DESHIDRATACION DEL GAS NATURAL

CARRERA:

INGENIERIA DEL PETROLEO Y GAS NATURAL

DOCENTE: Ing. Jose Miguel Aguilar Saucedo

UNIVERSITARIOS:

 Aron Soruco
 Fabiola Puma
 Ramiro Huanca
 Mónica Tarque
 Jose Carlos

7° SEMESTRE

GESTION II/2018
 INTRODUCCIÓN

Debido a la cantidad de agua que contiene el gas es necesario someterlo a un proceso de

deshidratación, el cual se define como el proceso de remover el vapor de agua que está
asociado al gas. El vapor de agua es probablemente la impureza más común en un flujo
de gas. Este proceso cobra mayor importancia en campos donde se manejan altas
presiones.

Las principales razones para remover el vapor de agua del gas natural son las siguientes:
 El agua líquida y el gas natural pueden formar hidratos que taponan los equipos y
tuberías.
 El agua líquida del gas natural es corrosiva principalmente si contiene CO2 y H2S.
 El vapor de agua del gas natural puede condensarse en las líneas llegando a
causar taponamiento.
 Para optimizar el funcionamiento de los compresores
 Para cumplir con la calidad exigida para su transporte en tuberías y
comercialización.

Los aspectos enunciados anteriormente evidencian la necesidad de retirar la presencia

de agua en la corriente de gas, para lo cual se han desarrollado los siguientes métodos
de deshidratación:
 Absorción
 Adsorción
 Delicuescencia
 Expansión-Refrigeración
 Permeación del gas

La deshidratación es un proceso fundamental en las facilidades de gas natural, por

consiguiente, es muy importante conocer cada uno de los métodos disponibles y
diferenciar bajo qué condiciones resulta viable implementarlos, así como cuáles son sus
ventajas y desventajas, por lo que a continuación se realiza una descripción de cada uno.
 DESHIDRATACIÓN POR ABSORCIÓN

La absorción es un fenómeno de transferencia de masa desde una fase gaseosa hacia

una fase líquida; esto es posible mediante la adición de un líquido con alta
higroscopicidad o facilidad para retirar el agua.
La deshidratación por absorción consiste en remover el vapor de agua del gas a través
del contacto íntimo con un desecante líquido. El contacto tiene lugar en una torre
empacada o de platos. Los glicoles son los desecantes líquidos más efectivos; los más
usados para la deshidratación del gas natural son: etilen glicol, dietilenglicol, trietilenglicol
(EG, DEG, TEG). El trietilenglicol ha ganado la aceptación universal como el más efectivo
de los glicoles, debido a que logra mayor depresión del punto de rocío y tiene bajos
costos de operación.

Es un líquido higroscópico no volátil, inodoro e incoloro, ha sido usado para deshidratar

gases dulces y ácidos en los siguientes rangos de operación:

• Depresión del punto de rocío: 40-140ºF

• Presión: 25-2500 psi
• Temperatura: 40-160ºF
Ventajas de usar TEG:
• Puede ser regenerado con facilidad
• Menores pérdidas por vaporización
Limitación del TEG:
• No es apto para procesos criogénicos
• Es corrosivo si se contamina con H2S

Una planta deshidratadora que utiliza TEG (Figura 1), se compone de dos zonas: la zona
de deshidratación, la cual es favorecida por las altas presiones y las bajas temperaturas y
la zona de regeneración, la cual es favorecida por bajas presiones y altas temperaturas.
Además, se tienen dos operaciones complementarias, la primera se refiere a la limpieza
del gas húmedo que entra a la torre de absorción y la segunda corresponde a la
descontaminación del glicol con el objeto de evitar que lleguen impurezas al rehervidor.
Se debe tener en cuenta que la absorción del vapor de agua y la reconcentración del
glicol están gobernadas por el equilibrio de fases líquido-vapor.
El glicol regenerado o pobre se bombea continuamente al plato superior de la torre
absorbedora, donde fluye a través de los tubos de descenso de líquido que comunican
cada plato o bandeja de contacto. El gas natural asciende con contenido de vapor de
agua, el gas fluye a través de las cápsulas de burbujeo o de las válvulas colocadas en
cada plato. Este proceso se repite en cada plato de contacto: el líquido que desciende va
absorbiendo el vapor de agua y el gas natural que asciende se va secando.

Durante la absorción, el glicol también remueve componentes aromáticos como benceno,

tolueno, etilbenceno y xileno (BTEX-Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylenes) y
componentes orgánicos volátiles (VOCs-Volatil Organic Compounds) del gas natural.
Pequeñas cantidades de estos componentes se liberan del glicol rico en el regenerador
que opera a altas temperaturas y bajas presiones. Aunque la mayoría de los BTEX y
VOCs son separados del glicol en la despojadora, con el fin de cumplir con las
especificaciones ambientales, estas emisiones deben medirse, monitorearse y adoptar
estrategias que permitan minimizarlas.

FIGURA 1. Esquema de una planta de deshidratación con glicol

 DESHIDRATACIÓN POR ADSORCIÓN

La deshidratación con desecantes sólidos es un proceso que trabaja bajo el principio de

adsorción. La adsorción involucra una forma de adhesión entre las partículas del
desecante sólido y el vapor de agua en el gas. La deshidratación con sólidos es mucho
más eficiente que la deshidratación con glicol, con esta técnica se alcanza un contenido
de agua de 0,05 lbH2O/MMPCS. Sin embargo, con el fin de reducir el tamaño de la
adsorbedora, frecuentemente se usa una absorbedora con glicol para realizar una
deshidratación inicial, con lo que se reduce la masa de desecante sólido necesario para la
deshidratación final.

La deshidratación con lecho sólido es una buena alternativa en aplicaciones como:

 Deshidratación para conseguir puntos de rocío de agua menor que - 40°C a -50°C
[-40 a -58°F], tales como las requeridas en la corriente de entrada de las plantas
de extracción de LGN utilizando expansores.

 Unidades de control del punto de rocío de hidrocarburos donde se requiere la

extracción simultánea de agua e hidrocarburo para alcanzar ambas
especificaciones de venta. Esto se usa frecuentemente para controlar el punto de
rocío de hidrocarburos en corrientes de alta presión de gas pobre.

 Deshidratación y remoción simultánea de H2S del gas natural.

 Deshidratación de gases que contienen H2S donde la solubilidad del H2S en glicol
puede causar problemas de emisión.

 Deshidratación y remoción de componentes sulfuros (H2S, COS, CS2,

mercaptano) para las corrientes de LGN y GLP.

 Un desecante comercial debe poseer afinidad por el agua, un área superficial por
unidad de volumen grande, alta resistencia mecánica, resistencia a la abrasión,
inerte químicamente, y tener costos razonables. Los desecantes sólidos más
usados son: gel de sílice, alúmina y tamiz molecular.
  En sistemas de gas natural los más usados son los tamices moleculares, los
cuales son formas cristalinas de aluminosilicatos que exhiben un alto grado de
adsorción de agua. Permiten obtener un punto de rocío de –150°F y se pueden
usar tanto para endulzar como para deshidratar el gas natural. Los tamices
moleculares en su estructura forman cavidades que se conectan por poros
uniformes de diámetros de 3 a 10°A, dependiendo del tipo de tamiz. Como se
elaboran de acuerdo a un tamaño de poro específico, los tamices moleculares
permiten que la adsorción sea selectiva, es decir, se adsorben solamente las
moléculas cuyo diámetro es menor que el tamaño del poro del tamiz molecular.

 La figura 2 muestra el proceso típico de deshidratación del gas con desecante

sólido. El gas húmedo al entrar a la planta pasa inicialmente por un separador
(Scrubber) para remover todos los sólidos y líquidos. Posteriormente, el gas fluye
hacia la parte superior de la adsorbedora que contiene un lecho desecante.
Mientras una torre adsorbedora está deshidratando, la otra se está regenerando
mediante una corriente de gas caliente.

Durante la etapa de adsorción, el gas que va a ser procesado pasa a través del lecho
adsorbente, en donde el agua es retenida selectivamente. Cuando el lecho se satura, se
hace pasar una corriente de gas caliente en contra flujo al lecho adsorbente para su
regeneración. Luego de la regeneración y antes de la adsorción, el lecho debe enfriarse,
esto se logra circulando gas frío por el lecho de adsorción en la misma dirección de flujo;
posteriormente, el mismo gas puede ser empleado para el proceso de regeneración. El
cambio de lechos se realiza mediante un controlador de tiempo, el cual ejecuta los
cambios en las operaciones a determinados tiempos dependiendo del ciclo; sin embargo,
la duración de las diferentes fases puede variar considerablemente (29). Ciclos de tiempo
demasiado largos, requieren grandes lechos y una inversión de capital adicional, pero de
esta manera se incrementará la vida útil del lecho (30). Un ciclo normal de dos lechos,
emplea alrededor de 8 horas para el ciclo de adsorción, 6 horas de calentamiento y 2 de
enfriamiento para regeneración.
 FIGURA 2. Esquema del proceso de deshidratación con desecantes sólidos

DESHIDRATACIÓN POR DELICUESCENCIA

Un delicuescente (del latín deliquescere, hacerse líquido) es una sustancia (en su mayoría
sales) que tiene la propiedad de atraer la humedad y disolverse lentamente. La
deshidratación por delicuescencia se refiere entonces, al uso de sales de metales
alcalinotérreos para secar el gas. Ejemplos de sustancias delicuescentes son: cloruro de
calcio, cloruro férrico, cloruro de magnesio, cloruro de zinc, carbonato de potasio,
hidróxido de potasio y el hidróxido de sodio. En la industria de gas, la más empleada en
los sistemas de deshidratación es el cloruro de calcio (CaCl2).

Aunque en algunas ocasiones el uso de delicuescentes se clasifica como deshidratación

por adsorción, este proceso presenta diferencias significativas con respecto a los
adsorbentes. Una deshidratadora de CaCl2 es una combinación de una torre absorbedora
de vapor de agua y una unidad de lecho sólido. El paso del gas a través del lecho de
cloruro de calcio anhidro forma una salmuera concentrada de gravedad específica
aproximada de 1.4. El lecho se asienta a medida que el CaCl2 es consumido desde el
fondo y proporciona una deshidratación eficiente hasta que queden dos pies de lecho
remanente. La salmuera formada gotea dentro de una sección de absorción, en la cual la
salmuera absorbe agua del gas a medida que ésta desciende por gravedad, de plato en
plato, en contracorriente con el gas húmedo que asciende desde el fondo. El proceso se
ilustra en la figura 3. Se espera que el contenido de agua del gas que deja esta unidad
sea de 2 lb H2O/MMPCS.

FIGURA 3. Esquema del proceso de delicuescencia

Generalmente, se usan varias unidades de deshidratación y se aplican en locaciones

remotas donde no hay disponibilidad de personal para el monitoreo. Por ser un sistema
cerrado no presenta problemas por emisiones de BTEX y VOCs, pero sí genera el
problema ambiental de la disposición de la salmuera producida.

Debido a que el equipo necesario para el proceso de deshidratación por delicuescencia es

más simple que el requerido por las plantas de absorción, adsorción y membranas
permeables, generalmente, los costos de equipo son menores. Los costos operacionales
son afectados por la temperatura, por la presión, y por cuánto vapor de agua debe ser
removido, y por lo tanto deben calcularse para cada aplicación.
 DESHIDRATACIÓN POR EXPANSIÓN-REFRIGERACIÓN

Deshidratación por expansión se refiere al proceso en el cual se hace pasar el gas por un
reductor de presión, lo cual ocasiona su enfriamiento por el efecto Joule – Thomson, y
conlleva a la condensación del agua.
En este método, el gas se enfría adiabáticamente (refrigeración mecánica); al bajar la
temperatura se produce condensación de líquido entre los cuales está el agua. Puede
utilizarse con o sin inhibidor, el proceso sin inhibidor se utiliza únicamente cuando la caída
de presión disponible permite que el agua alcance el punto de rocío requerido sin
formación de hidratos. Entonces, se mezcla el metanol o el glicol con el gas para enfriar el
gas a temperaturas muy bajas. La mezcla agua – inhibidor se retira y el inhibidor se
recupera en una columna de despojo. Las principales ventajas del proceso son:

• Puede obtener puntos de rocío en el rango de -100 a -150°F (-70 a -100°C).

• Solo requiere suministro de calor para el regenerador de metanol.
Sin embargo, requiere refrigeración externa para enfriar el gas, y minimizar las pérdidas
de metanol en la despojadora.

PERMEACIÓN DEL GAS

La permeación de gas se basa en el principio de transferencia de masa por la difusión de

gas a través de una membrana.

Una membrana es una barrera semipermeable entre dos fases, que permite el paso de
varios solutos a través de ella a diferentes tasas y también permite a componentes
selectivos penetrar mientras retiene otros componentes en la entrada de alimento. Los
solutos consisten en moléculas o partículas que son transportadas a través de la
membrana debido a fuerzas que actúan en aquellas moléculas o partículas. La extensión
de estas fuerzas es determinada por el gradiente de potencial a través de la membrana.
Las membranas son usadas en la industria del gas natural principalmente para remover
dióxido de carbono (CO2), agua y sulfuro de hidrogeno (H2S).
Muchas unidades tratan el gas a las especificaciones de tubería directo en cabeza de
pozo para alcanzar los requerimientos de calidad: CO2< 2%, H2S< 4 ppm y contenido de
agua <6 lb/MMPCS.

Las membranas también han demostrado una enorme efectividad en la remoción de altos
niveles de dióxido de carbono como los encontrados en el recobro mejorado con CO2 y
también se han usado para medir gases hidrocarburos. El endulzamiento de gas con
membranas generalmente requiere un tratamiento previo con solventes químicos como
las aminas y deshidratación con glicol.

Debido a su simplicidad, a que ocupan menor espacio y peso en comparación con los
sistemas tradicionales (Plantas de absorción), las membranas permeables se convierten
en una alternativa para aplicaciones costa afuera.

El pretratamiento del alimento es un componente crítico de un proceso con membranas.

El gas de entrada debe estar libre de sólidos y gotas mayores a 3 micras. La temperatura
del gas de entrada debe estar al menos 20ºF (10ºC) por encima del punto de rocío de
agua para evitar condensación en la membrana.

CONCLUSIONES

La deshidratación con glicol se constituye como el método tradicional de deshidratación

de gas natural, pero debe tenerse cuidado al operar las plantas por los problemas de
emisión