Proceso De Turboexpansión.docx

PROCESO DE TURBOEXPANSIÓN Un proceso de expansión, se conoce como aquel en el cual un fluido pasa de mayor a menor presión. Esta disminución de la presión, trae asociada una disminución de la temperatura. El gas, se hace fluir a través de una turbina de expansión, hasta temperaturas muy bajas con el propósito de condensar una mayor cantidad de 33C componentes (metano, etano, propano, butano y más pesados). En estas turbinas, la presión cae bruscamente y el gas se enfría sensiblemente alcanzando temperaturas de hasta -126 º F (proceso criogénico). En las plantas de extracción criogénica se opera a temperaturas muy bajas, entre 100ºF/-150 ºF (199,8 y 172) ºK. El gas de entrada a la planta pasa primero por tratamiento para remover impurezas, luego fluye a través de un sistema de turbo expansión, donde alcanza temperaturas muy bajas que permiten que se condense el propano y componentes más pesados que son llevados a una serie de torres para separarlos y estabilizarlos. El gas residual formado por los componentes más livianos delgas natural de alimentación (mayormente metano y etano) es usualmente vendido como combustible para fábricas y plantas de generación eléctrica. La turboexpansión, clave de un proceso en que las extremas temperaturas sirven para destilar los componentes más ricos del gas.Consiste en disminuir la presión y la temperatura de los gases, aumentando su volumen para así poder licuarlos o condensarlos, aprovechando el trabajo producido para generar potencia El proceso se alcanza temperaturas bastante bajas y por tanto se licua una parte sustancial etano y componentes más pesados del gas natural. estos productos son posteriormente recuperados por fraccionamiento. Las bajas temperaturas se alcanzan por expansión del gas a alta presión. EI cual ha sido considerablemente enfriado a través de un intercambiador de calor y por refrigeración y pasa a través de una turbina en la cual se extrae trabajo o energía al gas. De esta forma se logran niveles de temperatura del gas considerablemente más bajos que los que pueden obtenerse en una expansión Joule-Thompson, Una vez que el gas ha sido enfriado y una buena porción del etano y la mayoría del propano y más pesados han sido licuados se separan del gas frio.

Los líquidos condensados se fraccionan en los diferentes productos líquidos mercadeables

Variaciones en el proceso turbo expander

Reciclaje del gas Residual (RR) Éste reflujo provee más refrigeración al sistema y permite realizar mayores recobros de etano. Permite incrementar el recobro de etano por encima del 80%, es tolerante al CO2 y el recobro puede será justado por la cantidad de reciclaje utilizado. Proceso de Gas Sub enfriado (GSP) Una porción del gas del separador de baja temperatura se envía al intercambiador de calor donde se condensa totalmente con la corriente de tope. Luego ésta porción se expande bruscamente a través de la válvula en el tope de la columna para proveer el reflujo. Ésta modificación se utiliza para gases ricos más de 3 GPM. El diseño GSP es muy tolerante al CO2 hasta por encima del 2%. Variaciones en el proceso turbo expander Proceso CRR (Reciclaje de Residuo Frío) Éste proceso es una modificación del proceso GSP para alcanzar mayores niveles de recobro de etano. Es similar al del GSP excepto que se agregó un compresor y un condensador en el tope del sistema para tomar una porción del gas residual y proveer reflujo adicional al demetanizador, permite alcanzar hasta 98% de recobro de etano. Proceso SDR (Reflujo de Arrastre Lateral) El proceso SDR es otra modificación del GSP. En éste diseño una corriente es sacada del demetanizador, recomprimida y condensada para proveer el reflujo. La corriente tomada del lado del demetanizador está libre de componentes inertes y condensan fácilmente. Así como en el proceso CRR, los equipos adicionales asociados con el sistema de reflujo deben ser justificados con el aumento de recobro del líquido. CARACTERISTICAS Una característica importante del proceso turbo-expander, es de que vapor de agua en el gas de carga debe haber sido virtualmente removido en su totalidad, debido a las muy bajas temperaturas de operación en este proceso. Este proceso es el más eficiente para la separación de líquidos desde Gas Natural. La eficiencia de separación puede alcanzar valores desde 95-98% de propano. La expansión del gas, en lugar de hacerse a través de una válvula, Se hace a través de un turbo expander para aprovechar parte de la energía liberada en la expansión. Otra particularidad de este diseño son las toberas móviles las cuales permiten trabajar con eficiencia en una amplia gama de presiones y caudales adaptando su forma según sean las condiciones de carga.

USOS Y APLICACIONES 

Su aplicación principal es recuperar etano del gas natural, puesto que el etano es una materia prima muy importante para la industria petroquímica.

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Puede ser económicamente rentable en algunos casos comparados con otros procesos si lo que se pretende recuperar son líquidos como propano y más pesados.

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Los procesos usan refrigeración o turbo expanders para lograr temperaturas menores de -40°C necesarios para recobrar el propano.

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El uso del turbo expanders, sin embargo, no elimina la necesidad de la válvula de expansión Joule Thompson que se usa en los sistemas convencionales de refrigeración.

PRINCIPIOS TERMODINAMICOS Expansor-Compresor Los procesos de compresión provocan aumento en la presión. Dispositivos como el compresor y la Bomba son diseñados para este propósito, son usados para el transporte de Fluido o para preparar la materia prima acondiciones requeridas de proceso. 'ara el caso de la expansión de un gas se debe pasar de una presión alta a una baja. En la compresión se consideran dos casos, el isotérmico y el adiabático Compresión una compresión de camino isotérmico requiere menos trabajo que el camino adiabático. Ambos caminos se consideran reversibles para un gas ideal de P1 a P2. El camino de una compresión real se sitúa entre dos límites, pero es m/s cercano a la adiabático. Sin embargo, al comprimir en etapas con un enfriamiento a presión constante entre cada paso, es posi&le, al menos en principio alcanzar el camino isotérmico. Expansión Hay dos razones importantes para expandir gases 1. Obtención de trabajo. 2. Producción de temperaturas más bajas en el proceso, como en el caso de la licuefacción y la refrigeración. En ambos casos el gas es capaz de producir trabajo, pero para el caso de la licuefacción el énfasis es en la obtención de una temperatura baja. En ejemplo de esto es un proceso de estrangulamiento adiabático. Que disminuye la temperatura

del gas, pero no produce trabajo. En el otro extremo está la turbina que puede extraer casi el 85% del trabajo máximo disponible de una corriente de alta presión y temperatura. Para obtener el máximo trabajo de la expansión del gas se prefiere un proceso isotérmico que uno adiabático.

Como se observa en la Figura, bajo la curva isoterma el área de la curva es mayor, lo que indica que es factible producir más trabajo con una trayectoria isoterma que con un camino adiabático.

El régimen criogénico comprende temperaturas por de bajo de los -100 °F. Las temperaturas criogénicas se obtienen por la evaporación rápida de los líquidos volátiles o por la expansión de gases confinados a presión desde 350 hasta 200 atmosferas. La expansión puede darse a través de una región de menor presión. Muchos procesos se han desarrollado y son usados para licuar gases. Los procesos de refrigeración están constituidos de manera similar, difieren de los procesos de licuefacción. En que estos son cíclicos y el fluido de trabajo generalmente permanece a una temperatura más baja que su temperatura critica. Todos los sistemas criogénicos consisten en un compresor, un intercambiador y un expansor. Hay dos métodos básicos para producir frío ambos son procesos que manejan gases y hacen uso del hecho de que el calor del compresor se transfiere al ambiente y el gas es entonces expandido y enfriado

PROCESO DE REMOCIÓN DE HG MECANISMOS DE DEGRADACIÓN Los mecanismos por los cuales el Hg puede degradar las aleaciones de aluminio son básicamente tres: - Amalgamación. - Corrosión de amalgama. - Fragilización por metal líquido. Amalgamación Es el proceso por el cual el Hg forma soluciones líquidas con metales tales como Al, Sn, Au, Ag y Zn. No requiere agua para desarrollarse. En el caso del Al, la formación de amalgama enfrenta dos problemas: *La película de óxido formada natural o intencionalmente sobre su superficie le confiere cierta protección. Si bien esta capa protectora no es completamente homogénea y puede tener defectos, la tensión superficial del Hg dificulta su penetración.

* La solubilidad de Al en la amalgama es baja, y se necesitan en consecuencia cantidades significativas de Hg para disolver una pequeña porción de Al. Se manifiesta como un picado o un decapado superficial. Corrosión de amalgama Ocurre cuando el Hg y el aluminio se amalgaman en presencia de humedad:

Hg + Al  Hg(Al)

(amalgamación)

Hg(Al) + 6 H2O  Al2O3.3H2O + 3 H2 + Hg Hg + Al  Hg(Al)

(amalgamación)

Dado que el Hg se regenera, la reacción es auto-propagante en la medida en que exista agua. 

La diferencia entre la amalgamación simple y la corrosión de amalgama, es que ésta requiere agua y se propaga con cantidades minúsculas de Hg. Estas condiciones pueden presentarse durante las operaciones de mantenimiento o desescarchado de la unidad.

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Si existen suficiente humedad y Hg, la penetración es rápida, aunque no tanto como en el mecanismo de fragilización que veremos después.

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No es un modo habitual de falla debido a que en general no hay contacto entre el Hg líquido y la humedad o el agua.

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Ocasionalmente en la inspección con el baroscopio se ven picaduras en múltiples, con apariencia de puntos blancos.

NIVELES ACEPTABLES DE MERCURIO Para plantas criogénicas de gas con equipamiento de aluminio, son generalmente aceptadas las siguientes recomendaciones sobre el contenido de Hg del gas de alimentación: Concentraciones inferiores a 0,01 g/Nm3: son admisibles sin tomar precaución alguna. Concentraciones entre 0,01 y 0,1g/Nm3: son admisibles siempre que los equipos construidos en aleación de aluminio estén diseñados para soportar la agresión del mercurio. Concentraciones superiores a 0,1 g/Nm3: deben tratarse con removedor específico. IMPACTO EN ACEROS Sitios de acumulación del mercurio Adsorción 

Es una observación común que el contenido de Hg del gas disminuye a medida que aumenta el tiempo de residencia del gas en una tubería de acero. Por ejemplo, se ha reportado que un tramo de 110 km el Hg se redujo de 50 a 20 g/Nm3.

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Este fenómeno se debe a que el Hg transportado por el gas es adsorbido químicamente por los óxidos y sulfuros de hierro existentes en las paredes internas de las cañerías, sin formar amalgama. Parte del Hg adsorbido reacciona para formar compuestos no volátiles, principalmente HgS si está presente el H2S.

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Similar acumulación de Hg se ha observado en paredes de esferas de almacenamiento de gas licuado de petróleo.

No existen relaciones que permitan predecir el grado de contaminación de una instalación de acero a partir de las condiciones operativas. Sin embargo, de las observaciones efectuadas se pueden extraer algunas conclusiones: Los ductos y equipos adsorberán Hg independientemente de la concentración de Hg del gas. No se conoce un límite superior para la cantidad de Hg que puede acumularse por unidad de superficie de acero. Las tuberías nuevas adsorben más Hg que las antiguas, dado que a medida que la tubería envejece, los sitios de la superficie disponibles para la quimisorción disminuyen. En acero inoxidable, la cantidad de Hg adsorbida es siempre menor que en acero al carbono. Riesgo de degradación del acero provocada por mercurio 

No se conocen casos de fallas de tuberías o equipamiento de acero en plantas atribuidos directa o indirectamente al Hg transportado por el gas, ya sea por fragilidad inducida por metal líquido o por corrosión acuosa.

TRATAMIENTO DEL GAS NATURAL PARA REMOVER MERCURIO (HG) MUESTREO Aún no existe información precisa sobre la forma en que el mercurio se distribuye cuando un flujo de líquido, tal como condensados de gas natural, es fraccionado. Con un nivel de mercurio tan bajo, obtener análisis precisos requiere el máximo cuidado. Lo ideal es obtener una muestra representativa de una línea de proceso; requiere una sonda para muestras especiales.Incluso una pequeña cantidad de sólidos presentes en el sistema de muestreo que afectan a las lecturas por un tiempo muy largo.

SISTEMA DE MONITOREO PARA GAS NATURAL El Gas natural a menudo contiene mercurio en concentraciones que varían desde abajo de1 a arriba de 10000 μg/m3. El mercurio es tóxico y potencialmente perjudicial: se puede corroer o fragilizar componentes de la planta de gas. Las plantas de gas natural remueven el mercurio con las unidades de absorción de mercurio (MRUs). MRUs usan absorbedores de cama fija, a menudo con azufre impregnado en carbono u otros quemisorbentes como material activo. El Sistema de Monitoreo de Mercurio es una herramienta ideal para determinar la eficacia de cada MRU en tiempo real y necesario para el buen seguimiento y control de las concentraciones de mercurio en el gas natural durante la producción y transformación. Mercury Instruments Ha diseñado un sistema de vigilancia automática y continua de los niveles de mercurio en gas natural y otros gases inflamables. Instalamos el analizador de mercurio (y accesorios como un calibrador) presión en un recinto que está aprobado

para su uso incluso en zonas peligrosas (ATEX, EExP). Un acalorado sistema toma la muestra y la conduce hasta el analizador a través de tubos de acero inoxidable que ha sido superficialmente tratado para ultra-baja absorción .Cuenta con un sensor de gas que cerrará el sistema y detendrá el flujo de gas de la muestra, si se detecta cualquier fuga. DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS 

Reactor de remoción de mercurio. - El reactor es un recipiente vertical que tiene en su parte interna lo siguiente: En la parte superior se encuentra una capa de esferas que tiene la función de retener los hidrocarburos pesados (parafinas). Luego continúa el lecho de adsorción de mercurio compuesto por una capa de material reactivo, que es el encargado de reducir el contenido de mercurio del gas mediante un proceso de reacción química no reversible. El absorbente es no regenerativo. Debajo del lecho del material reactivo se encuentran dos capas de esferas inertes de material cerámico de diferentes diámetros, en el cabezal inferior del recipiente se encuentra relleno de esferas cerámicas inertes.

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Filtro de partículas. - Sirven para poder evitar arrastre de sólidos desde los reactores a todos los equipos aguas debajo de la unidad de URC.

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Aeroenfriador. - Sirven para enfriar la corriente de gas que fue precalentado por el intercambiador de calor, de esa manera la temperatura del gas de salida de la URC es igual a la temperatura del gas de entrada de la URC.

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Descripción del proceso. - El gas que sale del separador de entrada, entra al filtro coalescedor de entrada a la URC, donde se retiene el hidrocarburo que pueda ser arrastrado por el gas, luego entra al intercambiador de calor donde sufre un pequeño sobrecalentamiento del gas en el orden de 2 a 4 °C

MÉTODO DE ELIMINACIÓN DE MERCURIO Los adsorbentes HgSIV fueron creados para eliminar el mercurio en tamices moleculares existentes en las unidades de adsorción. Ya que las plantas criogénicas tienen la necesidad de contar con secador de tamiz molecular, estas ya existen en la mayoría de las plantas de recuperación de gas natural líquido. Los Adsorbentes moleculares son HgSIV productos tamiz que contienen plata (Ag) en la superficie exterior de la pastilla tamiz molecular. El mercurio del fluido de proceso (ya sea gas o líquido) se amalgama con la plata, y un fluido libre de mercurio del proceso en seco se obtiene. Resultados de la secadora en la eliminación tanto de la carga de aguas de diseño y el mercurio, sin necesidad de una secadora más grande. El mercurio y el agua son

regeneradas a partir de la HgSIV adsorbentes con las técnicas convencionales de gas de la secadora. Físicamente, los adsorbentes HgSIV tienen una apariencia similar a la convencional de tamices moleculares. Ellos están dispuestos en un reborde o con un aspecto granulado. Estos adsorbentes HgSIV se cargan en una adsorción de buques de la misma manera que son convencionales tamices moleculares. No hay necesidad de cuidados especiales, tales como el uso de nitrógeno cubriendo durante la instalación. OPCIONES DE PROCESO ADSORBENTES HgSIV adsorbentes se pueden utilizar en una unidad independiente o en combinación con a granel, no renovables lechos de eliminación de mercurio en el circuito de regeneración de gas. Los lechos adsorbentes no renovables son eficaces para la eliminación de mercurio en grandes cantidades, pero muchas veces no prestan la eliminación del mercurio total. Un proceso independiente se muestra en la Figura. En esta opción de proceso, el mercurio es eliminado de la corriente de alimentación, y deja el proceso como una corriente líquida por separado.

REGENERACIÓN DEL GAS NATURAL Un número de técnicas disponibles para proteger las partes de la planta criogénica, producer GLP sin mercurio, y evitar el mercurio pase al sistema de combustible o en las ventas la línea de gas. Un sistema de este tipo se muestra en la Figura. Aquí, la regeneración pasada de gas, después de haber sido enfriado y se pasa a través de un separador, se envía a través de una cama pequeña de absorbente, como el carbón activado de azufre-cargado. Sólo una pequeña cama es necesario por dos razones. La corriente de gas de regeneración es mucho más pequeña en volumen que la corriente del proceso. Por otra parte, sólo la eliminación masiva de mercurio es necesario. La concentración de mercurio no es necesario a nivel inferior al del gas entrante. Esto significa que preocuparse por la contención del mercurio en la zona de reacción en la cama de eliminación de mercurio no renovable no es necesario. Si bien varias opciones técnicas disponibles para eliminar el mercurio del gas de regeneración, a la fecha ninguna de las compañías de gas natural para el tratamiento de mercurio han optado por eliminar el mercurio de esta corriente.

1¿Qué campos en Bolivia contienen este contaminante? ¿Cuál es la proporción de contenido%?

Campo de San Alberto La federación mencionada informó que los obreros sufrieron entre 6% y 44% de contaminación, existiendo casos graves con 200% de intoxicación, quienes serían los probables fallecidos. Los denunciantes sufrieron represalias y amenazas por parte de la transnacional. Margarita, Sábalo CONCLUSIÓN

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Si el mercurio está presente y se remueve, debe preverse el monitoreo del proceso de remoción en forma periódica, ya que los procesos no criogénicos son selectivos a ciertas especies.

RECOMENDACIÓN Al ponerse en contacto con un ambiente acuático, el mercurio se transforma en metilmercurio, un potente neurotóxico que se acumula, por medio de la cadena trófica, en los peces y en los humanos y fauna silvestre que de ellos se alimentan. Se cree que el metilmercurio es uno de los seis peores contaminantes del planeta. El mercurio nunca desaparece del ambiente, asegurando que la contaminación de hoy será un problema en el futuro. Las principales fuentes de contaminación por mercurio son las naturales debido a los desprendimientos o el desgaste de la corteza terrestre, y la causada por el hombre en los procesos industriales, que es la más importante y la que causa el 75 por ciento de las contaminaciones.

BIBLIOGRAFIA https://es.pdfcoke.com/doc/150365229/PROCESO-DE-TURBOEXPANSION-pptx https://es.pdfcoke.com/doc/313218433/Proceso-de-Extraccion-de-Liquidos-PorTurbo-expansion https://docuri.com/download/turbo-expansion_59c1dbadf581710b28685021_pdf https://es.pdfcoke.com/doc/268139137/Planta-de-Remocion-de-Mercurio-en-El-GasNatural