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Procesamiento de gas natural

Una planta de procesamiento de gas natural en Aderklaa, Austria

El procesamiento de gas natural es una gama de procesos industriales diseñados para purificar el gas natural crudo mediante la eliminación de contaminantes como sólidos, agua , dióxido de carbono ( CO2 ), sulfuro de hidrógeno ( H2S ), mercurio e hidrocarburos de mayor masa molecular ( condensado ) para producir gas natural seco de calidad para tuberías [1] para distribución por tuberías y uso final. [2] Algunas de las sustancias que contaminan el gas natural tienen valor económico y se procesan o venden posteriormente. Los hidrocarburos que son líquidos en condiciones ambientales: temperatura y presión (es decir, pentano y más pesados) se denominan condensado de gas natural (a veces también llamado gasolina natural o simplemente condensado ).

El gas natural crudo proviene principalmente de tres tipos de pozos: pozos de petróleo crudo , pozos de gas y pozos de condensado. El petróleo crudo y el gas natural a menudo se encuentran juntos en el mismo yacimiento. El gas natural producido en pozos con petróleo crudo generalmente se clasifica como gas asociado disuelto, ya que el gas había estado asociado o disuelto en petróleo crudo . La producción de gas natural no asociada con petróleo crudo se clasifica como "no asociada". En 2009, el 89 por ciento de la producción de gas natural en boca de pozo de EE. UU. no era asociada. [3] Los pozos de gas no asociado que producen un gas seco en términos de condensado y agua pueden enviar el gas seco directamente a un gasoducto o planta de gas sin someterse a ningún proceso de separación, lo que permite su uso inmediato . [4]

El procesamiento del gas natural comienza bajo tierra o en la boca del pozo. En un pozo de petróleo crudo, el procesamiento del gas natural comienza cuando el fluido pierde presión y fluye a través de las rocas del yacimiento hasta llegar a la tubería del pozo. [5] En otros pozos, el procesamiento comienza en la boca del pozo, donde se extrae la composición del gas natural según el tipo, la profundidad y la ubicación del depósito subterráneo y la geología del área. [2]

El gas natural cuando está relativamente libre de sulfuro de hidrógeno se llama gas dulce ; el gas natural que contiene niveles elevados de sulfuro de hidrógeno se llama gas agrio ; el gas natural, o cualquier otra mezcla de gases, que contenga cantidades significativas de sulfuro de hidrógeno o dióxido de carbono o gases ácidos similares, se llama gas ácido .

Tipos de pozos de gas natural crudo

Contaminantes en el gas natural crudo

El gas natural crudo se compone principalmente de metano (CH 4 ) y etano (C 2 H 6 ), las moléculas de hidrocarburo más cortas y ligeras . A menudo también contiene cantidades variables de:

Normas de calidad del gas natural

El gas natural crudo debe purificarse para cumplir con los estándares de calidad especificados por las principales empresas de transmisión y distribución por gasoducto . Esos estándares de calidad varían de un gasoducto a otro y suelen depender del diseño del sistema de gasoductos y de los mercados a los que sirve. En general, los estándares especifican que el gas natural:

El gas natural debe:

Descripción de una planta procesadora de gas natural

Existen diversas formas de configurar los distintos procesos unitarios utilizados en el tratamiento del gas natural crudo. El diagrama de flujo de bloques que se muestra a continuación es una configuración generalizada y típica para el procesamiento del gas natural crudo de pozos de gas no asociado que muestra cómo se procesa el gas natural crudo para convertirlo en gas de venta que se envía por tuberías a los mercados de los usuarios finales. [15] [16] [17] [18] [19] y varios subproductos:

El gas natural crudo se recolecta comúnmente de un grupo de pozos adyacentes y primero se procesa en recipientes separadores en ese punto de recolección para eliminar el agua líquida libre y el condensado de gas natural . [23] El condensado generalmente se transporta luego a una refinería de petróleo y el agua se trata y se elimina como aguas residuales.

El gas crudo se transporta luego por tuberías a una planta de procesamiento de gas donde la purificación inicial suele consistir en la eliminación de los gases ácidos (sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono). Existen varios procesos disponibles para ese fin, como se muestra en el diagrama de flujo, pero el tratamiento con aminas es el proceso que se ha utilizado históricamente. Sin embargo, debido a una serie de limitaciones ambientales y de rendimiento del proceso con aminas, una tecnología más nueva basada en el uso de membranas poliméricas para separar el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno de la corriente de gas natural ha ganado cada vez más aceptación. Las membranas son atractivas porque no se consumen reactivos. [24]

Los gases ácidos, si están presentes, se eliminan mediante un tratamiento con membranas o aminas y luego se pueden enviar a una unidad de recuperación de azufre que convierte el sulfuro de hidrógeno del gas ácido en azufre elemental o ácido sulfúrico. De los procesos disponibles para estas conversiones, el proceso Claus es, con diferencia, el más conocido para recuperar azufre elemental, mientras que el proceso de contacto convencional y el WSA ( proceso de ácido sulfúrico húmedo ) son las tecnologías más utilizadas para recuperar ácido sulfúrico . Se pueden eliminar cantidades más pequeñas de gas ácido mediante quema.

El gas residual del proceso Claus se denomina comúnmente gas de cola y luego se procesa en una unidad de tratamiento de gas de cola (TGTU) para recuperar y reciclar los compuestos residuales que contienen azufre en la unidad Claus. Nuevamente, como se muestra en el diagrama de flujo, hay varios procesos disponibles para tratar el gas de cola de la unidad Claus y, para ese propósito, un proceso WSA también es muy adecuado, ya que puede funcionar de manera autotérmica con los gases de cola.

El siguiente paso en la planta de procesamiento de gas es eliminar el vapor de agua del gas utilizando la absorción regenerable en trietilenglicol líquido (TEG), [12] comúnmente conocida como deshidratación de glicol , desecantes de cloruro delicuescente y/o una unidad de adsorción por cambio de presión (PSA) que es una adsorción regenerable que utiliza un adsorbente sólido. [25] También se pueden considerar otros procesos más nuevos como las membranas .

Luego, el mercurio se elimina mediante procesos de adsorción (como se muestra en el diagrama de flujo), como carbón activado o tamices moleculares regenerables . [7]

Aunque no es común, a veces se elimina y rechaza el nitrógeno mediante uno de los tres procesos indicados en el diagrama de flujo:

Tren de fraccionamiento de NGL

El proceso de fraccionamiento de NGL trata el gas residual de los separadores en una terminal petrolera o la fracción de cabeza de una columna de destilación de crudo en una refinería . El fraccionamiento tiene como objetivo producir productos útiles, incluido el gas natural adecuado para tuberías a consumidores industriales y domésticos; gases licuados de petróleo (propano y butano) para la venta; y gasolina como materia prima para la mezcla de combustible líquido. [29] La corriente de NGL recuperada se procesa a través de un tren de fraccionamiento que consta de hasta cinco torres de destilación en serie: un desmetanizador , un desetanizador , un despropanizador, un desbutanizador y un divisor de butano . El tren de fraccionamiento generalmente utiliza un proceso de destilación criogénica a baja temperatura que implica la expansión del NGL recuperado a través de un turboexpansor seguido de la destilación en una columna de fraccionamiento desmetanizadora . [30] [31] Algunas plantas de procesamiento de gas utilizan el proceso de absorción de aceite pobre [27] en lugar del proceso de turboexpansor criogénico.

La alimentación gaseosa a la planta de fraccionamiento de NGL se comprime normalmente a aproximadamente 60 barg y 37 °C. [32] La alimentación se enfría a -22 °C, mediante intercambio con el producto de cabeza del desmetanizador y mediante un sistema de refrigeración y se divide en tres corrientes:

El producto de cabeza es principalmente metano a 20 bar y -98 °C. Este se calienta y se comprime para producir un gas de venta a 20 bar y 40 °C. El producto de fondo es NGL a 20 barg que se alimenta al desetanizador.  

El producto de cabeza del desetanizador es etano y los residuos se alimentan al despropanizador. El producto de cabeza del despropanizador es propano y los residuos se alimentan al desbutanizador. El producto de cabeza del desbutanizador es una mezcla de butano normal e isobutano, y el producto de los residuos es una mezcla de C5 + gasolina .

Las condiciones de operación de los recipientes en el tren de fraccionamiento de NGL son típicamente las siguientes. [29] [33] [34]

Una composición típica del alimento y del producto es la siguiente: [32]

Unidades de endulzamiento

Las corrientes recuperadas de propano, butanos y C 5 + pueden ser "endulzadas" en una unidad de proceso Merox para convertir los mercaptanos indeseables en disulfuros y, junto con el etano recuperado, son los subproductos finales de NGL de la planta de procesamiento de gas. Actualmente, la mayoría de las plantas criogénicas no incluyen fraccionamiento por razones económicas, y la corriente de NGL se transporta en su lugar como un producto mixto a complejos de fraccionamiento independientes ubicados cerca de refinerías o plantas químicas que utilizan los componentes como materia prima . En caso de que el tendido de tuberías no sea posible por razones geográficas, o la distancia entre la fuente y el consumidor exceda los 3000 km, el gas natural se transporta entonces por barco como GNL ( gas natural licuado ) y se convierte nuevamente a su estado gaseoso en las proximidades del consumidor.

Productos

El gas residual de la sección de recuperación de NGL es el gas de venta final, purificado, que se envía por tuberías a los mercados de usuarios finales. El comprador y el vendedor establecen normas y acuerdos sobre la calidad del gas. Por lo general, estos especifican la concentración máxima permitida de CO2 , H2S y H2O , y exigen que el gas esté comercialmente libre de olores y materiales desagradables, polvo u otra materia sólida o líquida, ceras, gomas y componentes que formen goma, que puedan dañar o afectar negativamente el funcionamiento del equipo del comprador. Cuando ocurre una anomalía en la planta de tratamiento, los compradores generalmente pueden negarse a aceptar el gas, reducir el caudal o renegociar el precio.

Recuperación de helio

Si el gas tiene un contenido significativo de helio , este se puede recuperar mediante destilación fraccionada . El gas natural puede contener hasta un 7% de helio y es la fuente comercial de este gas noble. [35] Por ejemplo, el yacimiento de gas Hugoton en Kansas y Oklahoma, en los Estados Unidos, contiene concentraciones de helio de entre el 0,3% y el 1,9%, que se separa como un subproducto valioso. [36]

Véase también

Referencias

  1. ^ "PHMSA: Comunicaciones con las partes interesadas - Plantas de procesamiento de gas natural". primis.phmsa.dot.gov . Consultado el 9 de abril de 2018 .
  2. ^ ab Speight, James G. (2015). Manual de análisis de productos petrolíferos, segunda edición . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. pág. 71. ISBN 978-1-118-36926-5.
  3. ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 5 de marzo de 2016. Consultado el 21 de septiembre de 2014 .{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
  4. ^ Kidnay, Arthur J.; Parrish, William R.; McCartney, Daniel G. (2019). Fundamentos del procesamiento de gas natural, tercera edición . Boca Raton, FL: CRC Press. pág. 165. ISBN 978-0-429-87715-5.
  5. ^ Agencia Central de Inteligencia de los Estados Unidos (1977). Gas natural . Washington, DC: Agencia Central de Inteligencia de los Estados Unidos. p. 25.
  6. ^ ab Pronóstico de producción de petróleo crudo de EE. UU.: análisis de los tipos de crudo (PDF) , Washington, DC: Administración de Información Energética de EE. UU., 29 de mayo de 2014, pág. 7. Un último punto a considerar implica la distinción entre los grados muy ligeros de condensado de arrendamiento (que se incluyen en los datos de producción de petróleo de la EIA) y los líquidos de gas de hidrocarburo (HGL) que se producen en la boca del pozo como gas, pero se convierten en líquidos cuando se separan del metano en una planta de procesamiento de gas natural. Estos hidrocarburos incluyen etano, propano, butanos e hidrocarburos con cinco o más átomos de carbono, conocidos como pentanos plus, nafta o condensado de planta. El condensado de planta también se puede mezclar con petróleo crudo, lo que cambiaría tanto la distribución como el volumen total de petróleo recibido por las refinerías.
  7. ^ abc "Eliminación de mercurio de gas natural y líquidos" (PDF) . UOP LLC. Archivado desde el original (PDF) el 1 de enero de 2011.
  8. ^ "Radio en tuberías".
  9. ^ abcd "Reglamento de 1996 sobre seguridad (gestión) del gas". Legislación.co.uk . 1996 . Consultado el 13 de junio de 2020 .
  10. ^ Instituto del Petróleo (1978). Una guía sobre la tecnología del petróleo y el gas del Mar del Norte . Londres: Heyden & Son. pág. 133. ISBN 0855013168.
  11. ^ Deshidratación de gas natural Archivado el 24 de febrero de 2007 en Wayback Machine por el profesor Jon Steiner Gudmundsson, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología
  12. ^ ab Deshidratación de glicol Archivado el 12 de septiembre de 2009 en Wayback Machine (incluye un diagrama de flujo)
  13. ^ Desulfurización y eliminación de mercurio del gas natural Archivado el 3 de marzo de 2008 en Wayback Machine por Bourke, MJ y Mazzoni, AF, Conferencia sobre acondicionamiento de gas Laurance Reid, Norman, Oklahoma, marzo de 1989.
  14. ^ Uso de la geoquímica del gas para evaluar el riesgo de mercurio Archivado el 28 de agosto de 2015 en Wayback Machine , OilTracers, 2006
  15. ^ Procesamiento de gas natural: el vínculo crucial entre la producción de gas natural y su transporte al mercado Archivado el 4 de marzo de 2011 en Wayback Machine.
  16. ^ Ejemplo de planta de gas Archivado el 1 de diciembre de 2010 en Wayback Machine.
  17. ^ De la purificación al procesamiento del gas de licuefacción Archivado el 15 de enero de 2010 en Wayback Machine.
  18. ^ "Diseño de tratamiento de gas de alimentación para el proyecto Pearl GTL" (PDF) . spe.org . Consultado el 9 de abril de 2018 .
  19. ^ Beneficios de integrar la extracción de NGL y la licuefacción de GNL Archivado el 26 de junio de 2013 en Wayback Machine
  20. ^ "MSDS: Líquidos de gas natural" (PDF) . ConocoPhillips.
  21. ^ "¿Qué son los líquidos de gas natural y cómo se utilizan?". Administración de Información Energética de los Estados Unidos. 20 de abril de 2012.
  22. ^ "Guía para comprender el gas natural y los líquidos de gas natural". STI Group. 19 de febrero de 2014.
  23. ^ "Tecnología de separación de líquidos y gases: petróleo y gas | Pall Corporation". www.pall.com . Consultado el 22 de abril de 2023 .
  24. ^ Baker, RW "Future Directions of Membrane Gas Separation Technology" (Direcciones futuras de la tecnología de separación de gases por membrana), Ind. Eng. Chem. Res. 2002, volumen 41, páginas 1393-1411. doi :10.1021/ie0108088
  25. ^ Tamices moleculares Archivado el 1 de enero de 2011 en Wayback Machine (incluye un diagrama de flujo de una unidad PSA)
  26. ^ Gas Processes 2002 , Procesamiento de hidrocarburos, páginas 84-86, mayo de 2002 (diagramas de flujo esquemáticos y descripciones de los procesos de rechazo y eliminación de nitrógeno)
  27. ^ ab Evolución impulsada por el mercado de las tecnologías de procesamiento de gas para líquidos de gas natural Página web de Advanced Extraction Technology Inc.
  28. ^ Unidad de rechazo de nitrógeno del proceso AET Página web de Advanced Extraction Technology Inc.
  29. ^ ab Manley, DB (1998). "Destilación termodinámicamente eficiente: Fraccionamiento de NGL". Investigación Aplicada Latinoamericana .
  30. ^ Proceso de turboexpansión criogénica Página web de Advanced Extraction Technology Inc.
  31. ^ Gas Processes 2002 , Procesamiento de hidrocarburos, páginas 83-84, mayo de 2002 (diagramas de flujo esquemáticos y descripciones de los procesos NGL-Pro y NGL Recovery)
  32. ^ abc Muneeb Nawaz 'Síntesis y diseño de diagramas de flujo de desmetanizadores para procesos de separación a baja temperatura', Universidad de Manchester, tesis doctoral inédita, 2011, págs. 137, 138, 154
  33. ^ Luyben, WL (2013). "Control de un tren de columnas de destilación para la separación de gas natural". Investigación en química industrial e ingeniería . 52 : 5710741–10753. doi :10.1021/ie400869v.
  34. ^ ElBadawy, KM; Teamah, MA; Shehata, AI; Hanfy, AA (2017). "Simulación de la producción de GLP a partir de gas natural utilizando torres de fraccionamiento". Revista internacional de investigación científica y técnica avanzada . 6 (7).
  35. ^ Winter, Mark (2008). "Helium: the essentials". Universidad de Sheffield . Consultado el 14 de julio de 2008 .
  36. ^ Dwight E. Ward y Arthur P. Pierce (1973) "Helio" en Recursos minerales de Estados Unidos , Servicio Geológico de Estados Unidos, Documento profesional 820, págs. 285-290.

Enlaces externos

Lectura adicional