Continuando el Previo del Mes (PDM) de Diciembre 2013, este Previo del Mes (PDM) investiga el efecto del CO2 en el gas de alimentación, caudal del gas de arrastre, y el impacto de la relación másica del trietilén glicol (TEG) sobre las pérdidas de éste en el tope del regenerador. Mediante la ejecución de cómputos rigorosos de simulación de un proceso de deshidratación mediante el TEG, se han preparado dos cartas de referencia para la rápida aproximación de las pérdidas del TEG del tope del regenerador, las cuales pueden ser aplicadas para los cómputos típicos de las facilidades. Adicionalmente se muestra mediante un caso en estudio el impacto del CO2 contenido en el gas de entrada sobre las citadas pérdidas.

 

Resultados de la Simulación por Computadora:

Para poder estudiar el impacto del CO2, el gas de arrastre, y relación de circulación másica del TEG sobre las pérdidas de vaporización, el proceso de deshidratación mediante el TEG fue simulado aplicando el conjunto de programas de simulación (software) ProMax con su ecuación de estado ecuación de estado (EDE) Soave-Redlich-Kwong (SRK) [3]. El diagrama de flujo aplicado para estas simulaciones es el mismo que fuera empleado en el PDM de Noviembre 2013 [4], el cual se muestra en la Figura 1.

 

El gas cargado de agua de saturación, con contenido de 915 kg/106 std m3 (57 lbm/MMPCS) se introduce en el fondo de la torre contactora a 37.8°C (100°F) y 6897 kPaa (1000 lpca) a un gasto 2.835×106 std m3/d (100 MMPCSD). Este gas en estudio reflejaba un gas dulce o uno de 10 %molar de CO2. La mismo tenía tres etapas teóricas de contacto. El TEG pobre irriga la zona superior de la torre y se distribuye hacia abajo por la columna. Como se muestra en la Figura 1, el contenido de agua del gas seco es de 10 mg/std m3 (0.63 lbm/MMPCS).El TEG rico contiene 96.1 porcentaje de masa del TEG entrando a la columna regeneradora a 100°C (212°F) y 515 kPaa (74.7 lpca). La temperatura del re hervidor fue fijada en 204.4°C (400°F), y una relación de ascenso molar en 0.10 (base molar). Fueron simuladas dos etapas en la regeneradora (NR = 2), y dos en la columna de arrastre (NS=2). El gas de arrastre se introduce en el fondo de la columna a 204°C (399°F) y 524 kPaa (76 lpca). El metano fue empleado para este proceso un caudal de 53.6 std m3/h (1893 pcs/hr). La solución pobre regenerada poseía un 99.86 % de masa de TEG y la razón del volumen del gas de arrastre al TEG fue de 20 std m3 de gas/std m3 del TEG pobre (2.67 pcs/gal) o una razón másica de 28.3. La temperatura en el tope de la columna re hervidora fue de 91.4°C (196.5°F). Si el mismo gas de arrastre es lateral-inyectado (sparged) directamente al re hervidor (NS = 0, sin ninguna columna de regeneración), con todo lo demás quedando sin cambio, la solución regenerada posee 99.2 % de masa del TEG, y la temperatura en el tope de la columna es prácticamente la misma en 91.1°C (196°F). Para este caso (NS = 2), y el numero de contactos en la regeneradora es aumentado de 2 a 3 (NR = 3); el TEG pobre aumenta ligeramente de 99.6 a 99.8 % de masa, pero la temperatura del tope se ve sin cambio.

 

Aplicando un arreglo de equipos como se muestra en la Figura 1, se efectuaron varias simulaciones para un rango de caudales de gas de arrastre, Nr = 2, NS =2, y presión del re hervidor (reboiler) de 110.3 kPaa (16 lpca), con temperatura de 204.4°C (400°F). . Los resultados de estas corridas se pueden observar en las Figuras 2, y 3.

 

 

Figura 1. Resultados ejemplares aplicando el ProMax [2] para la deshidratación mediante el TEG con condiciones de re hervidor P=110.3 kPaa (16 lpca) mas NR=2 y NS=2 [4]

 

 

La Figura 2 presenta la variación de las pérdidas del TEG del tope del conjunto arrastradora(inyectora)/regeneradora con razón de circulación másica y gasto de gas de arrastre. Adicionalmente al gas dulce de alimentación (líneas sólidas), la Figura 2 también presenta los resultados pertinentes de un gas de alimentación conteniendo 10 molar de CO2, identificado por las líneas punteadas.

 

La Figura 2 indica que mientras la razón del gas de arrastre aumenta, las pérdidas de vaporización del TEG se merman debido a la reducción de la temperatura en el tope de la columna regeneradora. Esta figura igual indica que mientras aumenta la razón de circulación del TE, las pérdidas de éste por vaporización aumentan inicialmente debido a menor contenido de agua en la solución TEG, seguido por una tendencia de disminución con la excepción del caso de baja tasa de inyección del gas de arrastre. La Figura 2 adicionalmente indica que la presencia de 10 % molar de CO2 en la alimentación impacta muy poco a las citadas pérdidas del TEG en el tope del regenerador. La Figura 2 puede será aplicada para lograr un estimado sencillo de las pérdidas del TEG del tope de la columna regeneradora, para un caudal de gas de inyección (arrastre), y razón de circulación másica del TEG.

 

 

Figure 2. Variación de la pérdidas de vaporización del TEG del tope de de la regeneradora y caudal de gas de inyección (arrastre) en el tope P=101.3 kPaa (14.7 lpca) y re hervidor P=110.3 kPaa (16 lpca) a 204.4°C (400°F)

 

 

Como anticipado la Figura 3 indica que la pérdida del TEG por vaporización del tope de la contactora aumenta ligeramente con gasto de gas de inyección (arrastre). En adición esta figura nos muestra que mientras la razón de circulación másica del TEG es mayor que 15 masa del TEG/masa de agua removida, las pérdidas se mantienen casi constante. Menor razón de circulación corresponde a menor cantidad del TEG en la contactora y menos pérdida.

 

La Figura 3 igual nos indica que la pérdida del TEG por vaporización es mayor par un gas reflejando 10 % molar e CO2 (líneas punteadas) por un factor de eso de un 18 %.

 

Comparación de las Figuras 2 y 3 indica que la pérdida del TEG del tope de la contactora es casi 10 veces mayor que las del tope de la torre re hervidora/regeneradora.

 

 

Figure 3. Variación de las pérdidas del TEG del tope de la contactora con razón de masa de circulación y gas de inyección (arrastre)

 

Conclusiones

 

En este PDM, el impacto del CO2 en el gas de alimentación, razón de circulación másica, caudal de gas de inyección (arrastre) sobre las pérdidas del TEG del tope de la contactora y regeneradora fue analizado. Se prepararon varias cartas de correlaciones para lograr una aproximación rápida de las pérdidas del tope de la unidad re hervidora/tope de la columna regeneradora para lograr la concentración deseada del TEG pobre, y éstas presentadas en las Figuras 2, y 3. Estas se han basado en cómputos rigorosos logradas mediante la simulación por computadora y se pueden aplicar para los cómputos de tipo facilidades en la evaluación y solución de la problemática operacional (troubleshooting) de una facilidad de deshidratación de TEG. Adicionalmente, las siguientes observaciones fueron arrojadas para los casos en estudio en este PDM.

  1. La pérdida del TEG por vaporización es casi 10 veces mayor en el tope de la contactora que la regeneradora/ re hervidora (ver Figuras 2, y 3)
  2. La presencia de 10 % molar del CO2 en el gas de entrada a la contactora aumenta las pérdidas del TEG en la contactora (Figura 3), pero arroja poco impacto en la regeneradora (Figura 2).
  3. Los resultados de las pérdidas de vaporización del tanque de despojo fueron mínimas de unos 0.0025 lit de TEG/106 Std m3 de gas (0.00002 gal de TEG/MMpcs de gas).
  4. Aun cuando no analizado en este PDM, las pérdidas mecánicas tales como el arrastre en el tope de la contactora y regeneradora, mas fugas de sellos de bombas son generalmente mucho mayores que las pérdidas por vaporización acá presentado.

 

 

To learn more about similar cases and how to minimize operational problems, we suggest attending our G4 (Gas Conditioning and Processing), G5 (Practical Computer Simulation Applications in Gas Processing), and G6 (Gas Treating and Sulfur Recovery) courses.

PetroSkills offers consulting expertise on this subject and many others. For more information about these services, visit our website at http://petroskills.com/consulting, or email us at consulting@PetroSkills.com.

By: Dr. Mahmood Moshfeghian

References

Moshfeghian, M., http://www.jmcampbell.com/tip-of-the-month/2013/12/estimating-teg-vaporization-losses-in-teg-dehydration-unit/, Tip of the Month, December 2013.

ProMax 4.0, Bryan Research and Engineering, Inc., Bryan, Texas, 2017.

Soave, G., Chem. Eng. Sci. Vol. 27, No. 6, p. 1197, 1972.

Moshfeghian, M., http://www.jmcampbell.com/tip-of-the-month/2013/11/estimating-still-column-top-temperature-in-teg-dehydration-unit/, Tip of the Month, November 2013.

Moshfeghian, M., http://www.jmcampbell.com/tip-of-the-month/2013/09/high-pressure-regeneration-of-teg-with-stripping-gas/, Tip of the Month, September 2013.