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TURBO EXPANSION

La turbina de expansión radial o «turbo-expansor» se emplea para crear enfriamiento o generar potencia en las fábricas petroquímicas, en las fábricas separadoras de hidrocarburos u otras de procesos similares, así como también en la industria transformadora del gas. Los turbo-expansores también pueden ser empleados para crear energía eléctrica durante el transporte industrial del gas por los conductos. Ante el aumento de las necesidades económicas en el mercado mundial es importante que los turboexpansores se proyecten con un máximo coeficiente de eficiencia energética y fiabilidad.

Un turbo expansor, se refiere a una máquina con un eje común, con una rueda de expansión centrífuga en un extremo, que expande el gas a una temperatura inferior a 300 ° C (570 ° F), y una rueda compresora centrífuga en el extremo opuesto. Más de 550 compresores expansores AMB están instalados y en servicio a partir de 2015, en instalaciones de procesamiento de gas en todo el mundo.

Descripción del Proceso Turbo-Expansor El gas seco de alimentación se enfría con el gas residual a la salida del demetanizador. Además, con gases de alimentación más ricos se requiere con frecuencia la refrigeración mecánica como suplemento para el enfriamiento del gas. El gas enfriado es enviado al separador de baja temperatura donde se separan los líquidos condensados, los cuales llegan a la parte central del demetenizador mediante una válvula de expansión. El flujo de vapor a la salida del separador pasa por el turbo expansor y llega a la parte superior de la columna demetanizadora. Con esta configuración el recobro de etano alcanza el 80% ó menos. Además, el separador frío se opera a bajas temperaturas para maximizar el recobro. Frecuentemente, las altas presiones y bajas temperaturas son condiciones cercanas al punto crítico del gas haciendo la operación inestable. El otro problema de este diseño es la presencia del bióxido de carbono (CO2), el cual puede solidificarse a las temperaturas de operación presente en el proceso. Los puntos de diseño críticos son a la salida del turbo expansor y el tope del demetanizador. Una alternativa al diseño convencional es el uso de dos turbo expansores donde la expansión ocurre en dos etapas. Mientras este diseño contribuye al acercamiento de las condiciones críticas en el separador de baja temperatura también hace menos posible la formación de sólidos en la columna demetanizadora. Extracción de líquidos de hidrocarburos de gas natural Una planta expansora (que utiliza turboexpansor), produce refrigeración para condensar y recobrar líquidos de hidrocarburos contenidos en el gas natural por el más directo y eficiente medio disponible, consiste en la expansión del gas natural en un turboexpansor. Éste proceso convierte la entalpía del gas en un trabajo utilizable. La expansión del gas a través del turbo expansor se comporta termodinámicamente como un proceso isentrópico, en vez de, un proceso isoentálpico de expansión a través de una válvula. Sin embargo, las temperaturas resultantes con la turbo expansión son mucho más bajas la expansión a través de la

válvula.

Las

modernas

plantas

turbo

expansoras

han

reemplazado

esencialmente a las plantas absorbedoras debido al bajo costo inicial, simplicidad y altos niveles de recobro.

Un diagrama esquemático de un desmetanizador que extrae líquidos de hidrocarburos del gas natural. El gas natural crudo se compone principalmente de metano, la molécula de hidrocarburo más corta y liviana , junto con varias cantidades de gases de

hidrocarburo más pesados, como el etano , propano, normal butano, isobutano, pentanos e incluso hidrocarburos de masa molecular más alta . El gas crudo también contiene varias cantidades de gases ácidos.como el dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno (H 2 S) y mercaptanos como el metanotiol y etanotiol. Cuando se procesan en subproductos terminados, estos hidrocarburos más pesados se denominan colectivamente NGL (líquidos de gas natural). La extracción del LGN a menudo implica un turboexpansor y una columna de destilación a baja temperatura (llamada desmetanizador ) como se muestra en la figura. El gas de entrada al desmetanizador primero se enfría a aproximadamente -51 ° C en un intercambiador de calor (denominado caja fría ), que condensa parcialmente el gas de entrada. La mezcla de gas-líquido resultante se separa en una corriente de gas y una corriente de líquido. La corriente de líquido del separador gas-líquido fluye a través de una válvula y experimenta una expansión de aceleración de una presión absoluta de 62 bar a 21 bar (6.2 a 2.1 MPa), que es un proceso isoentálpico (es decir, un proceso de entalpía constante) que los resultados disminuyen la temperatura de la corriente de aproximadamente −51 ° C a aproximadamente −81 ° C cuando la corriente ingresa en el desmetanizador. La corriente de gas del separador gas-líquido ingresa al turboexpansor, donde experimenta una expansión isentrópica desde una presión absoluta de 62 bar a 21 bar (6.2 a 2.1 MPa) que reduce la temperatura de la corriente de gas de aproximadamente −51 ° C a aproximadamente 91 ° C a medida que entra en el desmetanizador para servir como reflujo de destilación . El líquido de la bandeja superior del desmetanizador (a aproximadamente -90 ° C) se enruta a través de la caja fría, donde se calienta a aproximadamente 0 ° C a medida que enfría el gas de entrada, y luego se devuelve a la sección inferior del desmetanizador . Otra corriente de líquido de la sección inferior del desmetanizador (a aproximadamente 2 ° C) se enruta a través de la caja fría y se devuelve al desmetanizador a aproximadamente 12 ° C. En efecto, el gas de

entrada proporciona el calor requerido para "volver a hervir" la parte inferior del desmetanizador, y el turboexpansor elimina el calor requerido para proporcionar reflujo en la parte superior del desmetanizador. El producto de gas de cabeza del desmetanizador a aproximadamente -90 ° C es un gas natural procesado que es de calidad adecuada para su distribución a consumidores finales por tubería . Se encamina a través de la caja fría, donde se calienta a medida que enfría el gas de entrada. Luego se comprime en el compresor de gas impulsado por el turboexpansor y se comprime aún más en un compresor de gas de segunda etapa accionado por un motor eléctrico antes de ingresar a la tubería de distribución. El producto inferior del desmetanizador también se calienta en la caja fría, ya que enfría el gas de entrada, antes de que salga del sistema como NG https://www.turbomachinerymag.com/expander-compressors-an-introduction/ https://es.pdfcoke.com/doc/254749070/Turbo-Expander http://ence.ch/es/equipment/equipment-for-oil-and-gas-production/turbineexpanders/ https://es.pdfcoke.com/doc/254749070/Turbo-Expander

COCNCLUSION En una planta turbo-expander el chiller o valvula J-T de los procesos de refrigeración simple se reemplazan por una turbina de expansión. El turbo expander produce simultáneamente enfriamiento y condensación del gas, y trabajo útil que puede utilizarse para recomprimir el gas de salida. Es decir son máquinas destinadas a disminuir la presión y la temperatura de los gases, aumentando su volumen para así poder licuarlos o condensarlos, este dispositivo convierte la energía de la presión de gas en trabajo util el cual es aprovechado en forma de trabajo producido para generar potencia.

turboexpansor hace referencia al sistema completo, formado por la turbina donde se produce la expansión propiamente dicha del fluido y el compresor asociado para comprimir algun fluido del proceso, fueron desarrollados para plantas de procesamientos de gas con la finalidad de recuperar etano y propano.