad de agua del gas entrada, las especificaciones del gas de salida, y el caudal mnimo de TEG, para luego aplicar la relacin de que hay entre el caudal mnimo y la tasa optima de TEG en la zona de comodidad del proceso estudiado.Duracin: 8 semanas.

4.1.6. Etapa 6: Redaccin del trabajo de grado.Esta etapa final comprende la transcripcin de los alcances logrados a lo largo de la elaboracin del proyecto.Se describir el desarrollo de cada una de las etapas , asi como tambin resultados y conclusiones de cada una de ellas. La redaccin del trabajo de grado se llevara a cabo bajo la normativa establecida por la Universidad de Oriente, en lo que respecta a la redaccin y presentacin del proyecto.Duracin: 16 semanas.

4.2. Diseo experimentalEl impacto ambiental con respecto a la tasa de circulacin del trietilenglicol(TEG) ser estudiado utilizando como herramienta de estudio el diseo experimental del tipo Bloques al Azar, debido a que en este se puede observar el efecto que produce cada tratamiento sobre la optimizacin del proceso de deshidratacin del gas natural con el TEG.Este diseo fue el escogido debido a que se pueden evaluar el efecto producido por cada tratamiento sobre la tasa de emisiones de COV a la atmosera, con la finalidad de obtener la mayor informacin posible sobre los datos de inters. En esta evaluacin los factores estudiados sern la tasa de recirculacin de trietilenglicol en el proceso de deshidratacin y la tasa de contaminantes emitidos a la atmsfera de la siguiente manera TRATAMIENTOSBLOQUESTOTALPROMEDIO

IIIIII

QTEG1, CTEG1

QTEG2, CTEG2

QTEG3, CTEG3

QTEG4, CTEG4

QTEG5, CTEG5

QTEG6, CTEG6

QTEG7, CTEG7

QTEG8 ,CTEG8

Donde : QTEG : Tasa de circulacin trietilenglicol.CTEG: Concentracin de trietilenglicol.BLOQUES: Tasa de Emisiones de COV a la atmosfera.

4.2. Diseo experimentalEl impacto ambiental con respecto a la tasa de circulacin del trietilenglicol(TEG) ser estudiado utilizando como herramienta de estudio el diseo experimental del tipo Bloques al Azar, debido a que en este se puede observar el efecto que produce cada tratamiento sobre la optimizacin del proceso de deshidratacin del gas natural con el TEG.Este diseo fue el escogido debido a que se pueden evaluar el efecto producido por cada tratamiento sobre la tasa de emisiones de COV a la atmosera, con la finalidad de obtener la mayor informacin posible sobre los datos de inters. En esta evaluacin los factores estudiados sern la tasa de recirculacin de trietilenglicol en el proceso de deshidratacin y la tasa de contaminantes emitidos a la atmsfera de la siguiente manera TRATAMIENTOSBLOQUESTOTALPROMEDIO

IIIIII

QTEG1

QTEG2

QTEG3

QTEG4

QTEG5

QTEG6

QTEG,

QTEG8

Donde : QTEG : Tasa de circulacin trietilenglicol.BLOQUES: Tasa de Emisiones de COV a la atmosfera.