Contenido
1. Introducción
2. Descripción del Proceso Criogénico
3. Proceso Criogénico GSP (Proceso de Gas Subenfriado)
6. Proceso Criogénico OHR (Proceso Recirculación del Domo)
5. Proceso de Absorción con Aceite Ligero
6. Proceso de Absorción Mejorado (Mehra)
7. Análisis Comparativo
8. Conclusiones
1. Introducción
La producción y consumo del gas natural y su disponibilidad en el mundo facilita su transporte y utilización, así como sus características de combustión limpia.
La emergente comodidad del gas natural por lo tanto ha creado competencia entre los procesadores de gas natural. Es necesario optimizar los procesos debido al incremento de los márgenes de operación entre los costos de procesamiento y los precios en el mercado.
Los costos de procesamiento para el gas natural pueden ser divididos en dos categorías.
¨ Remoción de contaminantes
¨ Recuperación de líquidos
El CO2 es el contaminante común encontrado en el gas natural, la mayoría de las compañías de transporte de gas y consumidores pueden aceptar una concentración de CO2 permisible contenidos en las corrientes del gas natural.
Muchos procesos requieren remover el CO2 para evitar la formación de hidratos como CO2-7H2O, en las secciones frías de la planta de procesamiento. La flexibilidad de operar los procesos ya sea para recuperar o rechazar etano sin sacrificar la recuperación de propano, es frecuentemente un factor crítico en la determinación del aprovechamiento de una planta procesadora de gas.
Con las consecuentes variaciones en los precios de etano es vital para los procesadores de gas responder a los cambios de mercado para maximizar los beneficios.
Las primeras plantas de absorción o circulaban aceite pobre pesado para la recuperación de propano a condiciones ambientales o refrigeraban el gas para separar líquidos más pesados sin el aceite pobre.
El concepto de aceite pobre se expandió significativamente a finales de los 50's y a principios de los 60's refrigerando el aceite pobre circulante y utilizando el aceite más ligero para mejorar la eficiencia de absorción. Los procesos de absorción con solvente ligero convencionales operan con solvente con un peso molecular que varía de 140 a 180 gr/grmol.
Los procesos criogénicos con turboexpansor ingresaron comercialmente al mercado en los 60's con sus diseños iniciales teniendo la mínima integración de calor y poco o ningún reflujo.
Durante los 70's Ortloff desarrolló y patentó varios procesos para la recuperación de líquidos más eficientes y tolerantes al CO2 que básicamente se basaban en:
¨ GSP Proceso de Gas Subenfriado, para recuperación de etano
¨ OHR Proceso de Recirculación en el Domo, para recuperación de propano
Durante los 80's estos procesos fueron mejorados aumentando su eficiencia en las recuperaciones de etano y propano.
En 1997, Advanced extraction Technologies Inc., Houston, se reintrodujo comercialmente mediante la utilización en Canadá de un solvente mejorado para absorción, incorporando mejoras en la presaturación y en las ubicaciones de enfriamiento. Esta incorporación permitió el uso del C5+ como componente de líquidos del gas natural para utilizarse como solvente preferido.
La tecnología de Mehra para procesos de Absorción mejorada utiliza como solvente el C5+, su esquema básico de procesamiento es diseñado para recuperar en corrientes de gas natural hasta 96% de etano y 99% de propano.
Para elegir la tecnología de procesamiento más eficiente y a menor costo se requieren considerar varios factores. Con la reciente comercialización en la evolución de solventes mejorados del proceso de absorción, es oportuno cuestionar la noción que "los procesos criogénicos han reemplazado a los procesos de absorción".
Para elegir entre el proceso criogénico y el de absorción mejorado deben considerarse todas las variables de las bases de diseño con que se cuenta para determinar qué tecnología ofrece mayor eficiencia a menor costo.
2. Descripción del Proceso Criogénico convencional
En el proceso con turboexpansor, el gas de alimentación se enfría por medio de un tren de enfriamiento, en el cual se aprovecha el gas residual frío proveniente del domo de la torre demetanizadora y se complementa el enfriamiento con evaporadores de un sistema de refrigeración a base de propano, los condensados son separados y flasheados por una válvula de expansión y alimentados a la torre demetanizadora, la carga principal de la demetanizadora son los vapores provenientes del tren de enfriamiento, una vez separados pasan por un expansor hasta lograr la temperatura de operación de la torre logrando así el máximo enfriamiento y es alimentado en el domo de la columna.
3. Proceso Criogénico GSP (Proceso de Gas Subenfriado)
El proceso GSP es empleado principalmente para la recuperación de etano. Este proceso el gas de alimentación es subenfriado, después del enfriamiento se separan los condensados y flasheados por una válvula de expansión y alimentados en la torre demetanizadora en la parte inferior. Los vapores separados de los condensados son separados en dos corrientes; la primera es pasada por un expansor y alimentada en una o más partes intermedias, la segunda corriente es subenfriada y flasheada por una válvula de expansión y alimentada al domo de la torre actuando como reflujo, rectificando el vapor proveniente del expansor absorbiendo para la recuperación de los componentes del etano plus como producto del fondo de la torre.
A mediados de los 80's Ortloff investigó nuevos métodos de procesamiento de gas para la recuperación de etano basados en el proceso GSP:
¨ Proceso Criogénico CRR Reflujo de Residual Frío
Como adición al Proceso GSP, parte del gas residual del domo de la torre es comprimido enfriado y flasheado por una válvula de expansión y utilizado como reflujo de gas residual frío.
¨ Proceso Criogénico RSV Vapores Fríos Reciclados
Como adición al proceso GSP, del gas seco de alta presión, se subenfría y se flashea por una válvula de expansión utilizándolo como vapores fríos reciclados.
¨ Proceso Criogénico RSVE Enriquecimiento con Vapores Fríos Reciclados
Como adición al proceso GSP, el gas seco de alta presión se mezcla con los vapores separados a la salida del tren de enfriamiento, esta mezcla es subenfriada y se flashea por una válvula de expansión utilizándolo como vapores fríos reciclados.
4. Proceso Críogenico OHR (Proceso Recirculación del Domo)
El Proceso OHR es utilizado para plantas de recuperación de Propano plus, normalmente se emplean diseños con dos columnas una de destilación y la otra de absorción, del domo de la torre de destilación los vapores son condensados y utilizados como reflujo en la torre de absorción, estos líquidos condensados rectifican los vapores provenientes del expansor alimentados en el fondo de la columna absorbiendo los componentes del propano plus que son bombeados a la columna de destilación para recuperarlos como producto por el fondo.
Este proceso es más eficiente para la recuperación de propano e hidrocarburos más pesados que los diseños de GSP, pero no es muy satisfactorio para la recuperación de etano.
A mediados de los 80's Ortloff investigó nuevos métodos de procesamiento de gas para la recuperación de propano basados en el proceso OHR:
¨ Proceso Criogénico SFR Reflujo de Flujo Frío
Este proceso se basa en el diseño del GSP, por lo que es limitado para la recuperación de propano cuando es operado con rechazo de etano por los efectos que los hidrocarburos pesados provenientes de los vapores del separador del tren de enfriamiento se encuentran en equilibrio en el domo de la torre de destilación con reabsorbedor.
Una forma de superar estas limitaciones de equilibrio es flasheando estos vapores en un enfriador para enfriar el domo de la torre y generar el reflujo.
¨ Proceso Criogénico IOR Domo Mejorado reciclado
En este proceso los líquidos del fondo del absorbedor son aprovechados para reducir la temperatura en el tren de enfriamiento, una parte del reflujo producido por el condensador y tomado por el domo del absorbedor es utilizado para rectificar los vapores del domo de la deetanizadora.
¨ Proceso Criogénico SCORE Domo de Simple Columna Reciclado.
5. Proceso de Absorción con Aceite Ligero
En este proceso el gas de alimentación es enfriado por un tren de enfriamiento y alimentado en el fondo de el (los) absorbedor (es), donde en contracorriente el solvente ligero que entra por el domo le absorbe los hidrocarburos más pesados, el solvente rico que sale por el fondo del absorbedor es fraccionado primero con la torre demetanizadora obteniendo una corriente rica de metano por el domo, posteriormente es pasado por una torre deetanizadora donde se separa una corriente rica en etano por el domo y por último en el domo de la torre agotadora se separa los hidrocarburos licuables de gas natural con propano plus.
Del fondo de la torre agotadora el solvente ha sido desprendido de los licuables del gas natural obteniendo como producto el solvente pobre, como el fondo de la torre agotadora es calentada a fuego directo y la máxima temperatura del proceso se aprovecha este calor para calentar los rehervidores de las torres de proceso y por último ya frío se presatura con metano proveniente de la torre demetanizadora completando así su ciclo.
6. Proceso de Absorción Mejorada (Mehra)
El proceso Mehra para la recuperación de licuables del gas natural utiliza tecnología de absorción no criogénica para la recuperación de etano plus o propano plus.
El gas de alimentación es pasado por un tren de enfriamiento y es alimentado por el fondo de la columna absorbedora, por el domo de la columna entra el solvente pobre como C5+ el domo controla a 30°F, los líquidos del gas absorbidos en el solvente rico que salen por el fondo del absorbedor son fraccionados en la columna regeneradora del solvente, los licuables del gas son separados por el domo del regenerador y el solvente pobre es producido por el fondo, después de la recuperación de calor el solvente pobre es presaturado con gases del domo del absorbedor. El solvente enfriado con el evaporador refrigerante fluye al domo del absorbedor.
7. Análisis Comparativo
Los siguientes diagramas muestran la potencia requerida para procesos criogénicos para la recuperación de etano plus y recuperación de propano plus
FUENTE: Ortloff, Next generation processfor NGL recovery 77ª convención anual Gas Processors Asociation 1998, Dallas, Texas.
Las siguientes tablas muestran las características de los Procesos Criogénico y
de Absorción Mejorado para la recuperación de Propano.
FUENTE: Mehra Yuv, 1999, "Guidelines offered for cryogenics or absorption for gas processing". En Gas Processing.
Las siguientes tablas muestran las características de los Procesos Criogénico y de Absorción Mejorado para la recuperación de Etano.
FUENTE: Mehra Yuv, 1999, "Guidelines offered for cryogenics or absorption for gas processing". En Gas Processing.
8. Conclusiones
1. En la figura 1 se observa que para la recuperación de etano de 88.5% los procesos criogénicos GSP, RSVE, RSV Y CRR, la potencia de recompresión es la misma de 50 HP/MMPCDSTD, pero para 60 HP/MMPCDSTD los procesos RSVE, RSV y CRR ofrecen 1.5, 5.5 y 7.5% más de recuperación que el proceso GSP.
2. En la figura 3, la recuperación de propano en procesos criogénicos para 46 HP/MMPCDSTD, se aprecia que mientras el proceso SFR alcanza el 100% el IOR el 99.5, el SCORE 99.2, OHR 95.3 GSP 93.3.
3. En la figura 2, para recuperación de propano con rechazo de etano con procesos de una torre para 80 HP/MMPCDSTD los procesos CRR y RSV alcanzan el 100% y RSV el 98.5 y GSP el 97%.
4. De las tablas 1,2 y 3, Se observa que para altas recuperaciones de propano el proceso criogénico de dos torres y el proceso de Absorción mejorado 97 y 98% respectivamente. Para el proceso de Absorción mejorado se favorece a 400 psig con gas rico, mientras que para el proceso criogénico se favorece a 850 psig para gas pobre o de mediana riqueza en licuables.
5. Para la recuperación de etano (Tablas, A, B y C) de 90% en Absorción mejorado se favorece para gas rico con 500 psig y para el proceso criogénico con 95% se favorece a 850 psig con gas pobre.
BIBLIOGRAFÍA.
Pitman Richard, Hudson Hank y Wilkinson John. 1998, "Next generation processes for NGL recovery". 77ª convención de la Gas Processors Association, Ortloff Engineers, Ltd, Dallas, Texas. P 13.
Mehra Yuv y Gaskin Thomas,1999, "Guidelines offered for cryogenics or absorption for gas processing". En Gas Processing.
Página de Internet consultada
http://www.ortloff.com
Versión hipertexto realizada por:
Ingenieros Consultores y Asociados, C.A
Telf: 0261-7928482 0261-7920541
www.gas-training.com
[email protected]
