El Gas Natural ha ganado importancia industrial

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
RAFAEL MARIA BARALT
PROGRAMA: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
PROYECTO: INGENIERIA DE GAS
FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL
UNIDAD I.
FUNDAMENTOS BASICOS DE FRACCIONAMIENTO
Elaborada por: Ing. Deny González Msc.
MAYO 2012
INDICE
PAGINA.
INTRODUCCION
3
1. CONCEPTOS BASICOS
3
2. ALIMENTACIONES Y PRODUCTOS TÍPICOS DE
TORRES DE DESTILACIÓN DE LA INDUSTRIA PETROLERA.
4
3. EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA TORRE DE FRACCIONAMIENTO
5
4. DEFINICIONES DE DISEÑO APLICADAS A PLATOS
6
5. PLATOS. CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑOS Y APLICACIONES
7
6. TIPOS DE OPERACIONES DE DESTILACION Y APLICACIONES
8
7. ESTRUCTURA UNIVERSAL DEL SISTEMA DE GAS NATURAL ASOCIADO
11
8. DESCRIPCION BASICA DE SISTEMAS Y EQUIPOS DEL PROCESO
DE EXTRACCION DE LIQUIDOS.
15
9. RECOLECCION Y ACONDICIONAMIENTO DE LIQUIDOS.
24
10. CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO
28
FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL.
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INTRODUCCION
El Gas Natural ha ganado importancia industrial. Leyes que regulan la contaminación
ambiental y el desarrollo de tecnologías de gran escala, de baja temperatura, de bajo costo y
segura, hacen posible la existencia de grandes sistemas criogénicos, como el situado el
Oriente de Venezuela.
El valor del crudo en el mercado, la alta productividad de la industria petrolera, la
conservación y expansión del mercado del crudo hacen ineludible la producción de Gas
Natural asociado al Petróleo.
1. CONCEPTOS BASICOS
Condensación parcial: Enfriamiento de una mezcla hasta una temperatura específica para
condensar una fracción de la misma.
Destilación: Proceso utilizado para separar los constituyentes de una mezcla líquida,
basado en la diferencia entre sus volatilidades o presión de vapor.
Destilación azeotrópica: Destilación en la cual la existencia de un azeótropo facilita la
separación de un componente de una mezcla. Si el azeótropo en cuestión no se encuentra
presente en el sistema, este puede formarse introduciendo a la mezcla a separar un
elemento que permita su formación. La separación se facilitara en función de la variación
entre el punto de ebullición del azeótropo y los componentes de la mezcla.
Destilación extractiva: Proceso en el cual la adición de un solvente de alto punto de
ebullición a una mezcla permite alterar las volatilidades relativas de sus componentes,
lograndose disminuir el número de platos y relación de reflejo requeridas para separar la
mezcla original.
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Destilación instantánea por una expansión (single flash): Separación de una mezcla en
una corriente de vapor y otra de líquido por la vaporización de la misma en un tambor de
separación, en el cual se permite que la mezcla alcance el equilibrio.
Destilación instantánea por expansiones sucesivas (successive flash): Consiste en dos
o más vaporizaciones continuas en equilibrio, en las que los vapores formados se separan
del líquido residual después de cada vaporización en equilibrio.
Fraccionamiento: Sinónimo de rectificación y se aplica comúnmente a las operaciones de
rectificación de la industria petrolera.
Rectificación: Es una destilación realizada de tal manera que el vapor obtenido en la torre
se pone en contacto con una fracción condensada del vapor previamente producido en el
mismo aparato. De este contacto resulta una transferencia de material y un intercambio de
calor, consiguiéndose así un mayor enriquecimiento del vapor en los elementos más volátiles
del que podría alcanzarse con una simple operación de destilación que utilizara la misma
cantidad de calor. Los vapores condensados que se retornan para conseguir este objetivo se
denominan reflujo.
Reflujo: Vapores condensados que se retornan a la torre de fraccionamiento para
enriquecer el producto de tope con los elementos más volátiles.
Vaporización continua en equilibrio: Proceso de destilación en el que se vaporiza
parcialmente el material de alimentación en condiciones tales que hay equilibrio entre todo el
vapor formado y todo el líquido restante. Las condiciones de continuidad de funcionamiento
presuponen una alimentación de composición constante, a partir de la cual se forman y
extraen continuamente vapor y líquido de composiciones constantes y en cantidades
uniformes.
Componentes claves: Son los componentes de una mezcla que determina su grado de
separación por destilación. El más volátil de estos componentes es el componente clave
liviano, y el menos liviano es el componente clave pesado.
2. ALIMENTACIONES Y PRODUCTOS TÍPICOS DE TORRES DE DESTILACIÓN DE LA
INDUSTRIA PETROLERA.
Corte: Fracción de un crudo que hierve dentro de unos límites de temperatura específicos.
Normalmente los límites se toman en base a los puntos de ebullición verdaderos del ensayo
del crudo.
Crudo reconstruido: Crudo mezclado con una fracción específica de otro para lograr
alcanzar alguna propiedad determinada.
Crudo reducido: Crudo cuya densidad API se ha reducido por la destilación de los
componentes más volátil.
Crudo sintético: Producto del craqueo catalítico de amplio rango de ebullición.
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Destilados medios: Material que hierve dentro de un intervalo general de 330° a 750° F.
Este rango incluye normalmente kerosén, combustible diesel, aceite de calefacción y
combustibles ligeros. Los puntos reales de corte inicial y final se determina mediante las
especificaciones de los productos deseados.
Gasoil: Corte de la torre atmosférica que hierve en el rango de 300 a 700° F. El corte exacto
se determina por las especificaciones de los productos.
Kerosén: Producto destilado medio compuesto de material de 300 a 550° F. El corte exacto
viene determinado por las diversas especificaciones del kerosén acabado.
Nafta: Corte de la torre atmosférica en el intervalo C5 – 420° F. Las naftas se subdividen de
acuerdo con los cortes reales de la torre en naftas vírgenes ligeras (C5 – 160°F), intermedias
(160° – 280° F), pesadas (280° – 330° F) y extra pesadas ( 330°– 420°F). Las naftas,
principales componentes de las gasolinas, necesitan generalmente procesarse para obtener
gasolinas de óptima calidad.
3. EQUIPOS PRINCIPALES DE UNA TORRE DE FRACCIONAMIENTO
Rehervidor: Equipo cuyo único propósito es el vaporizar parte de los líquidos que están en
el fondo de la torre produciendo vapores que fluyen desde el fondo hacia el tope de la torre.
Cualquier líquido que no se vaporice en el rehervidor pasa a ser producto de fondo.
Precalentador de la alimentación: El propósito de este equipo es el de incrementar el flujo
de vapor en la sección de la torre localizada por encima de la alimentación. El vapor en la
torre puede ser producido en el rehervidor o en el precalentador. El vapor generado por el
rehervidor pasa por todos los platos de la torre, pero el vapor producido en el precalentador
solamente pasa por encima del plato de alimentación. Para efectos de la separación el vapor
del rehervidor es más efectivo, pero puede ser más económico suplir calor al precalentador
que al rehervidor. La relación líquido/vapor en la alimentación frecuentemente es similar a la
relación tope/producto de fondo.
Condensador: El propósito del condensador es el de condensar los vapores del tope de la
torre. En el caso de un producto de tope líquido se condensa todo el flujo de vapor
(condensador total). Si el producto de tope es un vapor se condensa suficiente vapor para el
reflujo (condensador parcial).
Tambor de destilado: El propósito del tambor de destilado es proporcionar un flujo estable
de reflujo y producto de tope. El tambor debe ser lo suficientemente grande como para
absorber variaciones pequeñas en el flujo de condensación. También ayuda en la separación
del vapor y del líquido y en algunos casos es usado para separar dos fases líquidas
inmiscibles.
Dispositivos de contacto: El propósito de los dispositivos de contacto es el de lograr el
equilibrio entre las fases líquido y vapor. Los platos o relleno en una torre están diseñados
para mezclar el vapor ascendente y el líquido que desciende. El flujo puede de esta manera
tender al equilibrio por la transferencia de calor y/o de materia de los componentes. De esta
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manera, los dispositivos de contacto tienen el mismo efecto que una serie de etapas de
vaporizaciones en equilibrio.
4. DEFINICIONES DE DISEÑO APLICADAS A PLATOS
Agujeros de drenaje: Por razones de operación y de seguridad los agujeros de drenaje o
aliviaderos son construidos en los platos o en los vertederos en sitios donde el líquido
pudiera acumularse, previendo un drenaje total durante una parada de la torre. Algo de
líquido puede pasar hacia los agujeros mientras la torre está en operación, por lo tanto es
importante que el tamaño, número y localización de los mismos sean cuidadosamente
seleccionados. Por otra parte, a bajos flujos de líquido, la fuga a través de los agujeros de
drenaje puede causar que una gran cantidad de líquido no pase a través de la zona de
contacto.
Arrastre: El arrastre consiste en una dispersión fina o neblina de líquido en el plato, el cual
comienza a ser arrastrado hacia el plato superior. Esto es causado por una excesiva
velocidad del vapor a través de los orificios de los platos para una carga de líquido
relativamente baja. La alta velocidad a través de los orificios es causada por una carga de
vapor alta y/o bajo porcentaje de área abierta en el plato.
Capacidad máxima: La capacidad máxima es la carga máxima de vapor que la torre puede
manejar, la cual depende principalmente de las propiedades del sistema. La carga de vapor
no puede ser incrementada por cambios en el diseño del plato o aumentos en el
espaciamiento entre los platos, sino solamente por aumentos en el área libre de la torre.
Eficiencia de plato: Es una medida de la efectividad del contacto líquido–vapor en el plato.
Expresa la separación que se tiene realmente en comparación con la separación que se
obtendrá teóricamente en estado de equilibrio. Toma en cuenta la no idealidad del plato. El
número de platos ideales (teóricos), es igual al número de platos no ideales (reales)
multiplicado por la eficiencia del plato.
Goteo (Weeping): El punto de goteo se define como el flujo de vapor al cual el líquido
comienza a pasar a través de los orificios del plato en forma continua. Esto no es
necesariamente el límite inferior de operación para una buena eficiencia del plato. Para
sistemas con altas relaciones de líquido, una pequeña cantidad de líquido pasando a través
de los orificios no reducirá considerablemente la eficiencia del plato.
Flexibilidad operacional (Turndown ratio): La flexibilidad operacional se define como la
relación entre la carga de vapor en operación normal (o diseño) y la carga de vapor mínima
permitida. La mínima carga permitida generalmente está en el límite de goteo excesivo,
mientras que la carga para operación normal está separada con un margen de seguridad del
límite donde la inundación comienza a ser relevante. Esta da a la torre un rango de operación
que asegura un funcionamiento satisfactorio de los platos y por ende la calidad de los
productos. Normalmente se toma como referencia que la eficiencia del plato permanezca
aproximadamente en 90% de su valor máximo.
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Plato teórico: Unidad teórica de contacto que representa una etapa ideal de destilación
(etapa teórica), la cual cumple con las siguientes condiciones ideales: (1) opera en estado
estacionario, obteniendo un producto líquido que entra a la etapa están perfectamente
mezclados y en contacto íntimo; (3) todo el vapor y líquido que sale de dicha etapa está en
equilibrio a las condiciones de temperatura y presión de la misma. Un plato o bandeja de un
fraccionador real es generalmente menos eficaz que un plato teórico. La relación del número
de platos teóricos necesarios para realizar una separación por destilación entre el número de
platos reales utilizados, proporciona la eficiencia del plato.
Relación de reflujo: Cantidad de reflujo por cantidad unitaria de destilado que sale del
proceso como producto.
5. PLATOS. CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑOS Y APLICACIONES
5.1. PLATOS TIPOS VALVULA
Los platos tipo válvula no son recomendados para servicios sucios, corrosivos, o con
formación de coque, tal como una fraccionadora de livianos en craqueo con vapor,
fraccionadoras de viscoreducción, etc. Para estos servicios se prefiere platos perforados. Si
se prevé una severa formación de coque, se deberían usar placas deflectoras.
En la mayoría de las torres, los platos perforados con una flexibilidad de 2/1 ó 3/1 son
normalmente adecuados y su uso es altamente recomendado. Si se requiere una mayor
flexibilidad, los platos tipo válvula pueden ser especificados. La experiencia ha demostrado
que las válvulas se desgastan, por ejemplo en varias unidades de destilación al vacío se ha
presentado este problema. Para solventarlo, las torres de destilación al vacío deben ser
dotadas con dispositivos para evitar el giro o rotación de las válvulas, y adicionalmente deben
ser planas para prevenir, en todas las aplicaciones, el contacto completo de la válvula con la
bandeja ó soporte del plato. En otros servicios, el uso de los platos tipo válvulas es
recomendable cuando se quiere obtener una alta flexibilidad.
Algunos ejemplos de servicios donde se requiere un amplio rango de flexibilidad son:
Cuando los flujos de vapor cambian considerablemente (y a menudo
impredeciblemente) en alguna sección de la torre (ejemplo: Torres de reflujo–propio).
Cuando una torre es utilizada en operación bloqueada a flujos y composiciones de
alimentación variable.
Cuando se requiere operar las torres a bajos flujos (menor al 30% del diseño), debido
a fluctuaciones en el flujo de alimentación, por el cambio de las demandas debido a
las estaciones, demanda de clientes, etc.
Cuando se requiere mantenimiento a equipos auxiliares y la unidad entera se
debe operar a bajas cargas.
El diseño apropiado de un plato tipo válvula da como resultado una configuración de plato
que en las condiciones de operación a las que se verá sometido realizará su función de
separación con eficiencia razonable, será estable y no presentará comportamientos
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inadecuados tales como inundación por chorro, soplado, vaciado, capacidad máxima o mala
distribución de vapor, todo ello sin incurrir en costos excesivos.
5.2. PLATOS TIPOS PERFORADOS
Los platos perforados pueden ser usados en casi todos los servicios de destilación,
incluyendo los sistemas donde hay transferencia de calor. Pueden ser diseñados para operar
satisfactoriamente dentro de una amplia variedad de condiciones de operación. Poseen una
capacidad igual o mayor que los platos tipo casquete de burbujeo bien diseñados, debido a
que el arrastre no se hace significativo hasta que el flujo de vapor alcanza un 90% del punto
de inundación.
Además, las pruebas en planta muestran que la eficiencia puede ser tan alta como
la de cualquier otro plato comercial. Los platos perforados no son recomendados para
servicios que requieran de una alta flexibilidad (mayor de 3:1), en estos casos es preferible
usar dispositivos de sellado positivo (casquetes de burbujeo o válvula) aunque esto aumente
los costos.
Estos platos pueden ser usados en servicios donde hay ensuciamiento, pero en estos casos
es necesario considerar grandes orificios de hasta 3/4 a 1 pulg.
Para llevar a cabo un diseño exitoso es imprescindible entender la hidrodinámica de vapor y
de líquido en el plato, por lo cual primeramente se describirá la hidráulica en el plato y las
condiciones limitantes de operabilidad. Posteriormente, se hará una discusión de las distintas
variables que afectan de una u otra forma el diseño de platos perforados.
6. TIPOS DE OPERACIONES DE DESTILACION Y APLICACIONES
La destilación es una operación lograda en las torres de fraccionamiento. Las operaciones de
destilación se puede agrupar en: destilación continua que es la operación más usada a
escala comercial, y la destilación simple intermitente conocida como destilación “batch”,
empleada hoy día a nivel de laboratorio y a pequeña escala. Una mejor clasificación incluye
el número de etapas empleadas y la presión de operación (atmosférica, vacío y
superatmosférica). Las destilaciones extractivas y azeotrópicas se consideran operaciones
especiales. A continuación se describen brevemente los tipos de destilación más usados:
6.1 DESTILACIÓN POR LOTES “BATCH”
En una etapa simple: Consiste en separar una cantidad específica de una alimentación en
sus componentes. La alimentación se introduce en un recipiente cilíndrico y se calienta hasta
ebullición. Los vapores condensados se separan por el tope en un acumulador mientras que
los componentes restantes requieren de una separación adicional, la mayor parte del
componente volátil se debe retirar del lote antes de continuar el proceso.
Este tipo de equipos simple proporciona un sólo plato teórico de separación y su uso se limita
a trabajos preliminares. Es muy usada para caracterizar corrientes líquidas tal como la curva
de destilación ASTM.
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En etapas múltiples: Una vez que la alimentación se introduce en el recipiente cilíndrico, se
calienta hasta ebullición y los vapores condensados son recuperados por el tope y parte de
ellos se retornan como reflujo a la columna, con el fin de mejorar el funcionamiento de la
torre. Se pueden hacer cortes, pasando los productos de tope por acumuladores alternos, lo
que permite la flexibilidad de modificar las condiciones operacionales. Toda la torre funciona
como una sección de enriquecimiento y a medida que transcurre el tiempo, la composición
del material que se destila se va haciendo cada vez menos rica en el componente más volátil
y se detiene la destilación de un corte cuando el destilado alcanza la composición deseada.
El equipo permite obtener productos con un rango estrecho de composiciones con el uso de
la rectificación. El diseño se basa en la cantidad a procesar y la relación necesaria de
vaporización. Hoy en día se usa poco y probablemente se encuentra a pequeña escala en la
industria química o en laboratorios analíticos, en la caracterización de corrientes tal como la
curva de destilación TBP.
6.2 DESTILACIÓN CONTINUA
En una etapa simple: Es la más sencilla de las operaciones e involucra una sola etapa
teórica, usualmente llamada vaporización instantánea ”Flash”. Consiste en vaporizar
parcialmente la alimentación en una operación de una etapa simple dentro de un recipiente
cilíndrico llamado tambor de vapor ”flash drum” a una temperatura y presión dada.
En etapas múltiples: El proceso involucra más de una etapa en las cuales los vapores
ascendentes y líquidos en contracorriente pasan a través de varios internos que promueven
la transferencia de masa entre las dos corrientes. Esta operación se denomina también
destilación fraccional o fraccionamiento. La alimentación puede ser introducida en cualquier
punto de la torre, los productos de tope salen como vapor y en el fondo como líquido, otros
productos también se obtienen de puntos intermedios.
Las torres convencionales pueden presentar dos tipos de condensadores: total o parcial. En
el caso del condensador total los vapores que salen del plato en el tope son condensados,
mientras que el condensador parcial, los vapores que salen en el tope son condensados
parcialmente y el líquido producido es reciclado nuevamente a la torre como reflujo. En este
tipo de dispositivo están presentes dos secciones: rectificación y despojamiento. La sección
de rectificación permite aumentar la pureza del producto más liviano y se encuentra
localizada aguas arriba del plato de alimentación. La sección de despojamiento permite
mejorar la recuperación del producto de tope y se encuentra localizada debajo del plato de
alimentación. El condensador en el tope y el rehervidor en el fondo de la columna son
considerados como etapas teóricas adicionales. Son muy frecuentes las operaciones
industriales que utilizan este tipo de destilación.
6.3 DESTILACIÓN A PRESIÓN
Las destilaciones a nivel comercial se llevan a cabo en un amplio rango de presiones. En la
industria de refinación la presión puede variar entre 1 psia y 400 psia. Sin embargo, el factor
más influyente en la presión de operación son las volatilidades relativas de los componentes
alimentados y las temperaturas del medio de calor y/o enfriamientos utilizados, siendo vapor
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y agua los más comunes. Existen otros factores que deben considerarse como la estabilidad
de los componentes y sus temperatura crítica. Destilación a presión atmosférica: La
destilación a presión atmosférica no es más que una destilación continua multietapas donde
se logran separar los componentes por punto de ebullición o rango de ebullición.
Destilación a alta presión: Cuando compuestos volátiles son destilados (como gases a
condiciones atmosféricas), se emplean altas presiones para aumentar su temperatura de
condensación. Existen casos en que la presión está limitada por el calor sensible del
producto de fondo o por su temperatura crítica. La temperatura de fondo debe ser más baja
que la temperatura crítica de los productos pesados, de otra manera no estaríamos hablando
de destilación. Se emplea en la manufactura del etileno.
Destilación al vacío: Cuando la alimentación está integrada por componentes de alto punto
de ebullición que son demasiado alto para destilarlos en un torre a presión atmosférica, la
destilación se lleva a cabo a presiones de vacío para reducir la temperatura de la torre. Las
propiedades del producto de fondo usualmente determinan el tipo de vacío a ser usado, por
ejemplo los hidrocarburos saturados pueden calentarse cerca de 750 °F antes de que
comiencen a craquearse.
Como una alternativa al vacío las alimentaciones pueden ser destiladas a presión
atmosférica por el uso de vapor para reducir la presión parcial de los componentes
alimentados y entonces permitir su vaporización a temperaturas por debajo de su punto de
ebullición normal.
6.4 DESTILACIÓN EXTRACTIVA Y AZEOTRÓPICA
Las destilaciones azeotrópicas y extractivas son fraccionamientos que se facilitan con la
adición de un solvente al sistema, el cual es capaz de desplazar el equilibrio vapor–líquido en
el sentido favorable como agente separador. La destilación simple no puede ser usada para
separar azeótropos y en algunos casos es factible por modificaciones en el proceso de
destilación. Separaciones como benceno–parafinas y butenos a partir de butanos son
posibles comercialmente porque sus componentes químicamente son similares a pesar de
tener un punto de ebullición muy cercanos. Este tipo de operación es del tipo de destilación
continua de mezclas no ideales, por lo que los cálculos aproximados son engorrosos.
Cuando el solvente es menos volátil que la alimentación la operación es llamada destilación
extractiva y su función es similar a la operación de extracción con solvente. En la destilación
azeotrópica, el solvente es más volátil que la alimentación y puede ser introducido con la
alimentación.
La destilación azeotrópica también se refiere a un proceso en el cual un solvente se adiciona
porque las presiones de vapor de los componentes son muy similares. Es muy usado en la
separación de alcoholes tal como etanol/agua con pentano. La destilación extractiva se
refiere a esos procesos en que el solvente de alto punto de ebullición se adiciona en un plato
en la columna para alterar las volatilidades relativas de los componentes alimentados. El
solvente usualmente ebulle a temperaturas muy por encima de los componentes de tal
manera que la formación de un nuevo azeótropo es imposible. La base de esta destilación es
el cambio de volatilidad producido por la introducción del solvente, el cual no es igual para
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cada componente y la diferencia de volatilidades permite el fraccionamiento de los
componentes alimentados. Requiere de una torre con menor número de platos y una relación
de reflujo más bajo que la destilación convencional.
El hecho de que el solvente pueda ser recuperado por destilación simple posteriormente
hace la destilación extractiva un proceso menos complejo y más útil que la destilación
azeotrópica. Un ejemplo de destilación extractiva es la separación de n–heptano y tolueno
empleando fenol.
7. ESTRUCTURA UNIVERSAL DEL SISTEMA DE GAS NATURAL ASOCIADO
La producción del gas natural asociado al petróleo está aliada con las metas de producción
del crudo. La declinación de los pozos productores de crudo, la eficiencia de la tecnología del
gas han hecho más concordante esta relación. El gas natural es en los países donde una
sola casa matriz maneja el negocio del crudo y del gas, un factor básico en la recuperación
secundaria de yacimientos.
El sistema del gas natural asociado al crudo, tiene una estructura que está definida en base a
los factores: calidad del gas, estructura del mercado externo al sistema del gas, y al gas
como factor de recuperación de yacimientos. La figura se representa la Estructura Universal
del Sistema del Gas Natural.
En Venezuela en (PDVSA) el negocio del gas está estructurado así: recolección,
segregación y tratamiento conforman la gerencia de suministro.
Las secciones de procesamiento, distribución y mercado y venta se corresponden con lo
establecido en la figura.
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En la tabla se muestran análisis de los gases calificados como rico y pobre.
Subsistema mayor: planta de extracción universal, criogénica con turboexpansión de líquido
del gas natural.
La extracción de líquidos del gas natural por proceso criogénico con turbo expansión se
realiza en las plantas San Joaquín y Santa Bárbara.
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Los líquidos del gas natural producidos en estas plantas son llevados al Complejo de
Fraccionamiento de José, en donde son separados y llevados al mercado nacional e
internacional.
El gas residual que sale de estas plantas es llevado por gasoductos a los clientes del
mercado nacional.
La estructura de las plantas de extracción viene dada básicamente por la calidad del gas que
maneja, la tecnología que se utiliza y el marco de productos requeridos.
En la tabla se hace una comparación de la capacidad de extracción de líquidos entre una
tecnología de extracción criogénica y la tecnología de control de punto de rocío.
Alimentación para ambas plantas = 720 MMPCND
GPM C3+ = 3,29
La tecnología criogénica con turboexpansión se ha establecido como la más eficiente y
confiable tecnología para la extracción de líquidos del gas natural.
Los equipos generadores de líquido en la planta se sitúan entre la deshidratación y las torres
de recobro y acondicionamiento de productos. Pueden agruparse en un subsistema menor,
ya que sus funciones están orientadas al logro de la generación de los líquidos. Este
subsistema menor es identificable en toda planta de extracción de líquidos del gas natural
que utilice turboexpansores.
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El nombre de este subsistema en la planta de extracción criogénica universal con
turboexpansores es: Subsistema Menor de “Generación de Líquidos”.
Los líquidos generados son enviados al subsistema menor de recobro y acondicionamiento
de productos que son un grupo de equipos destinados en la planta a recolectar, separar y
acondicionar los líquidos productos hasta llevarlos a especificación.
En las plantas de extracción criogénica por turboexpansores existe un grupo de equipos
destinados a reponer la presión de operación del gas residual que sale de la planta y que
constituye más del 80% molar del gas que entró a la planta. Este subsistema menor se
designa como: Subsistema Menor de Recompresión de Gas Residual.
Las plantas de extracción criogénica por turboexpansión requieren de una serie de módulos
auxiliares que no forman parte de la línea básica de procesamiento pero son en presión
doble para el funcionamiento de la planta. A este subsistema menor se le da el nombre de:
Subsistema Menor de Módulos de Apoyo. Entre los módulos auxiliares están: agua de
enfriamiento, Mechurrios, refrigeración mecánica (Chiller), otros.
En la siguiente figura, se representa la planta de extracción criogénica de “Santa Bárbara”
identificando en ella, los subsistemas menores de la planta universal. En la planta “Santa
Bárbara” se representan los subsistemas menores con los números asignados en la figura.
El subsistema menor endulzamiento, en muchos casos se localizará aguas arriba de la
planta, pero es una demanda de la planta. Cuando proveniente del yacimiento es dulce y no
se intenta el recobro profundo de etano, el subsistema menor de endulzamiento sale de la
planta universal, mas no invalida el concepto de planta universal.
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8. DESCRIPCION BASICA DE SISTEMAS Y EQUIPOS DEL PROCESO DE EXTRACCION
DE LIQUIDOS.
8.1. ENDULZAMIENTO
Endulzamiento con aminas, se refiere a la tecnología utilizada para extraer los gases ácidos
del gas agrio y llevarlo a las especificaciones del requerimiento o del contrato (ver figura 1).
Consiste en una reacción, a baja temperatura y alta presión, que permite la unión de los
gases ácidos con las aminas. La regeneración de las aminas es la reacción contraria o de
disociación, para la cual se requiere baja presión y alta temperatura.
En los procesos de desacidificación con aminas, la solución de amina circula continuamente
en la planta, absorbe el gas ácido en el contactor y se regenera en la torre de regeneración.
Adicionalmente, la planta requiere de intercambiadores de calor, un separador trifásico
horizontal que trabaja como tanque de venteo, las bombas que impulsan la solución y el
tanque de almacenamiento.
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La reacción de la amina con los gases ácidos se realiza a alta presión y baja temperatura.
Cada tipo de amina trabaja según especificaciones predeterminadas; por ejemplo: 3,4 moles
de MDEA por cada mol de gas ácido que se deba retener. La amina, a su vez, se disuelve en
agua en un porcentaje por peso, previamente establecido. Las condiciones necesarias para
realizar la reacción se suplen en el contactor (figura 2).
La amina se disuelve en agua para mejorar el área de contacto y acelerar el mecanismo de
la reacción; en el absorbedor los gases ácidos que viajan en el gas natural burbujean en la
solución amina-agua para producir la reacción química.
La amina cargada con los gases ácidos (amina rica) sale de la torre de absorción e inicia un
recorrido hacia el regenerador. En este trayecto debe bajar la presión desde 1200 LPCM
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(caso de la planta Muscar) hasta 18 LPCM (el rango es aproximado), y subir la temperatura
desde el nivel del ambiente hasta el de regeneración. Una vez purificada, recibe el calificativo
de amina pobre.
La amina rica (cargada con gas ácido), al salir del contactor, entra al tanque de venteo,
donde se separan los hidrocarburos absorbidos, y sigue hacia el regenerador, pasando por el
intercambiador amina rica - amina pobre, en el cual aprovecha la energía disponible para
acercarse a la temperatura de burbujeo requerida para la regeneración.
El tanque de venteo es un separador horizontal que trabaja como tanque de abastecimiento.
En este recipiente se separan los hidrocarburos absorbidos en estado gaseoso, los cuales se
pueden usar como combustible, y los hidrocarburos líquidos que se hayan condensado en el
contactor.
La acumulación de hidrocarburos en la amina conduce a la formación de espuma.
La amina rica llega al regenerador a una presión muy cercana a la atmosférica y con una
temperatura aproximada de 195°F. Es necesario evitar que los vapores ácidos se separen
antes de entrar al regenerador, porque ello produce una alta
corrosividad en las tuberías. Entre el contactor y el regenerador se requiere una caída de
presión (por las condiciones termodinámicas de la reacción) que se realiza con una válvula
ubicada a la salida del contactor. La regeneración de la mezcla amina-agua se lleva a cabo a
la temperatura de burbujeo de la solución. Para alcanzar esta temperatura, el calor requerido
en el regenerador se obtiene de vapor de agua (en una relación cercana a 1 libra de
vapor/libra de amina) o utilizando aceite caliente.
La amina pobre, que sale del regenerador caliente y a baja presión, se debe llevar a
condiciones de baja temperatura y alta presión, para introducirla en el contactor. La
temperatura se empieza a bajar en el intercambiador amina-amina, y se completa el
enfriamiento con un enfriador ubicado a la entrada del contactor. La presión se eleva con una
bomba de alta presión que alimenta el contactor con la amina pobre.
La amina, por su naturaleza misma, se degrada en contacto con el aire, por efecto de las
temperaturas elevadas, por la entrada de impurezas a la planta y por muchas otras razones.
Al formarse espuma, ésta es arrastrada por el gas dulce saliendo del contactor. La planta se
complementa con filtros mecánicos y de carbón. Para recoger la amina que sale del sistema
se utilizan trampas.
También se requiere de un tanque de abastecimiento para reponer la amina que se pierde o
se deteriora y, en ocasiones, se instala un recuperador de amina, capaz de retener los
sólidos que se han ido acumulando en la solución (véase Fig. 2)
8.2. DESHIDRATACION CON TEG
La planta deshidratadora está constituida por dos equipos mayores básicos: una
Absorbedora en la cual, por contacto, en contracorriente, a baja temperatura y alta presión,
el TEG pobre absorbe la humedad del gas de alimentación, y una Regeneradora en la cual
el TEG rico cede el agua a alta temperatura y baja presión, regresando luego a la primera
unidad para reiniciar el ciclo Secado/Regeneración.
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El gas húmedo (1) (ver Figura No.1) circula a través del separador de entrada (2) donde se
desprende de algunas impurezas, entra a la absorbedora justamente a su punto de rocío.
inicia su recorrido ascendente (3), se pone en contacto con el TEG pobre que a su vez
desciende desde el tope de la columna (4), se seca durante el ascenso y deja finalmente la
unidad por su parte superior (5), como gas seco. Esta corriente intercambia calor con el TEG
pobre (10), siendo su temperatura final, 108ºF.
El TEG rico sale del fondo de la absorbedora (6) a 100ºF, a través de una válvula reguladora
reduce su presión, desprendiendo en consecuencia los hidrocarburos que haya absorbido en
la columna. A su paso por el tope de la chimenea del regenerador (7) circula en un serpentín
que actúa como condensador de glicol, pasando posteriormente a un tanque de venteo (8)
en donde se separan los gases desorbidos.
Del tanque de venteo el TEG rico se filtra e intercambia calor con el TEG pobre procedente
del tanque de almacenamiento (9), y luego, mediante bombeo, alimenta al regenerador a
275ºF. La temperatura en esta unidad crece considerablemente para promover la separación
de TEG (11) del vapor de agua.
El calor se suministra al regenerador mediante un rehervidor a fuego directo, que usa gas
combustible. El TEG regenerado (pobre) pasa del regenerador al acumulador (12), y de éste
al tren de intercambiadores mediante bombeo.
Se alimenta al tope de la regeneradora para repetir toda la secuencia de secado de la
corriente contínua del gas de alimentación y de regeneración para conformar su uso en un
lazo cerrado de flujo.
FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL.
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8.3. DESHIDRATACION CON TAMICES MOLECULARES (MALLAS)
La deshidratación con tamices (mallas) moleculares es un proceso continuo de adsorción de
agua en lechos de mallas moleculares, que lleva el gas natural de 7 lb/mmpcn de humedad
hasta 0,1 PPmV.
El proceso es un ciclo de: Adsorción del agua, seguido de la regeneración (desorción),
enfriamiento y vuelta a la adsorción en las mallas moleculares.
La planta de deshidratación con mallas moleculares, se inicia con un filtro y lechos
desecantes sólidos, que protegen los lechos de mallas moleculares (Figura No. 1). La
estructura de esta parte inicial de la planta deshidratadora se justifica, por la necesidad de
proteger los lechos de mallas moleculares que son muy costosos, y porque se ha de
enfriarse el gas de proceso procedente del contactor de TEG.
El gas más frío puede generar líquidos que podrían taponar los lechos de mallas
moleculares. Estos líquidos son retenidos por filtros. Los lechos de sílica gel completan la
protección de las mallas moleculares absorbiendo ceras y otros contaminantes.
La capacidad de retención de agua en los lechos de mallas moleculares aumenta cuando
baja la temperatura del gas de proceso. El enfriamiento del gas natural asegura el secado del
gas en las mallas y un punto de rocío más bajo del gas a procesar en la zona criogénica de
la planta de extracción de líquidos del gas natural con turboexpansor.
En esta tecnología el gas se enfría intercambiando calor, en el recorrido entre el contactor de
TEG y el secado con mallas moleculares.
En Santa Bárbara (Venezuela) el enfriamiento se hace con un ciclo de refrigeración con
propano. La segunda sección de la planta deshidratadora por mallas moleculares está
constituida por los lechos rellenos de estas mallas.
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Usualmente consta de dos o más lechos; mientras uno está en regeneración los restantes
están en operación (adsorción). La alimentación del gas a secar se hace por el tope del lecho
deshidratante.
El gas de regeneración, seco y a alta temperatura (400 °F o más) se alimenta por el fondo
del lecho. Esto evita el arrastre del agua a la zona más seca del tope del lecho.
El gas de regeneración sale del lecho se enfría y pasa luego a un depurador en donde se le
extrae la humedad, para usarlo como gas combustible. Si hay un exceso, se envía a ventas.
En la línea de gas de proceso, a la salida de las mallas, se colocan filtros para polvillo. Estos
filtros deben ser revisados continuamente, ya que su buen funcionamiento impide el paso del
polvillo a equipos fundamentales de éstas tecnologías, como el intercambiador criogénico
(caja fría) y los turboexpansores.
8.4. GENERACION DE LIQUIDOS
El subsistema menor de la planta universal de extracción criogénica de gas natural, enfría el
gas y se introduce en las zonas termodinámicas de equilibrio líquido/vapor.
Los niveles criogénicos de enfriamiento se logran con intercambio de calor, enfriamiento
mecánico y con turboexpansores isoentrópicos en combinación con válvulas J.T. de
expansión Iso-entálpicas.
El gas natural rico y seco es procesado en este subsistema con el objetivo de obtener el
máximo de líquido, con el menor costo de refrigeración y compresión y con niveles
adecuados de acondicionamientos de productos. Si el etano no es recobrado el manejo
termodinámico del gas en el subsistema busca evitar la solidificación del CO2. El manejo del
gas en el sistema de enfriamiento busca lo más eficiente y económico posible.
En la planta de Extracción de Líquidos se Santa Barbara, Venezuela, el gas de proceso se
enfría primeramente en el enfriador de propano, situado entre la deshidratación con TEG y
mallas moleculares. Esta situación justifica el enfriamiento del gas, puesto en que las mallas
moleculares el gas es dividido en dos líneas: la de más volumen intercambia calor con los
rehervidores laterales de la columna de recobro; la otra sube hasta la caja fría y se
recombina antes de entrar en el enfriador de propano. El gas entra al enfriador a 20°F y sale
a –4°F de temperatura.
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El gas entra al separador de entrada del expansor, el cual es alimentado con parte de los
gases del separador. La presión de entrada al expansor es de 1140 psig y sale a una presión
cercana 420 psig y una temperatura de –70°F y es alimentado al plato No 1 de la torre de
recobro.
El líquido de salida del separador de entrada al expansor , el cual se expande en una J.T.
antes de entrar a la columna de recobro entre los platos 4 y 5, a una temperatura de –47 °F.
Parte del gas de salida del separador de entrada al expansor se envían a la caja fría de
donde salen a - 87°F, se expande en una J.T. hasta –118°F y a 440 psig de presión y son
alimentados al tope de la torre de recobro.
Del tope de la torre de recobro sale gas residual (C1, C2 y CO2) a una temperatura de –
101°F y se convierte en la línea base de intercambio de calor en la caja fría.
8.5. ENFRIADOR DE PROPANO
El enfriador por propano extrae calor de la masa de gas en procesamiento. Este equipo
forma parte del ciclo de refrigeración del propano. En el enfriador el propano se expande
absorbiendo calor del gas procesado.
El enfriador es un equipo costoso y se usa dentro del esquema de la planta para enfriar el
gas, a niveles en los que puede ser alimentado a los equipos de enfriamiento por expansión,
FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL.
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que completan el enfriamiento del gas en el proceso de extracción. El equipo suple la
necesidad de una etapa limitada de enfriamiento dentro del manejo criogénico de gas rico en
la planta.
8.6. INTERCAMBIADOR COMPLEJO DE PLATOS (CAJA FRÍA)
Es un intercambiador diseñado con los mismos principios que los intercambiadores de tubo y
concha construido con gran superficie de transferencia de calor y materiales de resistencia
adecuada a nivel criogénico. Esto hace a este equipo compacto y muy útil para el
intercambio másico de calor en plantas de extracción criogénicas con turboexpansores.
En las plantas de extracción de líquidos del gas natural con turboexpansor se presentan
líneas de flujo de alto volumen con muy bajo nivel de temperatura que deben ser llevadas a
temperatura ambiente, caso gas residual de salida de las columnas de recobro.
Fig. Intercambiador complejo de platos (caja fría)
El gas de entrada al subsistema menor de generación de líquidos, es un gas de alto volumen
y a temperatura cercana a la ambiente. El intercambiador complejo criogénico de plantas es
una buena solución para el intercambio de calor entre estas líneas, por su alta eficiencia en
la transferencia de calor y el poco espacio que ocupa en la planta.
En algunas patentes se localizan más de una caja fría en al estructura del proceso, siempre
maximizando el intercambio de calor entre líneas de la planta.
8.7. TURBOEXPANSOR
El turboexpansor es un equipo rotacional que expande gas bajando su temperatura se
mueve cerca de un proceso isoentrópico y genera un trabajo, por lo que siempre va acoplado
a un turbocompresor.
FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL.
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Fig. Turboexpansor acoplado un turbocompresor
El turboexpansor baja la temperatura del gas a nivel criogénico, en forma confiable y de bajo
costo.
Al turboexpansor de baja presión, se alimenta un gas del cual se ha hecho separaciones
previas de líquido, bajando su temperatura con intercambio convencional de calor y a presión
casi constante. El turboexpansor expande el gas y lo enfría a bajas temperaturas,
posibilitando un mayor recobro de los hidrocarburos livianos como el C3.
Usualmente el gas de salida del tubo expansor sale por condición de diseño a temperatura y
presión de entrada a la torre de recobro, mejorando así el recobro de los líquidos del gas
natural.
Los gases de salida del turboexpansor puede ir a un separador bifásico. Este separador
recibe el nombre de separador de salida del turboexpansor.
8.8. VALVULA DE EXPASION J.T
La válvula de expansión J.T. es un elemento del proceso que baja la
presión y la temperatura del gas.
La válvula J.T. se expande isoentálpicamente. En la fig. No. 8, la válvula se sitúa en paralelo
al expansor. El flujo de gas puede pasar a través de la válvula, en parada de expansor.
La válvula J.T. tienen muy bajo costo en comparación con el expansor y puede ser colocados
como complemento a la función de estos en muchos lugares de la planta.
FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURAL.
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Fig. Válvulas J.T. en distintos lugares de la planta
9. RECOLECCION Y ACONDICIONAMIENTO DE LIQUIDOS.
Este subsistema colecta los condensados de la planta. Mientras la estabilizadora colecta los
condensados de alta presión, la desetanizadora hace lo mismo con los de baja presión.
Ambas los separan en producto de tope, gas residual, y producto de fondo, L.G.N., este
último alimentación de la planta de fraccionamiento de JOSE.
El esquema operativo descrito anteriormente, en el cual las dos columnas de fraccionamiento
operan en paralelo, se aplica, preferentemente, a plantas alimentadas con un gas natural de
baja riqueza (caso de la planta de San Joaquín, Venezuela).
Para plantas alimentadas con gas natural de mayor riqueza, el esquema operativo del
subsistema varía hacia niveles de temperatura más bajas, introduciendo alimentaciones
múltiples a la primera columna (recuperadora de condensados), cuyo producto de fondo se
convierte en la alimentación de la desetanizadora (caso de la planta de Santa Barbara ,
Venezuela), y recurriendo a refrigeración externa, para condensar todos los líquidos
potenciales contenidos en su riqueza.
9.1. ESTABILIZADORA DE CONDENSADOS
Los condensados del gas de proceso generados en la sección de alta presión de la planta se
recogen en el tanque “flash” de la torre estabilizadora, donde se acondicionan a la presión y
temperatura de alimentación a la torre, y entran a ella en el plato de tope.
La torre estabilizadora en recuperación de propano, separa una mezcla de los livianos, C1,
C2 y CO2, por el tope, y otra de C3 e hidrocarburos más pesados por el fondo. El vapor del
tope se comprime y recircula a la corriente de entrada al tren, mientras que el líquido de
fondo se mezcla con el producto de fondo de la desetanizadora y se bombea a la planta de
fraccionamiento (ver figura No. 1).
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En el rehervidor, el líquido que sale del plato inferior de la torre absorbe calor del aceite
caliente y vuelve a la estabilizadora por debajo del plato de fondo.
Este líquido de fondo entra al tanque pulmón, cuyas condiciones de operación son iguales a
las del fondo de la columna, antes de emerger como producto de fondo.
9.1.1 DESETANIZADORA
Las plantas de extracción de líquidos se diseñan de acuerdo a la composición particular del
gas, a los niveles de recuperación de líquido y a las condiciones de flujo de entrada.
Para la extracción de líquidos de un gas pobre la desetanizadora recibe los líquidos
obtenidos en los separadores de entrada y salida del expansor de baja presión y en el caso
de un gas rico, recibe el producto de fondo de la estabilizadora. La desetanizadora separa C,
C2 y CO2 por el tope, que constituye el gas residual, y C3 como producto de fondo.
Los vapores del tope pasan por el condensador de reflujo donde condensan parcialmente y
luego al acumulador de reflujo donde se separan; el gas se une con la corriente de gas
residual y el líquido retorna a la desetanizadora por el plato del tope.
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La desetanizadora tiene como función principal separar las dos corrientes que constituyen los
dos productos básicos de la planta, recuperados a partir de la expansión de baja presión. El
producto de tope, vapores de C1, C2, CO2, con trazas de C3 y C4, conforman el gas residual
destinado al mercado de combustibles, y el producto de fondo, líquidos de C3 constituye los
líquidos de gas natural, remitidos a JOSE para fraccionamiento. La desetanizadora es una
torre de platos, diseñada de tal manera que garantice la transferencia de masa y calor
necesaria en cada etapa (platos) para una separación eficiente y operacionalmente segura.
El gas de alimentación tratado en los lechos de tamices moleculares, luego de intercambiar
calor con el gas de tope de la desetanizadora, se ha enfriado considerablemente y produce
líquidos en el separador de entrada del expansor de baja presión. Estos líquidos combinados
con los producidos en el separador de salida del mismo equipo, constituyen la alimentación
de la desetanizadora, en un caso análogo al de la estabilizadora de condensados.
Las dos corrientes de alimentación constituyen reflujos en esta columna que también opera
como una rectificadora. El equilibrio L/V produce una separación neta en el peso molecular
de los productos de tope y fondo. El primero va como gas residual mientras el segundo
constituye una corriente de LGN con destino a fraccionamiento.
Para el caso de la planta de San Joaquín, la columna desetanizadora consta de dos
secciones de diferentes diámetros: una inferior de 96” y otra superior de 108”, con altura
total de 96’-6” de costura a costura. Contiene 28 platos de válvulas de doble paso, de las
cuales 11 corresponden a la sección superior y 17 a la sección inferior. Para lograr máxima
eficiencia, se requiere que la columna opere entre 80 y 100 % de la capacidad de diseño.
Durante la operación en rechazo de etano, el vapor de tope de la desetanizadora fluye del
tope de la columna a 188 lpcm y -45 °C por la carcasa del condensador de reflujo, donde se
enfría a -65 °C, condensando así, algunos hidrocarburos del vapor.
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La temperatura de salida del condensador de reflujo se controla desviando vapor de tope del
condensador, a través de una válvula de control de temperatura.
Una válvula manual de mariposa se coloca en la entrada del condensador, ajustándola para
balancear la caída de presión a través del intercambiador y del desvío, de manera que el
vapor fluya libremente por la línea del desvío, según el requerimiento del control de
temperatura.
9.1.2. TORRE ESTABILIZADORA
La torre estabilizadora de condensados es la unidad dedicada a la recuperación de gas
residual y líquidos de gas natural retenidos en los separadores de entrada y salida de la
expansión de alta presión del subsistema Generación de Líquidos en la planta recuperadora
de LGN.
Los líquidos del tambor de condensado que pasan a través del tanque “flash” de alimentación
a la estabilizadora se liberan de agua y livianos, se alimentan como reflujo de la torre
estabilizadora, que opera como una columna rectificadora. Esta operación es necesaria para
ajustar la composición tanto del gas residual como del líquido de fondo, mediante el
intercambio de material que tiene lugar en las etapas de equilibrio L/V dentro de la columna.
La fuente de calor necesaria para vaporizar los líquidos dentro de la columna, proviene del
aceite caliente usado en el rehervidor de fondo de la estabilizadora (cuya carga térmica de
diseño es 11 MM Btu/h para el caso de la planta de Santa Barbara). El permite mantener la
corriente ascendente de vapor, en contacto con el líquido de alimentación que fluye por
gravedad a través de las etapas de equilibrio.
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El producto de fondo se enfría y se remite a Fraccionamiento. Para asegurar estabilidad en
su flujo, se ha provisto un tanque pulmón que recibe el producto y mediante conexión con el
amplio fondo de la columna y el control de nivel correspondiente provee regularidad en el
flujo de alimentación a la planta fraccionadora.
9.2 COMPRESOR DEL TOPE DE LA ESTABILIZADORA
El compresor de tope de la estabilizadora es de tipo alternativo y puede manejar el caudal
normal de vapor que sale del tanque flash de alimentación a la estabilizadora (410 LPCM)
además del vapor de tope de la estabilizadora (385 LPCM), llevándolos a 995 LPCM.
Normalmente un compresor está en operación y otro en relevo, y cada uno de ellos está
equipado con cargadores de succión de 5 etapas para operar con caudales de 0, 25, 50, 75,
92 y 100 % del valor de diseño.
Los gases del tope de la estabilizadora, no son absolutamente secos, por lo cual debe
hacerse una etapa de separación de fases a la entrada del compresor de tope y a la salida
del enfriador de aire, antes de incorporarlos a la corriente de gas de alimentación del sistema
de deshidratación por glicol. El proceso de compresión se requiere para elevar el nivel de
presión del valor de la estabilizadora de condensado, al valor de la corriente de gas de
entrada.
10. CONSIDERACIONES BASICAS DE DISEÑO
Un plato de fraccionamiento debe operarse dentro de cierto rango de flujos de vapor y líquido
para obtener un comportamiento óptimo. Fuera de este rango la eficiencia es baja y/o la torre
es inoperante. Las limitaciones del comportamiento de plato se discuten a continuación.
10.1 Cargas máximas
Flujo máximo de vapor
Una velocidad lineal del vapor demasiado alta a través de los orificios del plato y/o
a través del área libre de la torre puede causar:
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1. Arrastre o inundación por chorro.
2. Alta caída de presión a través del plato, causando un llenado excesivo del bajante y por
consiguiente inundación del plato.
3. Dependiendo de las propiedades del sistema (densidad del vapor y líquido y tensión
superficial del líquido), flujos de vapores mayores a la llamada capacidad máxima, atomizará
el líquido y lo arrastrará hacia arriba dependiendo de la geometría y el espaciamiento entre
platos.
Flujo máximo de líquido
Flujos excesivos de líquido pueden llevar a:
1. Inundación del plato debido a la segregación insuficiente en los bajantes, excesiva caída
de presión en el plato y excesivo llenado del bajante.
2. Goteo o vaciado a bajos flujos de vapor
3. Altos gradientes de líquido, los cuales originan una mala distribución del vapor y una pobre
eficiencia de contacto (plato tipo casquete de burbujeo).
10.2 Cargas mínimas
Flujo máximo de vapor
Un flujo de vapor demasiado bajo puede causar:
1. Goteo o vaciado a flujos altos de líquido.
2. Pobre contacto y baja eficiencia del plato debido al mezclado inadecuado de
vapor / líquido. Estas condiciones pueden resultar de insuficientes cargas de vapor o
excesiva área abierta en los platos, las cuales originan insuficientes velocidades de vapor a
través de los orificios de los mismos.
Flujo mínimo de líquido
Un flujos bajo de líquido puede causar:
1. Arrastre a flujos altos de vapor.
2. Desvío del vapor ascendente por el bajante, en caso de que la altura de líquido claro sobre
el plato, más la pérdida de cabezal en el bajante, no sean iguales o mayores que el espacio
libre en el bajante a flujo mínimo.
3. Pobre contacto y baja eficiencia, debido a un líquido inadecuado en el plato.
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