UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL - FACULTAD REGIONAL ROSARIO Departamento de Ingeniería Química INTEGRACIÓN IV Año 2001 Trabajo Práctico Regularizador Nº 1 Planta Deshidratadora/Regeneradora de TEG La industria del gas natural comúnmente utiliza tri-etilen-glicol (TEG) para deshidratación del gas cuando se requieren temperaturas de punto de rocío muy bajas, como en el caso de plataformas offshore del Mar del Norte, o en otros procesos criogénicos. Normalmente se requieren temperaturas de puntos de rocío de agua tan bajos como –40 ºF. HYSYS tiene la capacidad de simular rigurosamente sistemas de TEG. La ecuación de estado de Peng-Robinson ha sido modificada para representar el comportamiento no ideal de las fases líquido-vapor en todo el rango de operación esperado para estos sistemas. El programa ha sido probado para presiones de operación de hasta 2000 psia. Fig. 1 Proceso de Deshidratación/Regenerador de TEG El objetivo del presente práctico es resolver con HYSYS los balances de materia y energía de un proceso de deshidratación y regeneración con TEG (Fig. 1). La composición del gas natural, Gas a Saturar, se proporciona en base libre de agua. Para asegurar la saturación con agua, la corriente Gas a Saturar debe ser mezclada con la corriente Agua. La corriente de gas saturado en agua, Gas + H2O se alimenta a un separador a 85 ºF y 900 psia para eliminar el agua libre. Luego la corriente Gas al Absorbedor se alimenta a la columna absorbedora de TEG. Aquí se pone en contacto una corriente de TEG pobre regenerada (Alimentación TEG), secando el gas a menos de 4 lb de agua por MMSCF (Millones de pies cúbicos en condiciones estándar) de gas (relación contenido masa de Area Informática Aplicada a la ingeniería Química – Dpto Ingeniería Química Nicolás J. Scenna, Alejandro Santa Cruz, Sonia J. Benz y Javier Francesconi 1 agua/volumen de gas). La columna absorbedora de TEG consiste en 20 etapas reales. La corriente de TEG rica que sale por el fondo de la torre absorbedora se descomprime y se precalienta hasta 220 ºF con la corriente Fondo Reg proveniente de la columna Regeneradora TEG. Así la corriente Alimentación Reg ingresa a la etapa de separación del agente deshidratante consistente en 3 etapas teóricas. El TEG regenerado (99% peso) se enfría a 120 F y se retorna a la torre absorbedora, mezclándolo previamente con TEG fresco. A continuación se tabulan los datos necesarios para definir las corrientes del sistema. Nombre de la Corriente T P Caudal Composición (mol %) N2 CO2 H2 S C1 (Metano) C2 (Etano) C3 (Propano) iC4 (i-Butano) nC4 (n-Butano) iC5 (i-Pentano) nC5 (n-Pentano) Gas a saturar 85 ºF 900 psia 10 MMSCFD Nombre de la Corriente T P Flujo Vol. Fracción Másica TEGlycol Fracción Másica CO2 Alimentación TEG 120 ºF 900 psia 2 USGPM 0.99 0.01 Nombre de la Corriente Temperatura Presión Fracción Molar TEGlycol Fracción Molar H2O TEG fresco 60 ºF 15 psia 0.99 0.01 0.1 2.84 1.55 89.99 3.1 1.48 0.59 0.3 0.1 0.05 Area Informática Aplicada a la ingeniería Química – Dpto Ingeniería Química Nicolás J. Scenna, Alejandro Santa Cruz, Sonia J. Benz y Javier Francesconi 2 Datos de las operaciones unitarias del proceso. MIXER CONNECTIONS Inlets Saturador Gas a saturar Agua Gas + H2O Outlet PARAMETERS Pressure Assignment Equalize All Comentarios Especificar el caudal de Agua en 1.1 lbmole/hr Especificar la composición de la corriente Agua como agua pura y su temperatura en 85 ºF SEPARATOR CONNECTIONS Feed Vapour Outlet Liquid Outlet PARAMETERS Pressure Drop Separador COLUMN CONNECTIONS No. of Stages Feed Streams (Feed Stage) Absorbedor Ovhd Vapour Bottoms Liquid PRESSURES Overhead Pres. Bottom EFFICIENCIES Stage 1-20 Gas + H20 Gas al Absorbedor Salida de agua 0 20 Alimentación TEG (1) Gas al Absorbedor (20) Gas-Seco TEG rica 900 psia 900 psia 0.2 HEAT EXCHANGER L/R Exch CONNECTIONS LP TEG Shell Side Inlet Fondo Reg Tube Side Inlet Alimentación Reg Shell Side Outlet Desde L/R Tube Side Outlet PARAMETERS Tube Side Delta P 0.1 psi Shell Side Delta P 10 psi Passes Counter Current Comentarios Especificar la presión y la temperatura de Alimentación Reg en 16 psia y 220 ºF Area Informática Aplicada a la ingeniería Química – Dpto Ingeniería Química Nicolás J. Scenna, Alejandro Santa Cruz, Sonia J. Benz y Javier Francesconi 3 COLUMN Tipo de condensador Numero de platos Presión en el Condensador Presión en el plato 1 Presión en el rehervidor SPECIFICATIONS 1.- Tray Temperature Stage Spec Value Active Condenser 215 ºF 2.- Tray Temperature Stage Spec Value Active Reboiler 400 ºF 3.- Reflux Ratio Spec Value Estimate 3.0 Molar 4.- Draw Rate Draw Spec Value Estimate Sour Gas 3 MMSCFD MIXER CONNECTIONS Inlets Mezclador Outlet PARAMETERS Pressure Assignment HEAT EXCHANGER CONNECTIONS Shell Side Inlet Tube Side Inlet Shell Side Outlet Tube Side Outlet PARAMETERS Tubeside Delta P Tubeside Delta P Passes Regeneradora TEG Reflujo total 1 14.70 psia 14.85 psia 15 psia Desde L/R TEG Fresco TEG a Bomba Equalize All E-101 Gas-Seco Salida Bomba Gas de Salida TEG a Reciclo 10 psi 5 psi Counter Current Area Informática Aplicada a la ingeniería Química – Dpto Ingeniería Química Nicolás J. Scenna, Alejandro Santa Cruz, Sonia J. Benz y Javier Francesconi 4 Determinación del Punto de Rocío Uno de los criterios utilizados para determinar la eficiencia de la deshidratación es la determinación del punto de rocío de agua en la corriente de gas de salida. Este se puede determinar fácilmente buscando la temperatura a la cuál el agua comenzará a condensar. El primer paso es remover todas las trazas de TEG debido a que la presencia del mismo afecta el punto de rocío del agua, para ello se utiliza la operación Component Splitter (Remover TEG). La corriente de salida se enfría y su temperatura es variada por la operación ADJUST de modo de encontrar el punto en el cual el agua comienza a condensarsee. La operación ADJUST requiere un valor inicial para lo cuál especificaremos la temperatura de la corriente PtoRocio Agua en –5 ºF. Las tablas siguientes indican los parámetros necesarios para establecer las operaciones de Component Splitter, Separator y Adjust. El separador se instalará para remover el agua condensada. COMPONENT SPLITTER CONNECTIONS Inlet Outlet Remover TEG Gas de Salida TEG puro PtoRocio Agua Qs Energy. PARAMETERS Overhead Pressure 1 atm Overhead Vapour Fracc. 1 Pressure Bottom 900 psia OTHER TEG Overhead Fraction 1.0 Comentarios Especificar la temperatura de la corriente PtoRocio Agua en –5 ºF. SEPARATOR CONNECTIONS Feed Vapour Outlet Liquid Outlet PARAMETERS Pressure Drop V-101 PtoRocio Agua Gas XS H2O 0 La operación ADJUST variará la temperatura de la corriente PtoRocio Agua hasta que el flujo másico de agua en la corriente XS H2O sea casi cero. El valor de temperatura alcanzado será el punto de rocío del agua en la corriente de gas. Area Informática Aplicada a la ingeniería Química – Dpto Ingeniería Química Nicolás J. Scenna, Alejandro Santa Cruz, Sonia J. Benz y Javier Francesconi 5 ADJUST CONNECTIONS Adjustable Variable Object Variable Target Variable Object Variable Target Value Source Target Value PARAMETERS Method Tolerance Step Size ADJ-1 PtoRocio Agua Temperatura XS H2O Comp Mass Flow (H2O) User Supplied 0.02 lb/hr Secant 0.01 lb/hr 10 ºF Tareas Propuestas i.Resuelva el balance de materia y energía asociado al proceso. ii.- Determine el punto de rocío del gas deshidratado utilizando la operación lógica ADJUST. iii.. Confeccione un Informe Técnico que incluya: 1.Las hipótesis, consideraciones y/o datos utilizados para ingresar la información del proceso al modelo estacionario que construyó con Hysys. 2.Informe los resultados en forma de tabla, indicando las condiciones para las corrientes de entrada y salida (materiales y energía) para cada equipo, obtenidos durante la simulación estacionaria. 3.En función de los resultados obtenidos exprese sus conclusiones respecto a la característica del gas si se sabe que el mismo se transporte a través de un zona donde la temperatura ambiente media es de 5ºC. Fecha de entrega: 16 de Noviembre de 2001 Area Informática Aplicada a la ingeniería Química – Dpto Ingeniería Química Nicolás J. Scenna, Alejandro Santa Cruz, Sonia J. Benz y Javier Francesconi 6
