La deshidratación con Glicol es el proceso  más  común aplicado para lograr las especificaciones de venta para un gas de transmisión, así como las de campo (bombeo neumático  (gas-lift), combustible, etc.) El Trietilén glicol (TEG) es el glicol de mayor uso  en estos sistemas de absorción. En este Previo del Mes (PDM), se analizará el impacto en el gasto del gas de arrastre (stripping gas) sobre la concentración del TEG pobre regenerado para viarias condiciones operativas.

El Capítulo 18 del Texto “Gas Conditioning and Processing” [1] presenta el diagrama de flujo de proceso, más lo básico de las unidades de glicol. Un parámetro clave aplicado en el dimensionamiento de la unidad de deshidratación TEG es la  temperatura del punto de rocío de agua en el gas seco abandonando la torre contactora. Un vez que éste punto de rocío, y la presión de la torre se establezcan, las cartas de contenido de agua similares a las de la Figura 1, en la referencia [2] pueden aplicarse para el estimado de éste, requerido para el gas seco. La concentración especificada  del TEG pobre se relaciona termodinámicamente a ésta concentración de agua del gas pobre, lo cual impacta los costos operativos (OPEX), así como los de capital (CAPEX). Mientras menor es el contenido de agua del gas seco, mayor de ser la concentración del TEG pobre.

Este parámetro fija la citada concentración de admisión al tope del contactor, más el numero de platos (o altura de empaque) del mismo.

La solución del TEG rico es normalmente regenerado a presión bajas y temperaturas altas. La concentraciones máxima que se puede lograr en una unidad regeneradora atmosférica operando a una temperatura de descomposición de  206°C (404°F) es de 98.7 por ciento en peso. El punto de rocío del agua correspondiente a ésta concentración del TEG, y una temperatura del  contactor  de 38°C (100°F) es de – 8°C  (18°F).

Si la concentración requerida del glicol pobre en el absorbedor debe lograr una especificación de punto de rocío mayor que las citadas condiciones máximas, es preciso incorporar en la unidad algún método adicional para empobrecer aun más la concentración del glicol.   Prácticamente todos éstos métodos involucran la reducción en la presión parcial del agua en la solución de glicol mediante la imposición de un vacío en el regenerador, o la introducción de un gas de arrastre (stripping gas) dentro del mismo.

Un sistema de gas de arrastre se muestra en la Figura 1 [1]. Cualquier gas inerte,  una porción del gas en deshidratación, o la descarga de  gas de una bomba de glicol (si éste es usado), es admisible. La cantidad del gas de arrastre es mínima. Éste puede ser introducido en el regenerador, o dentro del empaque de la “columna de arrastre” entre el regenerador, y el tanque acumulador. En teoría, la introducción del gas entre el acumulador y re-hervidor es superior y resultará en menores volúmenes requeridos para el gas de arrastre. Si éste es inyectado al regenerador, se suele aplicar un tubo difuso en el fondo del mismo. Otras alternativas se muestran en la referencia [1].

La mayoría de los regeneradores contienen mas de una etapa de equilibrio, particularmente si una columna de arrastre es instalada entre el re-hervidor, y el tanque acumulador. Los caudales de inyección del gas de arrastre pocas veces exceden los 75 m3 std / m3 std TEG [10 pcs/gals] si no es que la concentración del TEG pobre exigido excede  un  99.99 porcentaje de peso. Si éstas son necesarias, un diseño alternativo tal como el DRIZO®, o uno de adsorción aplicando las tamices moleculares también debe ser considerado.

En este Previo del Mes (PDM) estudiamos los gastos del gas de arrastre necesarios como función del porcentaje de peso del TEG, temperatura del re-hervidor, numero de contactos (platos) teóricos  de equilibrio (Ns), en la sección de arrastre, e igual el numero de éstos en la columna destiladora (regeneradora), (Nr). Mediante la simulación rigorosa numérica en computadora del sistema de regeneración del TEG, hemos preparado varias correlaciones gráficas para la determinación rápida de los caudales del gas de arrastre coincidente con  los cómputos de tipo facilidades.

Figura 1. Columna típica de regeneración del TEG con gas de arrastre [1]

Resultados de las Simulaciones de Computación:

Para poder realizar el impacto del caudal del gas de arrastre sobre el porcentaje de peso en el TEG pobre, hemos simulado el diagrama de flujo del proceso de regeneración  del TEG mostrado en la Figura 1. Para cumplir con este estudio empleamos los algoritmos numéricos (software) del ProMax [3] incorporando la ecuación de estado (EDE) Soave-Redlich-Kwong (SRK) [3]. El diagrama de flujo correspondiente para la simulación en computadora es presentada en la Figura 2.

     Figura 2. Diagrama de flujo de proceso indicando los resultados mediante el ProMax [3]

La Figura 2 igual muestra ejemplos de cómputos para el caso en estudio. Como se detalla en ésta, la solución rica del TEG contiene un 07.5 en porcentaje de peso en su admisión a la torre regeneradora a 150°C (302°F) y 104 kPaa (15.1 Psia). La temperatura de esta unidad se fijó en  204°C (400°F) con una relación de ebullición de 0.1 (base molar). Se especificaron dos etapas teóricas (NR = 2) en la torre regeneradora, así como dos teóricas (NS=2) en la unidad de inyección de gas de arrastre. Éste es admitido en el fondo de la unidad a 150°C (302°F) y 125 kPaa (18.1 Psia). El metano fue aplicado para el gas de inyección, a una tasa de 5 m3/h std (175.6 pcs/hr), en donde la solución pobre regenerada representa un 99.65 porcentaje de peso del TEG, y la razón del gas de arrastre al volumen de TEG líquido es de  5.76 m3 std of gas/ m3 std  de la solución pobre del TEG (0.77 pcs/gals). Si éste fuese dispersado directamente en la unidad de regeneración (Ns = 0 , sin unidad de inyección de gas de arrastre) , y lo remanente se mantuviera constante la solución regenerada contendría 99.2 % del TEG (peso), y la relación del gas de arrastre a la solución del TEG pobre sería 5.73 m3 std  del gas/ m3 std del  TEG pobre(0.76 pcs/gals). Par los casos citados, hemos incrementado el número de las etapas (platos) teóricos en la columna regeneradora de 2 a 3 (NR = 3) y la concentración del TEG pobre se mantuvo casi constante. Igual se varió la concentración del TEG rico de 90 hasta 98 % (peso), observando ningún cambio apreciable en la concentración del TEG pobre para el mismo volumen para el gas de arrastre.

Aplicando un proceso similar, se efectuaron varias simulaciones para un rango de volúmenes del gas de arrastre NR=3, NS=0, 1, y otras dos se lograron para temperaturas del regenerador de 204, 193, and 182°C (400, 380, and 360°F). Los resultados de éstas simulaciones se presentan en las Figuras 3 al 5. Éstas se re-grafican  en la Figura 6.

Figura 3. Efecto del % de peso del TEG, temperatura del regenerador, y numero de etapas (platos) teóricas  en la columna de arrastre

Figura 4. Efecto del % de peso del TEG, temperatura del regenerador, y número de etapas (platos) teóricas en la columna de arrastre

Figura 5. Efecto del % de peso del TEG, tempratura en el regenrador, y número de etapas (platos) teóricas en la columna de arrastre

Conclusiones:

En este PDM, se ha analizado el impacto del gasto del gas de arrastre sobre la concentración del TEG pobre para varios casos en estudio. Una serie de gráficos se han presentado en la Figura 3 al 6 para la rápida determinación del caudal del gas de arrastre requerido para obtener una concentración del Glicol pobre. Éstos se basan en una serie de cómputos rigorosos efectuados mediante un programa de simulación computarizado  y se pueden  aplicar en los análisis numéricos utilizados en la evaluación, más solución de problemas operacionales (troubleshooting) para una planta TEG en operación. Adicionalmente se han arrojado las siguientes observaciones:

  1. El caudal (gasto) del gas de arrastre requerido es independiente de la concentración del Glicol rico entre los rangos de 90 hasta 98 porciento de peso.
  2. Mientras aumenta en número de etapas (platos) teóricos en la columna de arrastre (Ns) entre 0 a 2, disminuye el volumen del gas de arrastre.
  3. Aumentando el número de etapas (platos) (NR) en la columna de regeneración entre 2 a 3 no aporta beneficio apreciable sobre los requerimientos del gas de arrastre.
  4. Aumentando la temperatura del regenerador  entre 182 a 204 ° C (360 a 400 °F), disminuye el gasto del gas de arrastre.

Figura 6. Efecto del % de peso, temperatura del regenerador, y número de etapas (platos) teóricas en la columna de gas de arrastre

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By: Dr. Mahmood Moshfeghian

Traducido al Español por: Dr. Frank E. Ashford

References:

  1. Campbell, J. M., “Gas Conditioning and Processing”, Vol. 2, The Equipment Module, 8th Ed., Second Printing, J. M. Campbell and Company, Norman, Oklahoma, 2002.
  2. Campbell, J. M., “Gas Conditioning and Processing”, Vol. 1, The Basic Principles, 8th Ed., Second Printing, J. M. Campbell and Company, Norman, Oklahoma, 2002.
  3. ProMax 3.2, Bryan Research and Engineering, Inc., Bryan, Texas, 2012.
  4. Soave, G., Chem. Eng. Sci. Vol. 27, No. 6, p. 1197, 1972.