Unidad VII: Tratamiento del gas: Ajuste del

Introducción al Procesamiento de Gas y Petróleo / Unidad VII – Tratamiento del gas:
Ajuste del punto de rocío
Unidad VII:
Tratamiento del gas: Ajuste del punto de
rocío
1. El punto de rocío de los hidrocarburos
1.1. Equipos principales que componen la unidad de tratamiento del gas.
1.2. Ajuste del punto de rocío en una unidad LTS (low temperature separation)
1.3. Control del proceso
2. Sistema de mono etilén glicol (MEG)
2.1. Descripción del circuito del MEG
2.2. Control de la operación del circuito de MEG
3. La generación de calor en el tratamiento del gas
3.1. Sistema de fluido térmico (hot oil)
3.2. Descripción del sistema de fluido térmico
4. Estabilización de condensado
4.1. Descripción del proceso de estabilización del condensado
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Ajuste del punto de rocío
Durante el tratamiento del gas, es necesario evitar que los hidrocarburos más pesados
contenidos en él, se condensen en las cañerías y provoquen inconvenientes en las redes de
transporte y distribución.
Para evitar la condensación de los hidrocarburos es necesario realizar un proceso llamado
ajuste del punto de rocío, que al igual que el ajuste del punto de rocío del agua, implica la
reducción de la temperatura hasta que comienzan a producirse condensados.
El proceso de ajuste del punto de rocío se realiza en la unidad LTS (Low Temperature
Separation). En esta unidad describiremos cada uno de los equipos que conforman una unidad
de tratamiento de gas.
Veamos dónde se ubican estos temas en el esquema general del proceso de tratamiento:
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Ajuste del punto de rocío
1. El punto de rocío de los hidrocarburos
Las unidades de tratamiento tienen la finalidad de llevar al gas a las especificaciones que lo hacen apto
para el consumo. Una vez removidos los contaminantes del gas, es necesario evitar que los hidrocarburos
más pesados contenidos en él, se condensen y se forme un flujo bifásico, que es indeseable. Este ajuste se
hace refrigerando el gas hasta el punto de rocío deseado.
Al igual que en el caso del agua, el punto de rocío es la condición de presión y temperatura en la cual se
forma la primera gota de condensado. A partir de ese punto, sucesivos enfriamientos aumentarán la
cantidad de condensado y esto permitirá separarlos de la corriente de gas dentro de la unidad. El
condensado estará formado por los componentes más pesados y por el agua contenida en el gas, si no se
lo hubiera deshidratado previamente.
En la unidad de tratamiento se realiza el enfriamiento del gas a baja temperatura y la separación de los
condensados por efecto del frío. Por este motivo, a la unidad completa de tratamiento de gas se la llama
generalmente unidad LTS, low temperature separation.
A temperaturas tan bajas como la de las unidades de tratamiento LTS, cierta cantidad de agua puede
condensarse provocar la formación de hidratos. Si se forman hidratos pueden taponarse las cañerías y
equipos.
En esas circunstancias es necesario usar alguna forma de inhibición o retardo de formación de hidratos
como la inyección de mono etilén glicol (MEG).
1.1. Equipos principales que componen la unidad de tratamiento del gas
Veamos una unidad completa de tratamiento de gas y los equipos que la conforman:
Analicemos brevemente cada equipo por separado:
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a. Filtro separador de entrada
Es un recipiente, horizontal o vertical, que contiene dos cámaras. En la cámara de entrada se separa el
grueso del líquido y las partículas sólidas de mayor tamaño por efecto de choque.
En la cámara siguiente, el gas pasa a través de filtros en paralelo que retienen las partículas sólidas de
menor tamaño (20 micrones y superiores) y pequeñas gotas de líquido que forman una niebla.
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Ajuste del punto de rocío
b. Intercambiador gas-gas
Es una unidad de intercambio de calor compuesta por uno o más equipos de casco y tubos.
En cada uno de los cabezales, los intercambiadores cuentan con boquillas de dispersión que se utilizan
para inyectar MEG si fuera necesario. El MEG se utiliza para absorber el agua que puede contener el gas y
evitar así, la formación de hidratos.
c. Evaporador o chiller
Es un intercambiador de calor. El refrigerante que habitualmente se usa, es el propano, que se evapora en
la carcasa, creando el efecto refrigerante del gas que circula. El cabezal de los tubos, donde entra el gas a
enfriar, tiene una boquilla de dispersión para inyectar MEG si fuera necesario.
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Ajuste del punto de rocío
d. Intercambiador gas-gasolina
Es una unidad de intercambio de calor compuesta por uno o más equipos tipo casco y tubos conectados en
serie. En los cabezales, el intercambiador cuenta con boquillas de dispersión que se utilizan para inyectar
MEG si fuera necesario. La gasolina circula por el lado exterior a los tubos y se precalienta.
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Ajuste del punto de rocío
e. Separador frío o LTS
Es un separador trifásico horizontal que tiene una bota en la que se separa el MEG que fue inyectado
previamente en el proceso. Tiene un demister en la salida del gas y un coalescedor, que favorece la
separación de fases. Este equipo generalmente le da el nombre a la unidad de tratamiento en su conjunto.
f. Separador flash de gasolina
Es un separador horizontal bifásico donde la gasolina sufre una primera expansión y libera parte del gas
disuelto a presión intermedia. La gasolina separada ingresa a la unidad de estabilización.
El gas separado ingresa al compresor de recompresión en una etapa intermedia debido al nivel de presión
con el que viene del proceso y la descarga se incorpora a la corriente principal de gas que se alimenta a la
unidad.
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Ajuste del punto de rocío
1.2. Ajuste del punto de rocío en una unidad LTS (low temperature separation)
Analizaremos ahora el proceso completo del gas dentro de la unidad de tratamiento. Antes del ingreso a la
unidad de tratamiento:
1. El gas húmedo, a alta presión y eventualmente a alta temperatura, ingresa a la planta de tratamiento por
un separador slug catcher, donde se separa el líquido formado en el gasoducto. Si se recibiera en alta
temperatura, el gas pasa por un aero refrigerante y por otro separador donde se retiene el líquido
condensado por el enfriamiento.
2. El gas a temperatura ambiente y libre de líquido, pasa por un filtro separador de entrada de donde sale
saturado pero seco y libre de partículas sólidas.
Después de las operaciones descriptas el gas está listo para el ajuste del punto de rocío en una unidad
LTS.
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1. En el intercambiador gas-gas el gas es pre-enfriado en su mayor parte, intercambiando calor con el
gas frío.
2. Una fracción del gas de entrada se deriva al intercambiador gas-gasolina, donde se pre-enfría
intercambiando calor con la gasolina fría separada en el proceso.
3. Las corrientes se vuelven a juntar antes de entrar al chiller, donde el gas alcanza su temperatura más
baja por efecto del refrigerante que se evapora en el exterior de los tubos.
4. La mezcla de gas frío condensado y MEG se conduce a un separador trifásico de baja temperatura o
separador frío donde se separan las corrientes:
4.1 El MEG retorna al circuito de regeneración para ser reutilizado.
4.2 La gasolina, luego del precalentamiento que sufre en el intercambiador gas-gasolina, se dirige a la
unidad de estabilización para su almacenamiento y despacho.
4.3 El gas pasa por el intercambiador gas-gas y sale de la unidad al gasoducto.
En los cabezales por donde ingresa el gas húmedo a los intercambiadores gas-gas, gas-gasolina y chiller,
se inyecta MEG para evitar la formación de hidratos que obturarían intercambiadores y cañerías. Más
adelante se analizará en detalle el circuito de MEG.
1.3. Control del proceso
Una fracción de gas a procesar se deriva al intercambiador gas-gasolina para su pre-enfriamiento. Esta
fracción se controla mediante una válvula que recibe la señal de un controlador de temperatura de salida de
la gasolina. Luego, la gasolina es enviada a estabilización.
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Ajuste del punto de rocío
La presión de operación se controla por medio de una válvula ubicada en la línea de gas que sale del chiller
y que toma la señal aguas arriba de la válvula controladora. La presión de salida de la planta sufrirá los
cambios de la presión del gasoducto.
Los líquidos son retirados de los distintos filtros y separadores, bajo control de nivel.
2. Sistema de mono etilén glicol (MEG)
Por las bajas temperaturas involucradas en el proceso de ajuste del punto de rocío, es necesario prevenir la
condensación de pequeñas cantidades de agua líquida que llevarían a la formación de hidratos.
Con ese propósito se inyecta MEG en la corriente de gas. El MEG absorbe selectivamente el agua
contenida en el gas y forma soluciones de bajo punto de congelamiento. Productos semejantes al MEG se
usan en los radiadores de los autos que circulan en climas muy fríos.
Siendo el MEG un producto relativamente costoso, se recupera y reutiliza en forma continua.
2.1. Descripción del circuito del MEG
El sistema de MEG es un circuito cerrado, por lo tanto podemos tomarlo para su análisis en cualquiera de
sus etapas.
1. Partiremos del MEG de pobre contenido de agua, recién regenerado y caliente. En este estado se
descarga por gravedad en un tanque atmosférico que sirve como pulmón. En este tanque hay un
intercambiador de calor donde el MEG se enfría. Esto aporta calor al MEG rico en agua, que debe ser
regenerado.
2. El MEG regenerado y frío se encuentra a presión atmosférica, por lo que debe ser bombeado a la
presión de operación del gas. Esto se hace mediante una bomba de MEG de alta presión que lo envía a los
intercambiadores de gas húmedo.
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3. Antes de su inyección, el MEG pasa por un serpentín en la parte inferior de la bota del LTS, para
precalentar el MEG rico retenido.
4. Una vez que el MEG, en contacto con el gas, se enriqueció en agua y se separó del condensado en el
LTS (low temperature separator), retorna frío y presurizado a los tubos del intercambiador instalado en el
tanque pulmón.
5. El precalentamiento del MEG rico se completa en un serpentín que actúa como condensador de reflujo
en la parte superior de la columna de regeneración.
6. De allí, se conduce al tanque de expansión donde se liberan algunos gases disueltos que se separan al
bajar la presión. Estos gases se envían a la antorcha.
7. El líquido separado pasa por un filtro donde se retienen las partículas sólidas arrastradas.
8. Pasa luego por un lecho de carbón activado, donde se retienen los hidrocarburos pesados y los
productos de la degradación.
9. Una vez purificado, el líquido se expande a presión atmosférica y se alimenta a la torre de regeneración.
Allí, el líquido desciende por el relleno en contacto con los vapores ascendentes.
10. El líquido cae al reboiler donde alcanza su temperatura máxima por aporte de calor por fuego directo
(tubo de fuego) o fluido térmico (serpentín).
11. Los vapores desprendidos del espejo líquido del reboiler (que son una mezcla de vapor de agua e
hidrocarburos vaporizados) ascienden por la torre de regeneración atravesando el sector relleno, el
condensador de reflujo y un demister, y finalmente, son liberados a la atmósfera en un lugar seguro. El
líquido caliente, ya regenerado, cae por rebalse al tanque pulmón donde se reinicia el circuito.
Los recipientes que contienen glicol en general no deben estar en contacto con el aire por su tendencia a
oxidarse formando productos corrosivos. Por esta razón, se debe emplear un sistema de blanketing.
Consiste en inyectar un gas inerte en forma automática de modo de mantener siempre una presión positiva
e impedir el ingreso de aire al sistema.
2.2. Control de la operación del circuito de MEG
El caudal de inyección de MEG en los cabezales de los intercambiadores gas-gas, gas-gasolina y chiller, se
regula en forma manual a través de una válvula de regulación fina. Un indicador de flujo permite leer el
caudal hasta llegar al valor deseado.
Una vez separado en la bota del LTS, el MEG se evacua en forma continua bajo control de nivel de la
interfase condensado-MEG.
La presión en tanque de expansión se regula mediante una válvula autorregulada tipo back pressure.
El MEG sale del tanque de expansión bajo control de nivel.
Un lazo de control mantiene constante la temperatura del MEG en el reboiler, controlando el caudal de
combustible al tubo de fuego, o de fluido térmico al serpentín, según sea el tipo de calefacción del equipo.
3. La generación de calor en el tratamiento del gas
3.1.
Sistema de fluido térmico (hot oil)
El aporte de calor, necesario en diferentes etapas del tratamiento del gas, proviene de la combustión de los
hidrocarburos existentes en el propio yacimiento.
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La combustión se puede realizar de maneras diversas, dando origen a una variedad de hornos, calderas y
calentadores, según sea la forma en que se transfiera el calor generado durante la combustión.
El fluido, durante el proceso, puede estar en contacto con las superficies calientes originadas por la
combustión en el sector de radiación (que es la cámara donde se encuentra el fuego) y/o en el sector de
convección (donde el calor es aportado por los gases calientes producto de la combustión y no por la llama
directa).
Sin embargo, en ciertos casos, se prefiere utilizar un fluido intermedio, fluido térmico o hot oil. En este
sistema, se recibe la energía térmica proporcionada por la combustión en una caldera. Desde allí se
transfiere al fluido del proceso en algún tipo de intercambiador de calor.
Las normas de seguridad obligan a mantener alejadas las áreas de fuego de las áreas donde tienen lugar
los tratamientos de gas y petróleo. Por este motivo, cuando el transporte del fluido de proceso hasta un área
de fuego resulta inconveniente, o se requiere el calentamiento de fluidos de proceso en distintas áreas
próximas, se prefiere utilizar un sistema de calentamiento mediante fluido térmico o hot oil.
3.2.
Descripción del sistema de fluido térmico
El sistema de fluido térmico es un circuito cerrado. Parte de un tanque que hace de pulmón, que absorbe las
variaciones de densidad entre el fluido frío, cuando la unidad está fuera de servicio, y el fluido caliente,
cuando la unidad está en servicio.
Este tanque modifica el volumen de líquido en función de la densidad del fluido térmico. Estas variaciones
son compensadas por un lado, con el ingreso de gas inerte (blanketing), y por otro lado, por el venteo a la
antorcha bajo control de presión.
Analicemos el circuito del sistema de fluido térmico.
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1. El fluido térmico se filtra y se bombea para vencer las resistencias del circuito mediante al menos dos
bombas centrífugas, de las cuales una está en operación y otra queda en stand by.
2. De las bombas, el fluido térmico pasa por la caldera, tipo humo tubular con un sistema de control de la
combustión. La temperatura del fluido térmico a la salida de la caldera se controla mediante un lazo de
control que regula el ingreso de combustible al sistema de combustión.
3. El fluido térmico caliente pasa por el o los intercambiadores con flujo controlado bajo temperatura del
proceso.
4. Retorna al tanque de expansión térmica.
¿Siempre son aplicables los sistemas
de fluido térmico?
Los sistemas de fluido térmico no son
aplicables cuando se requieren muy
altas temperaturas o cargas térmicas. En
esos casos, el uso de algún tipo de
horno resulta inevitable.
¿Cuáles son las principales limitaciones del
sistema de fluido térmico?
La principal limitación en el uso de fluidos térmicos
es la temperatura máxima que pueden alcanzar. En
general, no deben superar los 300°C a la salida de
la caldera porque a temperaturas mayores se
descomponen y degradan.
Otra limitación es la resistencia a la transferencia
de calor, expresada en bajos coeficientes
peliculares en los intercambiadores de calor,
comparados con la transferencia de calor en la
zona radiante de un horno.
4. Estabilización de condensado
El condensado separado en el LTS (hidrocarburos compuestos por pantano y superiores, con pequeñas
cantidades de gases más livianos disueltos) está a baja temperatura y alta presión. En esas condiciones no
es apto para almacenarlo o transportarlo.
Por ese motivo, se debe llevar a temperatura ambiente y liberarlo de los compuestos más livianos, para que
el líquido se mantenga estable a presión y temperatura ambiente.
La forma de saber si un condensado está estabilizado es a través de su tensión de vapor reid (TVR), que
no debe superar las 12 psia, a 38°C. El condensado se estabiliza en una unidad de estabilización. La
unidad consiste en un precalentador, una torre fraccionadora, un reboiler y un compresor de reinyección de
gas.
4.1. Descripción del proceso de estabilización del condensado
Veamos cómo funciona este proceso.
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Ajuste del punto de rocío
1. El condensado que viene de una LTS se precalienta intercambiando calor con el producto estabilizado
que sale caliente del fondo de la torre.
2. El condensado se alimenta a la torre fraccionadora en un punto intermedio. Los vapores liberados
ascienden a través de los platos de la torre y se encuentran con el reflujo líquido frío que desciende
desde el tope.
3. El líquido alimentado, en cambio, desciende y se encuentra con los vapores calientes que se han
generado en el reboiler. El líquido despojado de los vapores livianos sale por el fondo de la torre y
precalienta la alimentación.
4. El enfriamiento se completa en un intercambiador de calor con aire o con agua antes de ser
almacenado.
5. El vapor que sale por el tope de la torre se condensa parcialmente en el condensador de reflujo y el
condensado se acumula en el separador de reflujo, de donde se devuelve al tope de la torre.
6. El gas separado, principalmente metano (C1) y etano (C2), sale del separador y se envía al compresor
de reinyección, al circuito de gas combustible o a la antorcha, dependiendo de su cantidad.
A la salida del sistema de estabilización, el líquido debe tener una tensión de vapor reid inferior a las 12
psia, a 38°C, para que el líquido sea almacenable y bombeable.
El calor requerido para el fraccionamiento, proviene de un circuito de fluido térmico, vapor de media presión,
o de un calentador en baño de sal según sean las características de la instalación.
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Ajuste del punto de rocío
En el cuadro que sigue se representa esquemáticamente una síntesis de los contenidos de la unidad.
Unidad de tratamiento del gas
Intercambiador
gas-gasolina
Filtro separador de
entrada
Intercambiador gasgas
Intercambiador flashgasolina
Chiller
Separador frío o LTS
Ajuste de punto de
rocío
Separación trifásica
Mono etilén
glicol (MEG)
Gas
Gasoducto
Condensados
(gasolina)
Estabilización
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Condensación de
hidrocarburos