III.

MARCO TEORICO:

3.1. DESHIDRATACIÓN DEL GAS NATURAL

3.1.1. Propósito de la Deshidratación del gas Natural

El vapor de agua asociado al gas Natural, es uno de los contaminantes más comunes en el
gas dado los inconvenientes que puede ocasionar tanto en procesos posteriores a los que
pudiere estar sometido, como para su transporte a áreas de tratamiento y consumo. Bajo
condiciones normales de producción, el gas Natural está saturado con agua. Tal como
incrementos de presión o reducción de temperatura el agua en el gas Natural condensa y
forma agua líquida. Cuando el agua libre se combina con las moléculas de gas (metano,
etano, propano, etc.), esta forma hidratos sólidos el cual puede taponar válvulas, equipos y
algunas líneas de gas. La presencia de agua líquida 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 formación de hidratos y reducir la
corrosión en tuberías 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 máxima de agua presente en la mezcla
gaseosa.(UNI, DE LAS NIEVES, 2006)
3.1.2. Fundamento de la Deshidratación del gas Natural

El gas es considerado saturado con vapor de agua cuando este proviene de los pozos. La
cantidad de agua transportada por el gas a varias presiones y temperaturas puede estimarse
de la Fig. 2. la cual está basada en la correlación de Mc Carthy, Boyd and Reid. Esta carta
también ilustra una línea de formación de hidratos para el gas.
Otro método útil que indica el contenido de agua en el gas es en términos del punto de rocío
del agua. El punto de rocío es la temperatura a la cual el vapor llega a condensar.
Normalmente las especificaciones de transporte de gas en tuberías requieren no más de 7
lbs de agua/MMscf. Esto corresponde a 32ºF de punto de rocío a 1000 psia. Por tanto, un
gas a 100ºF y 1000 psia debe tener aproximadamente 68ºF de descenso del punto de rocío
para encontrar el contenido de agua en la línea dentro de especificación. En la Planta de
Procesamiento de gas Malvinas la especificación para el transporte de gas por tuberías es
de máximo 4 lbs de agua/MMscf.
El descenso del punto de rocío es la diferencia en ºF entre la temperatura de entrada de gas
y el punto de rocío de salida de gas. La depresión del punto de rocío es obtenida por la
deshidratación.
La Deshidratación es el proceso de remoción de vapor de agua de la corriente de gas. Por lo
general, para lograr el objetivo se emplean plantas industriales cuyos diseños específicos
conducen a la eliminación del agua en el gas Natural. Las más comunes son las Plantas de
glicol y las que usan adsorbentes sólidos como los tamices moleculares. Esta remoción
puede ser realizada por muchos métodos. El proceso en este caso es el llamado absorción.
En este proceso un líquido higroscópico es usado para remover el vapor de agua del gas. El
glicol comúnmente usado para la deshidratación es Trietilen glicol o TEG. (Nuñes
Rodriguez & Cumpa Bardales, 2015; Ribón et al., 2010)

Fig. 1 (UNI, DE LAS NIEVES, 2006)

Fig. 2 (De las Nieves, 2006)
En una Planta de Deshidratación con glicol, el gas ingresa por la parte inferior de una torre
de absorción y asciende mientras burbujea en el glicol que desciende en contracorriente del
tope, llenando las bandejas, platos de burbujeo o zona de empaque (Fig. 3) en los cuales se
produce la transferencia de masa. A medida que sube el gas dentro de la torre, cede el agua
que contiene. Así el glicol que llega al absorbedor con muy poco contenido de agua (glicol
pobre) se enriquece a medida que entra en contacto con el gas y sale por el fondo “cargado”
de agua (glicol rico). Luego se bombea hacia la torre de regeneración donde el glicol se
regenera y queda en condiciones de volver a absorber. (Nuñes Rodriguez & Cumpa
Bardales, 2015)
Fig. 3(De las Nieves, 2006)
 3.1.3 Métodos de Deshidratación del gas Natural

Han pasado casi 35 años desde que el vapor de agua fue removido del gas Natural por
primera vez en gran volumen. El primer proceso usado fue la circulación de una corriente
de salmuera de cloruro de calcio para remover el vapor de agua. El uso de la salmuera de
cloruro de calcio tuvo algunas desventajas, la principal de ellas fue la corrosividad de la
solución y esta es una dificultad para obtener altos descensos de punto de rocío.
Aproximadamente hace 30 años el primer sistema de dietilen glicol fue instalado para
deshidratar el gas Natural. Este sistema fue superior al de la salmuera de cloruro de calcio
ya que el sistema de dietilen glicol fue mucho menos corrosivo y también daba como
resultado un mejor secado. Las soluciones de glicol llegaron a ser los líquidos desecantes
más comunes usados para la deshidratación del gas Natural. Durante los últimos 20 años, el
uso de Trietilen glicol en vez del dietilen glicol llego a ser extendido porque daba como
resultado una mayor eficiencia en el secado y presentaba una mayor resistencia a la
descomposición. Dos o tres años después que el dietilen glicol fue usado por primera vez
para secar el gas, La alúmina activada fue usada como sólido desecante en un proceso
semi- continuo para secar el gas. El uso de los sólidos desecantes continuó a través de los
años. Bauxita, Sílica gel y Tamices Moleculares son también usados como sólidos
desecantes para el secado del gas. (Ribón et al., 2010)
La mayoría de métodos que son utilizados para deshidratar el gas Natural:
a) Absorción con glicoles
b) Adsorción con sólidos desecantes

c) Absorción con Cloruro de Calcio, CaCl2

d) Refrigeración

 Enfriamiento con refrigerantes tales como propano

 Expansión del gas para alcanzar el enfriamiento mediante el
efecto Joule-Thompson.
Los dos primeros mencionados son los más extensamente utilizados en la industria,
mientras que los deshidratadores con cloruro de calcio fueron usados por muchos años,
pero no en apreciables cantidades.
El cloruro de calcio fue uno de los desecantes tempranamente utilizados para remover el
agua del gas Natural. La remoción del agua es efectuada por contacto de la corriente
gaseosa con un lecho de cloruro de calcio anhidro el cual tiene la habilidad de absorber 6
moles de agua/mol de CaCl2 antes de formar salmuera. En muchas unidades esta salmuera
es usada para remover parcialmente el agua antes del contacto con el lecho del cloruro de
calcio seco. Aunque descensos del punto de rocío entre 50ºF a 80ºF puede ser alcanzada, el
proceso es limitado por la baja cantidad de agua a ser removida en los gases y
relativamente pequeños volúmenes de gas a ser procesados. El equipo es barato y la
demanda de reactivos químicos no es muy alta, los costos de operación son mínimos.
La refrigeración por expansión y la refrigeración por expansión con inhibidores de hidratos
son usadas para deshidratación de la corriente de gas en conjunto con la recuperación de
hidrocarburos. Estos procesos son basados en el principio de que el gas bajo presión puede
experimentar una elevada caída de temperatura durante una brusca reducción de la presión.
Este fenómeno es conocido como el efecto de Joule-Thompson. La caída de presión
obtenida y la cantidad de hidrocarburo líquido en la fase gas podría determinar la cantidad
de enfriamiento que debería de alcanzarse. Un enfriamiento adicional puede obtenerse por
la expansión del gas a través de una turbina. Algunas unidades son operadas con
serpentines de intercambiadores de calor en el fondo del separador tal que la formación de
hidratos puede ser prevenida. Esta técnica es claramente exitosa en corrientes de gas con
altas proporciones de recuperación de hidrocarburos de forma que temperaturas
extremadamente bajas no son necesarias en la sección del separador.
Los materiales desecantes tales como sílica gel, alúmina activada, carbón activado y
tamices moleculares también fueron utilizados por varios años para la deshidratación de los
gases. Las deshidrataciones con los sólidos desecantes trabajan bajo el principio de la
adsorción. La adsorción implica una forma de adhesión entre la superficie del sólido
desecante y el vapor de agua en el gas. El agua forma una película extremadamente
escurridiza que es sostenida por la superficie del sólido desecante por fuerzas de atracción,
pero no existe reacción química. El desecante es un sólido, un secador granular o un medio
de deshidratación; con una enorme área de superficie efectiva por unidad de peso, con un
número alto de poros microscópicos y capilares abiertos. Un típico sólido desecante puede
tener como máximo 4 millones de pies cuadrados de área superficial por libra. (Nuñes
Rodriguez & Cumpa Bardales, 2015; UNI, DE LAS NIEVES, 2006)
El costo inicial para una unidad de deshidratación con sólidos desecantes excede a las
unidades de deshidratación con glicol. Sin embargo, el secado de estos lechos tiene la
ventaja de producir descensos muy pequeños de puntos de rocío, los cuales son requeridos
para Plantas Criogénicas, y es adaptable a enormes cambios en el flujo de gas. La
desventaja es que es un proceso en batch, existe relativamente una alta caída de presión a
través del sistema y los sólidos desecantes son sensibles a ser envenenados con líquidos u
otras impurezas contenidas en el gas.
Los líquidos desecantes se encuentran en un amplio rango de uso para la deshidratación del
gas Natural, y la importancia de este asunto está centrado en la elección del glicol que será
utilizado para la deshidratación del gas.
La naturaleza higroscópica de los glicoles es responsable por su uso en esta aplicación. En
algún momento otro material higroscópico tal como la glicerina fue usado, pero
limitaciones en la estabilidad térmica y viscosidad de este material gradualmente fue
desplazado por los glicoles que son los únicos e importantes líquidos desecantes en la
deshidratación del gas Natural.
La higroscopicidad de los glicoles está directamente relacionada con la concentración de la
solución. La presión de vapor del agua en una solución acuosa es proporcional a la fracción
molar del agua en la solución multiplicado por la presión de vapor del agua pura. El vapor
de agua puede ser absorbida por la solución mientras que la presión parcial del vapor de
agua en el gas Natural en contacto con la solución exceda la presión parcial del agua en la
solución. (Ribón et al., 2010)
La compatibilidad del solvente o soluto, es decir, glicol y agua, juega un rol importante en
la determinación de la higroscopicidad. En general, la gran atracción molecular entre el
agua y el glicol, la menor presión de vapor de agua de la solución y la gran higroscopicidad
del solvente (glicol). En el estado líquido el agua está muy ligada a través de los enlaces de
hidrógeno. glicoles con su éter y grupo hidroxilo forma similares uniones intermoleculares
con el agua. Consecuentemente los glicoles tienen una alta afinidad por el agua y la
solución de agua-glicol formada reduce extraordinariamente la presión de vapor del agua.
Efectivamente, la presión parcial del agua sobre una solución de glicol es menor que la
prevista por la ley de Raoults (Solución ideal) (Ribón et al., 2010)
3.1.4 Deshidratación del gas natural con glicol

Las soluciones de glicol vienen siendo usados para el secado del gas por lo menos 30 años.
Las más tempranas unidades de deshidratación con glicol utilizaban dietilen glicol y
obtenían descensos del punto de rocío en el rango de 20º a 40ºF. El Trietilen glicol llega a
ser usado primero porque presenta un mayor punto de ebullición tal que provee de una
mejor separación del agua y mayores depresiones de punto de rocío sin estar muy
pendientes por la descomposición térmica del glicol. El Tetraetilen glicol es usado en
algunos casos especiales, pero el glicol predominante, actualmente en uso, es el Trietilen
glicol.
Si las condiciones del fluido del pozo y los requerimientos contractuales del punto de rocío
indican que los descensos del punto de rocío no deben ser mayor que 70ºF, una unidad de 4
a 5 platos puede ser adecuado con una capacidad del rehervidor para obtener 98.5% de
concentración de Trietilen glicol. Descensos de punto de rocío requeridas en el rango de 70
a 90ºF puede ser alcanzada por deshidratadores con glicol convencionales teniendo platos
adicionales en la contactora, con mayores flujos de glicol que los normales y máxima
temperatura del rehervidor de 400ºF. Para descensos de punto de roció mayores de 90ºF
podría normalmente necesitarse equipos especiales de deshidratación con glicol.
Concentraciones de glicol regenerados a vacío alcanzan un nivel de 99.9% y este junto con
una contactora de 7 a 14 platos puede dar descensos de punto de rocío del rango de 140ºF.
Las unidades de glicol operadas a vacío no son comunes debido a su alto costo de
operación y la indisponibilidad de adecuar recursos de vacío tal como un tamaño adecuado
de bomba de vacío. (Lemus maldonado & Sabel, 2014)
Concentraciones del glicol en el rango de 99.97% podrían ser reportados. Concentraciones
de glicol de 99.9% y mayores podrían ser obtenidos por medio del proceso Drizo, con
temperaturas en el reboiler en el rango de 375º400ºF. Concentraciones de glicol podrían
reportarse en exceso de 99.5% a través de la técnica Cold Finger Condensor(De las Nieves,
2006)
A continuación, se detallará una breve descripción de cómo opera una unidad de glicol:
 Fig. 4(De las Nieves, 2006)

El gas húmedo (1) (ver Figura 4) circula a través del scrubber o separador de entrada (2)
donde se desprende de algunas impurezas, entra a la absorbedora (contactora) justamente a
su punto de rocío. Inicia su recorrido ascendente (3), se pone en contacto con el TEG pobre
que a su vez desciende desde el tope de la columna (4), se seca durante el ascenso y deja
finalmente la unidad por su parte superior (5), como gas deshidratado. Esta corriente
intercambia calor con el TEG pobre (10).
El TEG rico sale del fondo de la absorbedora (6) a través de una válvula reguladora reduce
su presión, desprendiendo en consecuencia los hidrocarburos que haya absorbido en la
columna. A su paso por el tope de la columna del rehervidor o regenerador (7) circula en un
serpentín que actúa como condensador de glicol, pasando posteriormente a un tanque de
venteo o Tanque Flash (8) en donde se separan los gases desorbidos. Del tanque de venteo
el TEG rico se filtra e intercambia calor con el TEG pobre procedente del tanque de
almacenamiento (9), y luego, mediante bombeo, alimenta al rehervidor. Una temperatura
del reboiler entre 375º-400ºF podría dar como resultado concentraciones de glicol en el
rango de 98.3%-98.7% (Fig. 5). La temperatura en esta rehervidor crece considerablemente
para promover la separación de TEG (11) del vapor de agua. El calor se suministra al
regenerador mediante un rehervidor a fuego directo.
El TEG regenerado (pobre) pasa del rehervidor al acumulador (12), y de éste al tren de
intercambiadores mediante bombeo. Se alimenta al tope de la regeneradora para repetir
toda la secuencia de secado de la corriente continua del gas de alimentación y de
regeneración para conformar su uso en un lazo cerrado de flujo.
El agua que es recuperada de la solución de glicol (junto con hidrocarburos gaseosos)
puede ser venteada a la atmósfera o enviados al quemador de campo si los hidrocarburos
gaseosos están presentes en una cantidad significativa en el vapor. (De las Nieves, 2006;
Lemus maldonado & Sabel, 2014)
 Fig. 5

Aunque un número de variables están implicados en una unidad de deshidratación, por lo

menos seis tienen influencia directa sobre el funcionamiento de la unidad: el número de
platos en el absorbedor, régimen de circulación de glicol, el volumen de gas, la presión de
entrada de gas, la temperatura y, lo más importante, la concentración del glicol.
Examinada cada una de estas variables, brinda información acerca de la unidad a utilizar y
como debería desempeñarse. El máximo descenso de punto de rocío que puede esperarse es
el punto de rocío de equilibrio teórico para dar concentraciones de glicol a la temperatura
de contacto especificada. (De las Nieves, 2006)
Examinando la Fig. 6 se podría ilustrar esta condición.

Fig. 6
La concentración del glicol entrando por el tope del plato del Absorbedor es hasta hoy el
factor de control en cuanto al descenso final del punto de rocío obtenido. Mientras la
presión parcial acuosa encima de la solución de glicol en el tope del plato sea menor que la
presión parcial del vapor de agua en el gas, el gas podría continuar deshidratándose. Desde
que el 100% de equilibrio no es posible, el aproximado al 100% es alcanzado por
optimización de las otras variables en el proceso.
El número de etapas de contacto o platos actuales en la columna ayuda en la aproximación
al equilibrio. Para deshidratadores de cabeza de pozo o aquellos sistemas requiriendo
mínimo descenso del punto de rocío en el rango de 50º65ºF, 4 platos actuales (o una etapa)
son muy adecuados. Incrementando el número de platos y manteniendo la concentración
del glicol constante podría proveer beneficios prácticos hasta 10-12 platos adicionales. Sin
embargo, desde un punto de vista práctico, platos adicionales más de 7-10 normalmente
muestra pequeños incrementos, incrementándose en el descenso del punto de rocío y no es
considerado práctico excepto en casos especiales donde lo máximo en unidades de alto
desempeño es requerido.
En relación al número de etapas de contacto y concentración de glicol establecida
constante, una mayor aproximación al equilibrio puede lograrse por incremento del flujo de
circulación. Esta fue una práctica común por muchos años llegándose a circular 3 galones
de glicol / libra de agua removida. Muy a menudo tan bajos como 2 galones de glicol / libra
de agua removida o incluso menos son usados con éxito en unión con platos múltiples.
Flujos de circulación hasta de 7-9 galones de glicol / libra de agua removida normalmente
no disminuyen el punto de rocío en más de 4º-6ºF por encima del obtenido con
circulaciones de flujos mínimos. (Figs. 7-11) (Nuñes Rodriguez & Cumpa Bardales, 2015)
Fig. 7

Fig. 8
Fig. 9

Fig. 10
 Fig. 11

La presión y temperaturas de la corriente de gas de entrada determinan las condiciones de

saturación o la cantidad de agua contenida por unidad de volumen de gas. La diferencia en
la cantidad de agua contenida en el gas bajo las condiciones de entrada y la cantidad
requerida por el gas deshidratado puede proveer la cantidad de agua removida por unidad
de volumen de gas. El flujo de circulación de glicol puede ser establecido usando esta
información. (Nuñes Rodriguez & Cumpa Bardales, 2015; UNI, DE LAS NIEVES, 2006)
El diámetro del absorbedor es controlado por el flujo de gas. La menor proporción de
líquido-gas permite que el diámetro de la torre sea establecido por el volumen de gas
tratado por unidad de tiempo. Convencionalmente estos recursos son usados para
determinar las áreas de sección transversal tal como la ecuación de Brown and Souders. La
altura de la torre puede ser determinada por el número de etapas de contacto requeridas.
Deshidratadores de cabeza de pozo y aquellos en menor demanda de servicios, requiriendo
descensos de punto de rocío de 65ºF o menos, pueden utilizar una etapa de contacto o
cuatro platos actuales con un espaciamiento entre cada plato en el rango de 24”-30”. En
cuanto a los contaminantes que están presentes tales como componentes de tratamiento de
pozo, que pueden promover espuma de la solución de glicol, esta es una buena práctica
para determinar el máximo espaciamiento permitido entre platos. En general, la mayoría de
deshidratadores con glicol no van más allá de 2 a 2-1/2 etapas teóricas de contacto excepto
en casos especiales. (Lemus maldonado & Sabel, 2014)
Desde que el Trietilen glicol y agua tienen unos 335ºF de diferencia en puntos de
ebullición, la separación de la mayor parte del agua es efectuada con facilidad. La columna
despojadora del rehervidor (still columna reboiler) puede contener platos o empaque y tan
pequeña como 6 pies de empaque pueden ser usados en deshidratadores para alcanzar el
98% de concentración de Trietilen glicol.
En general, condensadores de reflujo externo no son usados en sistemas con Trietilen
glicol. Los deshidratadores, incluso cuando operan en condiciones mínimas de servicios,
utilizan reflujo interno. Estos tal vez ayudados por tubos de enfriamiento verticales en el
tope de la columna despojadora del Reboiler, o por un condensador usando glicol rico frío
o agua de enfriamiento. Algunos diseños incorporan mayor extensión de serpentín de
calentamiento en el tope de la columna despojadora del rehervidor para proveer una mayor
concentración de la solución de glicol pobre. Las almohadillas de atrapa niebla son
instalados en ambas, la columna despojadora y el Absorbedor. (Ribón et al., 2010)
3.1.5 Comparación entre los diferentes glicoles

 Etilen glicol: Presenta alto equilibrio de vapor con el gas tendiendo a pérdidas hacia
la fase gas en la contactora
 Dietilen glicol: Presenta alta presión de vapor conduciendo a altas pérdidas en la
contactora. Baja temperatura de descomposición térmica, requiere menores
temperaturas para ser regenerado (315º-340 ºF) así queda puro y puede ser utilizado
en otras aplicaciones.
 Trietilen glicol: Es el de uso más común. Es regenerado a 400ºF para obtener una
alta pureza. A temperaturas en la contactora mayores a 120 ºF tiende a altas
pérdidas por vaporización. Descensos del punto de rocío hasta 150 ºF son posibles
con el uso de Stripping gas.
 Tetraetilen glicol: Tiene mayor costo que el Trietilen glicol, pero menores pérdidas
a altas temperaturas de contacto con el gas. Su regeneración está entre 400 ºF a 430
ºF. (Nuñes Rodriguez & Cumpa Bardales, 2015)
El Dietilen glicol fue usado durante los años 1940 para deshidratar el gas Natural,
produciendo concentraciones de glicol en el rango de 95-96% y descensos del punto de
rocío en el rango de 45-55 ºF. La introducción del Trietilen glicol (TEG) permitió mayores
concentraciones del glicol pobre (98-99%) sin excesivas pérdidas por vaporización.
Descensos del punto de rocío en el rango de 65-75 ºF son comunes de lograr con TEG y,
con equipos especiales, descensos del punto de rocío mayores de 100ºF pueden obtenerse.
La reciente introducción del Tetraetilen glicol al parecer tiene aplicaciones para altas
temperaturas de gas de entrada sin excesivas pérdidas por vaporización.
La data de Gallaugher y Hibbert (Tabla 1) indica la temperatura a la cual se inicia la

descomposición térmica de los glicoles.

Tabla 1 (Ribón et al., 2010)
Etilen glicol 329ºF
Dietilen glicol 328ºF
Trietilen glicol 404ºF
Tetraetilen glicol 460ºF

El Etilen glicol es considerado más volátil que el Dietilen glicol, por tanto, no es usado para
la deshidratación de gas con equipos convencionales. El Tetraetilen glicol es
significantemente menos higroscópico que el Dietilen glicol y su uso comercial no está
presente en los servicios de deshidratación. (Nuñes Rodriguez & Cumpa Bardales, 2015;
Ribón et al., 2010)
 De las Nieves, A. (2006). Estudio y optimización del sistema de deshidratación del
gas natural con trietilen glicol (TEG) en la planta de procesamiento de Gas
Malvinas. Universidad Nacional de Ingeniería. Perú.
 Lemus maldonado, M. I., & Sabel. (2014). DESHIDRATACIÓN DE GAS
NATURAL. 65.
 Nuñes Rodriguez, J. carlos, & Cumpa Bardales, C. (2015). Simulación Del Proceso
De Deshidratación Del Gas Natural Con Trietilen Glicol (Teg), Utilizando
Software Aspen Hysys En La Fiq-Unap.
 Ribón, H. M., Santos, N. S., Patricia, O., & Cancino, O. (2010). Métodos De
Deshidratación De Gas Natural. Revista Fuentes El Reventón Energético, 8(2), 55–
64.
 UNI, DE LAS NIEVES, A. (2006). Universidad Nacional De Ingenieria. 173.