Deshidratadsorcion 101025204517-phpapp02

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍATECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II

DESHIDRATACION POR ADSORCION

TAMICES MOLECULARES

SEGUNDO SEMESTRE - 2012

CURSO: 4TO INGENIERÍA PETROLERA


ASPECTOS GENERALES

EL PROCESO

CARACTERISTICAS OPERATIVAS

LAS VARIABLES DEL PROCESO

DIMENSIONAMIENTO

PROBLEMAS OPERACIONALES

CONTENIDOCONTENIDO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍATECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II ASPECTOS GENERALESASPECTOS GENERALES

“ADSORCION” : PROCESO EN EL CUAL MOLECULAS DEL GAS SON “SOSTENIDAS” EN LA SUPERFICIE DE UN SOLIDO POR ADSORCION SUPERFICIAL


ALTA AREA SUPERFICIAL

POSEE “ACTIVIDAD” AL COMPONENTE A SER REMOVIDO

ALTA TASA DE TRANSFERENCIA DE MASA

REGENERACION FACIL Y ECONOMICA

BUENA ACTIVIDAD DE RETENCION CON TIEMPO

BAJA RESISTENCIA AL FLUJO DE GAS

ALTA RESISTENCIA MECANICA PARA RESQUEBRAJAMIENTO

BAJO ΔV ENTRE ADSORCION Y REGENERACION

“EL MATERIAL “ADSORBENTE” TIENE :

ASPECTOSASPECTOS GENERALESGENERALES

500-800 m2/gramo (2400000-3900000 pie2/lb) DE AREA INTERNA (AREA EXTERNA DESPRECIABLE)


ADSORBENTES COMERCIALES:

ASPECTOS GENERALESASPECTOS GENERALES

BAUXITA - NATURAL (Al2O3)

ALUMINA - BAUXITA PURIFICADA

GELES - MANUFACTURADOS POR REACCION (SiO2)

TAMICES MOLECULARES – Ca, Na, Si, Al (ZEOLITAS)

CARBON – ACTIVADO PARA CAPACIDAD DE ADSORCION

TODOS EXCEPTO CARBON SON UTILIZADOS PARA DESHIDRATACION (ADSORBE HC Y NO H2O)

CAPEX CAPEX ↑↑


Propiedad Silica Gel Grado 03

Mobilbead R

Mobilbead H

Alumina Gel H-151

Alumina F-1

Tamiz mol. 4A-5A

Area Sup (m2/g) 750-830 550-650 740-770 350 210 650-800Vol. Poro (cm3/g) 0,40-0,45 0,31-0,34 0,50-0,54 0,35 0,21 0,27

Diam Poro (A) 21-23 21-23 27-28 43 26 11Densidad (kg/m3) 721 785 721 833-881 801-881 689-721

Cp (kJ/kg-oC) 0,92 1,05 1,05 0,84 1,0 1,0


Molécula Diámetro (A)



H 2,4 H2S 3,6 C3 4,9CO2 2,8 Metanol 4,4 nC4-nC22 4,9N2 3,0 C1 4,0 iC4-iC22 5,6

H2O 3,2 C2 4,4 Benceno 6,7

EL DIAMETRO DE PORO DEBE SER SUFICIENTE PARA ADMITIR LAS MOLECULAS

1 cm → 108 A


ALUMINA: FORMA HIDRATADA DE Al2O3. AL MANUFACTURAR SE ELIMINA Fe. SE ACTIVA SECANDO PARTE DEL AGUA ADSORBIDA EN SU SUPERFICIE

GEL: SOLIDO AMORFO Y GRANULAR. NOMBRE GENERICO DE SiO2 O COMBINACION CON AL2O3

TAMIZ MOLECULAR: SILICATO DE ALUMINIO EN FORMA DE METAL CRISTALINO COMPUESTOS DE Na2O3, Al2O3, SiO2, CARGADO ELECTRICAMENTE EN LAS CAVIDADES DE LOS CRISTALES (ATRAEN AGUA)

OHOAlOHOAl Calor232232 1:3:


TipoφPoro (A)

FormaCapacidad H2O (%wt)

Moléculas adsorbidas

Moléculas excluidas

Aplicación

3A3

Talco

1/16 Pellets

1/8 Pellets

23

20

20

Moléculas φ < 3 A incluyen H2O, NH3

Moléculas φ > 3 A

Preferido para deshidratación de insaturados: gas craqueado, propileno, butadieno, acetileno, así como liquidos: metanol y etanol

4A

4

Talco

1/16 Pellets

1/8 Pellets

8 x12 lecho

4 x 8 lecho

14 x 30 malla

28,5

22

22

22

22

22

Moléculas φ < 4 A incluyen etanol, H2S, CO2, SO2, C2H4, C2H6,C3H6

Moléculas φ > 3 A, ej: C3H8

Preferido para deshidratación en sistema cerrado gas y liquido. Aire acondicionado, empaques de medicinas, electrónica, químicos, pinturas, plásticos

5A5

Talco

1/16 Pellets

1/8 Pellets

28

21,5

21,5

Moléculas φ < 5 A incluyen n-C4H9OH, n-C4H10,C3H8 a C22H46, R-12

Moléculas φ > 5 A. ej: isomeros y aromaticos 4

anillos

Separar normal parafinas de iso parafinas y aromáticos

10X8

Talco

1/16 Pellets

1/8 Pellets

36

28

28

Isoparafinas y olefinas. Moleculas con φ<8 A

Di n-butilamina y mayores

Separar aromáticos

13X10

Talco

1/16 Pellets

1/8 Pellets

36

28,5

28,5Moléculas φ < 10 A Moléculas φ > 10

Deshidratación general de gas, secado de aire de instrumentos, remocion de agua y CO2, H2S


TAMICES MOLECULARESTAMICES MOLECULARES


SELECCIÓN DE DESECANTESSELECCIÓN DE DESECANTES

FUNDAMENTALMENTE ECONOMICO: CAPEX vs OPEX

ALUMINAS → MAS ECONOMICAS → MAYOR TORRE PARA MISMA CAPACIDAD → MAYOR ENERGIA

TAMICES→ MAS VERSATILES → MAS COSTOSAS → MAYOR DESHIDRATACION

Desecante Pto de rocío salida

Alumina - 73 oC / -100 oFGeles - 60 oC / -76 oF

Tamices moleculares - 90 oC / -130 oF

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍATECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II EL PROCESOEL PROCESO

GAS A DESHIDRATAR

GAS HUMEDO CALIENTEGAS DE REGENERACION

400-600 oF

200-315 oC

ABIERTA

CERRADA

5-10% de Gas Total


EXISTEN TRES FUENTES DEL GAS DE EXISTEN TRES FUENTES DEL GAS DE REGENERACIONREGENERACION::

GAS DE ENTRADA: ENVUELVE RE-SATURACION

SISTEMA CERRADO SEPARADO DE LA CORRIENTE DE PROCESO: REQUIERE UN SISTEMA DE TUBERIAS SEPARADO

GAS SECO DESHIDRATADO DE LA UNIDAD: MAS EFICIENTE, MAYOR COSTO, LA NORMA EN PROCESOS CRIOGENICOS


FRCFRC

ADSORCION

REGENERACION

ENFRIAMIENTO

CALENTADOR

CONDENSADORSEPARADOR

SECADO

ENFRIAMIENTO

REGENERACION

RE SECADO

CICLO ABIERTO CICLO ABIERTO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS HUMEDO PARA HUMEDO PARA ENFRIAMIENTO Y ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO EN ESE ORDENEN ESE ORDEN


FRCFRC

ADSORCION

REGENERACION

ENFRIAMIENTO

CALENTADOR

CONDENSADOR SEPARADOR

HX

CICLO ABIERTO CICLO ABIERTO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS HUMEDO PARA HUMEDO PARA CALENTAMIENTO Y CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO EN EN ESE ORDENESE ORDEN

SECADO

ENFRIAMIENTO

REGENERACION

RE SECADO


FRCFRC

ADSORCION

REGENERACION

ENFRIAMIENTO

CALENTADOR

CONDENSADOR

SEPARADOR

HX

CICLO ABIERTO CICLO ABIERTO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS HUMEDO PARA HUMEDO PARA CALENTAMIENTO CALENTAMIENTO GAS SECOGAS SECO PARA PARA ENFRIAMIENTOENFRIAMIENTO EN EN ESE ORDENESE ORDEN

FRCFRC

SECADO

ENFRIAMIENTO

REGENERACION

RE SECADO


ADSORCION

REGENERACION

ENFRIAMIENTO

CALENTADOR

CONDENSADOR

SEPARADOR

CICLO CICLO CERRADOCERRADO UTILIZANDO GAS UTILIZANDO GAS SECO PARA SECO PARA ENFRIAMIENTO Y ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTOCALENTAMIENTO

FRCFRCHX

COMPRESOR

SECADO

ENFRIAMIENTO

REGENERACION

RE SECADO

ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍATECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - II CARACTERISTICAS OPERATIVASCARACTERISTICAS OPERATIVAS

RANGO OPERATIVO: T < 50 oC PARA UTILIZAR CAPACIDAD DE SECADO. GAS ENCIMA DE PTO HIDRATOS. SIN LIMITACIONES EN P

TIEMPO DE VIDA DESECANTE: 3-5 AÑOS LIMITADO POR HC, POLVO Y ROMPIMIENTO

DESHIDRATACION OBTENIDA: -75 A 125 oC (-103 a -193 oF)

DURACION DEL CICLO: VARIA CON CARGA DE AGUA Y TASA DE GAS ENTRE 8-24 HORAS

FLUJO DE GAS: DESCENDENTE PARA DESHIDRATACION

REGENERACION: VARIA CON TIPO DE DESECANTE. T → 175-300 oC (347-572 oF). 5-15% DE CORRIENTE TOTAL. EN CICLO DE 8 HORAS, 6 HORAS PARA CALENTAR Y 2 PARA ENFRIAMIENTO EN DOS TORRES


CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS REGENERACIONREGENERACION

METODO DE CALENTAMIENTO: PARTE DE LA CORRIENTE PRINCIPAL SE DESVIA

TEMPERATURA: 175-300 oC (347-572 oF). T ↑ INCREMENTA CAPACIDAD PERO RECORTA VIDA UTIL DESECANTE. EL AGUA RETENIDA SE LIBERA A 125 oC (257 oF). DEL CALENTADOR, EL GAS SALE A 200-350 oC (392-662 oF)

DIRECCION DEL GAS: CONTRACORRIENTE AL FLUJO DE GAS.

TASA DE FLUJO: 5-15% DEL GAS TOTAL. FLUJO DEBE SER SUFICIENTE PARA CALENTAR EN EL TIEMPO DEL CICLO HASTA T REQUERIDA PARA VAPORIZAR EL AGUA

CALOR REQUERIDO: CALOR DE DESORCION DEL AGUA + CALOR SENSIBLE DEL DESECANTE Y RECIPIENTE

TIEMPO REQUERIDO: PARA LLEVAR EL GAS DE REGENERACION A LA TEMPERATURA DESEADA: 65-75 % DEL CICLO TOTAL


CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS REGENERACIONREGENERACION

FUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL IIFUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL II


LAS VARIABLES DEL PROCESOLAS VARIABLES DEL PROCESO

SE ESTABLECE CARGA DE AGUA POR 24 HORAS Y DEW POINT DE AGUA (SE SUPONE 100 % REMOCION)

SE ESTABLECE EL CICLO DE SECADO (MTZ NO ALCANZA EL FINAL DEL LECHO)

SE EXPONE EL GAS AL DESECANTE. EXISTE UNA COMBINACION INFINITA DE LONGITUD DE CICLO Y # TORRES

SE OPTIMIZAN LAS VARIABLES DEPENDIENTES:

DURACION DEL CICLO

VELOCIDAD PERMISIBLE

DESEMPEÑO DINAMICO

REQUERIMIENTOS DE REGENERACION

ΔP


CAPACIDAD DEL DESECANTECAPACIDAD DEL DESECANTE

ZONA DE EQUILIBRIO O SATURACION: EL ZONA DE EQUILIBRIO O SATURACION: EL DESECANTE ES SATURADO CON AGUA Y DESECANTE ES SATURADO CON AGUA Y NO TIENE CAPACIDAD DE ABSORCIÓN NO TIENE CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ADICIONAL. ADICIONAL.

ZONA DE TRANSFERENCIA (MTZ): EXISTE ZONA DE TRANSFERENCIA (MTZ): EXISTE UN GRADIENTE DE COMPOSICIÓN. TODA UN GRADIENTE DE COMPOSICIÓN. TODA EL AGUA ES ADSORBIDA EN ESTA ZONA. EL AGUA ES ADSORBIDA EN ESTA ZONA. AL OPERAR MUCHO EN ADSORCION SE AL OPERAR MUCHO EN ADSORCION SE MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT) MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT)

ZONA ACTIVA: EL DESECANTE TIENE 100 ZONA ACTIVA: EL DESECANTE TIENE 100 % DE REMOCIÓN DE AGUA, PUES % DE REMOCIÓN DE AGUA, PUES CONTIENE EL CONTENIDO RESIDUAL DE CONTIENE EL CONTENIDO RESIDUAL DE REGENERACIÓNREGENERACIÓN

ADSORCION

AL OPERAR EN AL OPERAR EN ADSORCION SE ADSORCION SE MUEVE AL FONDO MUEVE AL FONDO (BREAKTHROUGHT) (BREAKTHROUGHT)

L1

L2

L3


CAPACIDAD (UTIL) DEL CAPACIDAD (UTIL) DEL DESECANTEDESECANTE

Bauxita: 4-6 kg agua por 100 kg de desecante

Alumina: 4-7 kg agua por 100 kg de desecanteGeles: 7-9 kg agua por 100 kg de desecanteTamices moleculares: 9-12 kg por 100 kg de desecante

DEGRADACION: PERDIDA DE AREA ACTIVA DEBIDO A CONTAMINACION QUE NO PUEDE SER REGENERADO

HC PESADOS

AMINAS

GLICOLES

INHIBIDORES DE CORROSION

AGUA LIQUIDA (DEPOSITA SALES)

FILTROS SEPARADORES

LECHO DE ADSORBENTE GASTADO


φ Y L DE RECIPIENTES

CICLO DE ADSORCION

CARGA DE ADSORBENTE

CALOR DE REGENERACION

DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO


DADO: CARGA DE AGUA, LONGITUD DEL CICLO, CONFIGURACION DE TORRES, EL RECIPIENTE DEBE SER CAPAZ DE:

DIMENSIONES DE DIMENSIONES DE RECIPIENTESRECIPIENTES

PROVEER SUFICIENTE AREA PARA RESTRICCIONES DE ΔP

SUFICIENTE VOLUMEN PARA ACOMODAR LA CARGA DE DESECANTE

SUFICIENTE LONGITUD PARA EVITAR QUE LA ZONA MTZ NO SUPERE LA LONGITUD TOTAL DEL RECIPIENTE


DIMENSIONES DE DIMENSIONES DE RECIPIENTESRECIPIENTES

AGUA ADSORBIDA POR CICLO

salidaentrada WWQAdsorbidaAgua

CARGA DE AGUA

2

053,0d

WQq

Métrico InglesQ Caudal estándar MM m3/d MM scfdW Contenido de agua Kg/MMm3 Lbs/MMscfq Carga de agua Kg/hr-m2 Lbs/hr-pie2

d Diámetro del lecho m pie


DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO: : DIAMETRODIAMETRO

VELOCIDAD SUPERFICIAL A TRAVES DEL LECHO (EQ ERGUN MODIFICADA)

2gVCVB

L

Pg

Metrico Ingles

ΔP/L Caída de presión kPa/m Psi/pieμ Viscosidad del gas cP cP

Vg Velocidad superficial de gas m/min Pie/minρ Densidad del lecho Kg/m3 Lb/pie3

B,C Constantes

Métrico Ingles

Tipo de partícula B C B C

1/8” esferica 4,16 0,00135 0,0560 0,00008891/8” extrudada 5,36 0,00189 0,0722 0,0001241/16” esferica 11,3 0,00207 0,152 0,0001361/8” extrudada 17,7 0,00319 0,238 0,000210

lecho

gasg A

QV


DIMENSIONAMIENTO: DIMENSIONAMIENTO: DIAMETRODIAMETRO

VELOCIDAD PERMISIBLE PARA TAMICES MOLECULARESVELOCIDAD PERMISIBLE PARA TAMICES MOLECULARES

pie

psi

L

P4,0333,0

psiP 5max

ΔP > 8 psi Rompimiento del tamiz

5,04

V

qD

D Diámetro (pie)q Caudal (pie3/s)V Velocidad (pie/s)

FUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL IIFUENTE: GPSA DATA BOOK, VOL II


DIMENSIONAMIENTO: DIMENSIONAMIENTO: LONGITUDLONGITUD

LA LONGITUD DEL LECHO (hb) ES DEPENDIENTE DE:

CAPACIDAD UTIL DEL DESECANTE, x

DURACION DEL CICLO DE ADSORCION,

Hb, x, θ SE SELECCIONAN POR ENSAYO Y ERROR


CAPACIDAD DEL CAPACIDAD DEL DESECANTEDESECANTE

MTZMTZ

ACTIVAACTIVA

MTZMTZ

ACTIVAACTIVA

MTZMTZ

ACTIVAACTIVA

Ciclo de absorciónCiclo de absorciónInicioInicio FinalFinal

EQUILIBRIO

EQUILIBRIOhB

adsorcionciclobh

Deshidratadsorcion 101025204517-phpapp02

Education

Transcript of Deshidratadsorcion 101025204517-phpapp02