Lecciones
Aprendidas
De los participantes de Natural Gas STAR
NaturalGasf
EPA POLLUTION PREVENTER
(3
OPTIMIZACION DE LA CIRCULACION DE GLICOL E INSTALACION
DE DEPOSITOS SEPARADORES DE LIQUIDOS EN LOS
DESHIDRATADORES DE GLICOL (Optimize Glycol Circulation
and Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators)
Resumen gerencial
Existen aproximadamente 38,000 sistemas de deshidratacion de glicol en el sector de produccion de gas que emiten a la
atmosfera aproximadamente 22 mil millones de pies cubicos (Bcf) de metano al ano. La mayoria de los sistemas de deshidrata-
cion usan trietilenglicol (TEG) como liquido absorbente para eliminar el agua del gas natural. Conforme el trietilenglicol absorbe
el agua, tambien absorbe el metano, otros compuestos organicos volatiles (VOC) y los contaminantes peligrosos del aire (HAP).
Mientras el trietilenglicol se regenera mediante calentamiento en un rehervidor, el metano absorbido, los compuestos organicos
volatiles y los contaminantes peligrosos del aire se ventilan a la atmosfera con el agua, desperdiciandose gas y dinero.
La cantidad de metano que se absorbe y ventila es directamente proporcional a la tasa de circulacion del trietilenglicol. Muchos
pozos producen gas a una tasa mucho menor que la capacidad del diseno original pero continuan circulando el TEG a tasas
dos o tres veces mayores de lo que es necesario, lo cual causa poca mejoria en la calidad de humedad del gas pero muchas
mas emisiones de metano y uso de combustible. Reducir las tasas de circulacion reduce las emisiones de metano a un costo
insignificante.
Instalar depositos separadores de liquidos en los deshidratadores de glicol reduce aun mas las emisiones de metano, de VOC
y de HAP e incluso ahorra mas dinero. El gas recuperado puede reciclarse por la succion del compresory/o usarse como
combustible para el rehervidor de trietilenglicol y el motor del compresor. Los analisis economicos muestran que el costo
de inversion en depositos separadores de liquido instalados en unidades de deshidratacion se recupera en 4 a 17 meses.
Metodo para
reducir la
perdida de gas
Reduction de las
tasas de circulacion
de trietilenglicol (TEG)
Depositos
separadores
de liquido
Tasas de
circulacion de
TEG (gal/hora)
50% a 200%
sobrecirculacion1
150
450
Valor del ahorro de gas ($/ano)2
Intercambio
de energia
Bomba
electrica
390 a 39,400/ano1
2,1 303
21,2953
71 03
8,7623
Costo de la
reduction de la
perdida de gas
Insignificante
$5,000-$5,600
$7,000-$1 4,000
Plazo de
recuperation de la
inversion (meses)
Inmediatamente
6-17
5-8
1 Las tasas de circulacion optima fluctuaron de 30 a 750 gal TEG/hora.
!A$3.00/Mcf.
3 Incluye los ingresos de venta de Ifquido de gas natural recuperado.
Esta publicacion es una de la serie de resumenes de Lecciones Aprendidas preparados por EPA en colaboracion con la industria
de gas natural que comprenden las aplicaciones superiores del Programa de Mejores Practicas Administrativas (BMP, por sus
siglas en ingles) de Natural Gas STAR y Oportunidades Identificadas por los Participantes (PRO, por sus siglas en ingles).
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Antecedentes
tecnologicos
Muchos productores usan trietilenglicol (TEG) en los deshidratadores para eliminar
el agua de la corriente de gas natural y cumplir con las normas de calidad de las
tuberias. En el sistema tipico de trietilenglicol que se muestra en el Cuadro 1, el
trietilenglicol "puro" (seco) se bombea al contactor de gas. En el contactor, el
trietilenglicol absorbe el agua, el metano, los VOC y los HAP (incluyendo el benceno,
tolueno, etilobenceno y xilenos (BTEX)), de la produccion de gas humedo. El
trietilenglicol "enriquecido" (humedo) sale del contactor saturado con gas a la
presion de venta de la tuberia, normalmente entre 250 y 800 psig. El gas arrastrado
en el glicol enriquecido, mas el gas humedo adicional que se desvia del contactor,
se expande a traves del impulsor de intercambio de energia de la bomba de
circulacion de trietilenglicol. El trietilenglicol despues circula a traves del rehervidor
en donde el agua absorbida, el metano y los VOC se hierven y ventilan a la
atmosfera. El trietilenglicol puro despues se envia a traves de la bomba de
intercambio de energia de regreso al contactor de gas y se repite el ciclo.
Cuadro 1: Sistema de trietilenglicol sin deposito separador de liquido
Gas de venta-4
Trietilenglicol rico
rde
>ade
jlicol
I »JQ| Trietilenc
Rehervidor/
regenerador
de glicol
A
licol
rico + gas
k
A la atmosfera
(metano y otros
vapores y agua)
"I Gas
—'^""combustible
Trietilenglicol puro
Bomba de
intercambio
de energia
Fuente: Exxon U.S.A.
Debido a que el sistema descrito anteriormente esta disenado principalmente
para eliminar el agua de la corriente de gas, puede causar emisiones de metano
importantes. Afortunadamente existen varias medidas que pueden tomar los
operadores para reducir al maximo la perdida de gas:
1) Reduccion de la tasa de circulacion del trietilenglicol
Los campos de produccion de gas experimentan una disminucion en la produccion,
cuando la presion se extrae del recipiente. Los deshidratadores de glicol de la
cabeza del pozo y sus tasas de circulacion de trietilenglicol estan disenados para
la tasa inicial mas alta de produccion, y por lo tanto, aumentan de tamano conforme
madura el pozo. Es comun que la tasa de circulacion de trietilenglicol sea mucho
mas alta que lo necesario para cumplir con las especificaciones sobre contenido
de humedad del gas para venta. Las emisiones de metano del deshidratador de
glicol son directamente proporcionales a la cantidad de trietilenglicol circulado por
el sistema. Mientras mayor sea la tasa de circulacion, mas sera el metano que se
ventila del regenerador. La sobrecirculacion causa mas emisiones de metano sin la
reduccion necesaria e importante de contenido de humedad del gas. Los partici-
-------
Reglamentos de NESHAP
El 29 de junio de 2001, EPA termino las normas
nacionales de emision de contaminantes peligrosos
del aire (National Emission Standards for
Hazardous Air Pollutants: NESHAP) para las
Instalaciones de Produccion de Petroleo y Gas
Natural (40 CFR 63 Subparte HH) y para las
Instalaciones de Transmision y Almacenamiento
de Petroleo y Gas (40 CFR 63 Subparte HHH).
Estas normas establecieron un piso de produccion
de 3 MMscf/dia en las instalaciones de produc-
cion y una mas alta de 10 MMscf/dia en las
instalaciones de transmision y almacenamiento.
Por encima de estos pisos los operadores
necesitan instalar equipo para reducir los
contaminantes peligrosos del aire de las ventilas
del deshidratadoren un 95 por ciento usando
sistemas de control de ventilas cerradas o
mediante modificaciones al proceso, o quemar
los contaminantes peligrosos del aire a menos
de 20 ppmv. Estas normas tambien se senalan
si las emisiones totales de benceno sobrepasan
1 ton/ano.
pantes de Natural Gas STAR han descubierto que los sistemas de deshidratadores
con
frecuencia recirculan el trietilenglicol a tasas dos o veces mas altas de lo que es
necesario. Los operadores pueden reducir la tasa de circulacion de trietilenglicol
y mas adelante reducir la tasa de emisiones de metano, sin afectar el desempeno
de la deshidratacion ni anadir ningun costo adicional.
2) Instalacion de un deposito separador de h'quido
La mayoria de los deshidratadores del sector de produccion y procesamiento envian
una mezcla de glicol y gas de la bomba de circulacion de trietilenglicol directamente
al regenerador, en donde todo el metano y los VOC arrastrados con el trietilenglicol
se ventilan a la atmosfera. Un estudio de la industria descubrio que los depositos
separadores de liquido no se usaban en el 85 por ciento de las unidades de
deshidratacion que procesaban menos de un MMscfd de gas, 60 por ciento de
las unidades que procesaban uno a cinco MMscfd de gas y 30 a 35 por ciento
de las unidades que procesaban mas de cinco MMScfd de gas.
En el deposito separador de liquido, el gas y el liquido se separan a la presion
del sistema de gas combustible o a la presion de succion del compresor de 40 a
100 psig. A esta presion baja y sin anadir calor, el gas esta enriquecido en metano
y ligero de componentes organicos volatiles pero sigue en solucion con el trietilen-
glicol. El deposito de separacion de liquido captura el 90 por ciento del metano
aproximadamente y del 10 al 40 por ciento de los compuestos organicos volatiles
arrastrados por el trietilenglicol, de esa manera reduciendo las emisiones. El trietilen-
glicol humedo, drenado en gran medida del metano y los hidrocarburos ligeros,
fluye al rehervidor/ regenerador de glicol en donde se calienta hasta hervir y agotar
el agua absorbida, el metano restante y los compuestos organicos volatiles. Estos
gases normalmente se ventilan a la atmosfera y el trietilenglicol puro vuelve a circular
de regreso al contactor de gas. El Cuadro 2 muestra un deshidratador de trietilen-
glicol con un deposito separador de liquido.
Nota: Podria ser necesario tener que instalar depositos separadores de liquido en
deshidratadores grandes para poder cumplir con las normas de Maximum Available
Control Technology (MACT) bajo la industria del petroleo y gas de NESHAP. Cuando
estas instalaciones se requieren por ley, el participante no debe incluir las reduc-
ciones de metano asociadas en los Informes Anuales de Natural Gas STAR.
-------
Cuadro 2: Esquema de un deshidratador con deposito separador de liquido
Gas de venta-4
Trietilenglicol rico
Gas
combustible
. Succion
A la atmbsfera
(metano y otros
vapores y agua)
rde
ade
jlicol
1—
Deposito
separador
de liquido/
glicol
ae compresion
— ^-Antorcha
kj^l Trietiler
Rehervidor/
regenerador
de glicol
A
glicol
^ nco
L
Gas
combustible
Trietilenglicol puro
Bomba de
intercambio
de energfa
Fuente: Exxon U.S.A.
3) Uso de bombas electricas en lugar de bombas de intercambio de energfa
Los campos remotos de gas no tienen energia electrica y en lugar de eso usan
bombas de "intercambio de energia" para energizar la bomba de circulacion de
trietilenglicol puro. Por cada volumen de gas que se absorbe en el trietilenglicol
enriquecido que sale del contactor, deben anadirse dos volumenes mas de gas
del gas humedo alimentado para suministrar suficiente energia al impulsor para
la bomba de trietilenglicol puro. Por lo tanto, usar una bomba de pistones o una
bomba de tipo engrane de "intercambio de energia" triplica la cantidad de gas
arrastrado con el trietilenglicol y ventilado a la atmosfera cuando no existe un
deposito separador de liquido. Instalar un motor electrico en lugar de una bomba
de intercambio de energia elimina esta fuente adicional de emisiones. Las bombas
convencionales de tipo de piston de intercambio de energia con frecuencia tambien
producen fugas de trietilenglicol enriquecido (humedo) al trietilenglicol puro (seco).
Las fugas de solo 0.5 por ciento pueden duplicar la tasa de circulacion necesaria
para mantener el contenido de humedad del gas de venta, y de ese modo,
aumentando el potencial de emisiones. Para obtener mas informacion sobre esta
practica, vea Lecciones Aprendidas de EPA: Reemplazo de bombas auxiliadas
con gas por bombas electricas (Replacing Gas-Assisted Glycol Pumps with
Electric Pumps),
-------
Beneficios
economicos y
para el medio
ambiente
El optimizar la circulacion del glicol e instalar depositos separadores de liquido
ofrece varies beneficios al medio ambiente y economicos:
* Reducir la circulacion de glicol a la tasa optima que ahorra el costo del
reemplazo de glicol asi como el consume de combustible en el rehervidor.
* Reducir las emisiones (BTEX) de los componentes organicos volatiles y los
contaminantes peligrosos del aire mejora la calidad del aire a nivel de tierra.
Las reducciones de emisiones BTEX pueden ser importantes para los
deshidratadores grandes.
* Usar los depositos separadores de liquido en las unidades de deshidratacion
con un condensador en la ventila del rehervidor mejora la eficiencia del conden-
sador al eliminar la mayoria del gas no condensable, principalmente metano.
Un condensador recupera liquidos de gas natural (NGL) y los contaminantes
peligrosos del aire con mas eficacia que los depositos separadores de
liquidos solos.
* Usar el gas recuperado en el deposito separador de liquido como gas
combustible reduce los costos de operacion.
* El gas recuperado de la tuberia del deposito separador de liquidos a la seccion
de succion de un compresor corriente arriba (un diseno comun en las
instalaciones nuevas) reduce el costo de produccion.
* Dirigir la tuberia de ventilacion del regenerador del deshidratador a una unidad
de recuperacion de vapor permite que el deposito separador de liquido del
gas se use como gas estabilizador en el rehervidor de glicol.
Proceso
de decision
Los operadores pueden calcular el costo y los beneficios de optimizar la tasa de
circulacion del trietilenglicol e instalar un deposito separador de liquido siguiendo
los cinco pasos a continuacion:
Paso 1: Optimizar la tasa de circulacion. Los operadores pueden calcular
facilmente la tasa de circulacion optima haciendo unos cuantos calculos sencillos.
Primero se debe obtener la tasa de circulacion actual leyendo el controlador de
flujo, el cual mide galones de trietilenglicol circulado. Por cada galon de trietilenglicol
circulado, se absorbe un pie cubico estandar de metano, y si la unidad tiene una
bomba de intercambio de energia, se necesitaran dos pies cubicos mas para
impulsar la bomba. Todo este
gas se ventila a la atmosfera
cuando no hay deposito
separador de liquido.
A continuacion, determine la
tasa de circulacion minima que
es necesaria para desaguar la
corriente de gas. La tasa minima
de circulacion de trietilenglicol
en un lugar en particular es una
funcion de la tasa de flujo de
gas, el contenido de agua del
gas de entrada, y el contenido
Cinco pasos para la evaluation de la
tasa de circulation de trietilenglicol
y la instalacion del deposito separador
de liquido:
1. Optimizar la tasa de circulacion.
2. Identificar las unidades de deshidratacion
sin depositos separadores de liquido.
3. Calcular los costos de capital e instalacion.
4. Calcular el valor del gas ahorrado.
5. Analisis de los aspectos economicos.
-------
deseado de agua en el gas de salida. La tasa de eliminacion de agua es una funcion
de la tasa de flujo de gas y la cantidad de agua a eliminarse de la corriente del gas.
La proporcion de trietilenglicol por agua (cuantos galones de trietilenglicol se necesitan
para absorber 1 libra de agua) varia entre 2 a 5 galones de trietilenglicol por libra
de agua; la regla general aceptada por la industria es 3 galones de trietilenglicol
por libra de agua eliminada. Mientras mayor sea la tasa de eliminacion de agua o
mientras mas alta sea la proporcion de trietilenglicol por agua, mayor debera ser
la tasa de circulacion de trietilenglicol. Algunos participantes de STAR informaron
tener proporciones mas bajas de trietilenglicol por agua que la norma (por ejemplo,
de <3 galones de trietilenglicol por libra de agua), lo cual reduce las tasas optimas
de circulacion de trietilenglicol.
Pueden surgir problemas si la tasa de circulacion de trietilenglicol es demasiado
baja, por lo tanto se desea cierta cantidad de sobrecirculacion. Por ejemplo, una
tasa de circulacion demasiado restringida puede causar problemas con el sistema
hidraulico de la bandeja, el desempeno de contactor y llegar al contacto accidental
con los intercambiadores de calor de glicol a glicol. Por lo tanto los operadores
deben incluir un margen de seguridad, o una "zona de comodidad", cuando
calculan las reducciones de las tasas de circulacion. Una tasa de circulacion optima
para cada unidad de deshidratacion por lo general fluctua de 10 a 30 por ciento por
encima de la tasa de circulacion minima. Las formulas usadas para determinar las
tasas de circulacion minimas y optimas del trietilenglicol se muestran en el Cuadro 3.
Cuadro 3: Calculo de la tasa optima de circulacion del trietilenglicol
Un deshidratador de 20 MMcf/dfa tiene una tasa de circulacion de trietilenglicol fijada en
280 gal/hora, y la corriente de gas humedo tiene 60 libras de agua/MMcf. Se desea una
zona de comodidad de 15 por ciento sobre la tasa minima. La tasa optima de circulacion
trietilenglicol puede calcularse de la manera siguiente:
Dada la siguiente information:
F = Tasa de flujo de gas (MMcf/d)
I = Contenido de agua de entrada (Ib/MMcf)
0 = Contenido de agua de salida (Ib/MMcf) (la regla general es 4)
G = Proporcion de glicol por agua (gal de TEG/lb de agua) (la regla general es 3)
L(mfn) = Tasa minima de circulacion de trietilenglicol (gal/hr)
W = Tasa de eliminacion de agua (Ib/hr)
Calcule: L(min) = Tasa minima de circulacion de trietilenglicol (gal/hr)
L(mfn) = W * G
F*(l-0)
24hr/dfa
20*(60-4)
24hr/dfa
= 46.66 Ib agua/hr
G = 3
L(mfn) = 46.66 * 3 = 140 gal TEG/hr
Esta es la tasa de circulacion minima. Anadir 15 por ciento sobre L(min) para la zona
de comodidad ofrece una tasa de circulacion optima de 160 gal TEG/hr. Por ejemplo:
L(opt) = Tasa de circulacion optima L(opt) = 140 gal TEG/hr * 1.15 = 160 gal TEG/hr
-------
Los participates de Natural Gas STAR y otros
expertos de la industria han identificado
cinco razones comunes por las que los
operadores de deshidratadores de glicol
sobre circulan el trietilenglicol:
• Las bombas de intercambio de energfa
operadas con gas pueden contaminar el
glicol puro, haciendo que este sea menos
eficaz para absorber el agua de la corriente
de gas humedo. Para compensar esto, los
operadores sobre circulan el trietilenglicol
para lograrel mismo punto de condensa-
cion que se lograria con el glicol no
contaminado circulando a una tasa menor.
• Las tasas de circulacion se fijan para igualar
la capacidad de diseno de la planta, en lugar
de en la produccion real.
• Las tasas mas altas garantizan la des-
hidratacion adecuada a tasas de
produccion de gas fluctuantes.
• Las unidades de deshidratacion estan
en lugares remotos, lo que presenta un
inconveniente para los ajustes frecuentes.
• Los deshidratadores estan operados por
contratistas independientes que tienen
poca iniciativa para optimizar la tasa de
circulacion y reducir las perdidas de metano.
Paso 2: Identificar las unidades de deshidratacion sin depositos separadores
de h'quido. La mayoria de las unidades de deshidratacion nuevas incluyen depositos
separadores de liquido como equipo estandar. Sin embargo, dos tercios aproxima-
damente de las unidades operativas, no tienen depositos separadores de liquido;
estas son principalmente unidades mas pequenas, mas viejas y mas remotas.
Antes de continuar al paso siguiente, los operadores primero deben identificar las
unidades de deshidratacion que no tienen depositos separadores de liquido.
Paso 3: Calcular los costos de capital e instalacion. Para fines de este analisis,
se supone que el costo de la optimizacion de la tasa de circulacion de glicol es
muy pequeno (1/2 hora a $25/hora).
Antes de calcular los costos de comprar e instalar un deposito separador de liquido,
los participantes deben elegir el diseno y el tamano que cumpla con sus necesi-
dades. La seleccion del deposito separador de liquido depende de un numero de
factores que incluyen la composicion de la corriente del gas (por ejemplo, la tasa de
recuperacion de los liquidos del gas), los 7 requisites del codigo de construccion,
el costo y la facilidad de implementacion. Los depositos separadores de liquido se
fabrican en dos disenos, verticales y horizontales. En general, los operadores que
tienen volumenes importantes de liquidos de gas natural (NGL) en la corriente de
gas deben usar un separador horizontal de tres fases (gas natural, trietilenglicol,
liquidos de gas natural) con un tiempo de retencion de 10 a 30 minutos. Las
operaciones que no tienen cantidades comerciales de liquidos de gas natural (NGL)
pueden usar un separador de dos fases (gas natural, trietilenglicol) con un tiempo de
retencion de 5 a 10 minutos. Las camaras verticales son mas apropiadas para los
sistemas de dos fases.
Los fabricantes venden una amplia gama de depositos separadores de liquido
"estandar", los cuales tienen especificaciones de acuerdo con el tiempo y el
volumen de asentamiento. Para determinar el tamano adecuado de un deposito
separador de liquido, los participantes deben calcular el volumen de asentamiento
necesario para cada sistema.
El Cuadro 4 presenta la circulacion basica para determinar el volumen de asenta-
miento necesario para el deposito separador de liquidos de acuerdo con la tasa
de circulacion de trietilenglicol. Podria ser necesario un volumen adicional si los
operadores tambien asientan los liquidos de gas natural en el deposito separador
de liquidos para que un camion tanque los recoja con regularidad. Por ejemplo,
si la tasa de circulacion del trietilenglicol indica un volumen de asentamiento de
75 galones, y se acumularan 35 galones de liquidos de gas natural, el volumen
de asentamiento debera aumentarse 35 galones.
Cuadro 4: Medicion del tamano del deposito separador de liquido
Dada la siguiente informacion: L = Tasa de circulacion de trietilenglicol en galones/hora
T = Tiempo de retencion en minutos
Calcule: SV = Volumen de asentamiento de liquidos (galones)
SV = (L * T) - 60
Nota: Anada el volumen especifico del lugar de acumulacion de liquidos en el gas natural
que se recoge regularmente.
-------
El costo total de un deposito separador de liquido depende de: (A) costo de capital
y (B) costos de instalacion y operacion.
(A) Costo de capital
El costo del deposito separador de liquido puede fluctuar entre $2,500 y $5,000,
sin instalar, dependiendo del diseno y tamano del deposito. Si el tamano requerido
sobrepasa la norma mas grande de depositos separadores de liquido disponibles,
los operadores pueden pedir uno a la medida, instalar multiples depositos en paralelo
o instalar un tanque de acumulacion de liquidos de gas natural por separado.
(B) Costos de instalacion y operacion
Los costos de instalacion dependen de la ubicacion, el terreno, la cimentacion, la
proteccion a la intemperie (los codigos de fabricacion de camaras estan basados en
la cantidad de acido sulfhidrico del gas), la capacidad de acumulacion y la recoleccion
de los liquidos del gas natural, y la automatizacion e instrumentacion. La informacion
provista por las companias fabricantes de depositos separadores de liquido sugieren
un costo promedio de instalacion de $1,200, incluyendo los costos de entrega,
ensamblado y mano de obra. Este costo puede aumentar hasta un 80 por ciento,
dependiendo de los factores especificos del lugar.
Los depositos separadores de liquido instalados en unidades deshidratadoras
existentes son prefabricados, e incluyen la tuberia, las valvulas y el equipo relacionado.
La instalacion puede realizarse con un tiempo minimo fuera de servicio. Para minimizar
los costos de instalacion, los participantes sugieren instalar el deposito separador
de liquidos cuando la unidad deshidratadora se repare o durante otras revisiones
generales del sistema.
Los depositos separadores estan disenados como camaras simples de presion, con
pocas piezas operativas. Por lo tanto, los costos de operacion y mantenimiento (O&M)
son insignificantes. Los participantes han descubierto que el mantenimiento de los
depositos separadores puede realizarse durante las practicas de operacion y
mantenimiento de rutina de la unidad deshidratadora.
Los costos de capital e instalacion de una gama de tipos y tamanos de depositos
separadores se proporcionan en los Cuadros 5A y 5B.
Cuadro 5A: Tamanos y costos de los depositos separadores verticales
Volumen de
asentamiento
(galones)1
8.2
13.5
22.3
33.6
Diametro
(pies)
1.08
1.33
1.66
2
Altura
(pies)
4
4
4
4
Costo de
capital ($)
2,500
3,300
4,300
5,000
Costo de
instalacion ($)
1,200-2,160
1,200-2,160
1,200-2,160
1,200-2,160
Costo de operacion
y mantenimiento
($)
Insignificante
Insignificante
Insignificante
Insignificante
Nota: La informacion de los costos fue provista por Sivalls, Incorporated.
1 Volumen de asentamiento = la mitad del volumen total (sin incluir los requisitos de acumulacion de los Ifquidos de gas natural).
-------
Cuadro 5B: Tamanos y costos de los depositos separadores horizontales tipicos
Volumen de
asentamiento
(galones)1
49
65
107
158
225
Diametro
(pies)
2
2
2.5
3
3
Longitud
(pies)
3
5
5
5
7.5
Costos de
capital ($)
3,000
3,200
3,400
4,800
5,000
Costo de
instalacion ($)
1,200-2,160
1,200-2,160
1,200-2,160
1,200-2,160
1,200-2,160
Costo de operation
y mantenimiento
($)
Insignificante
Insignificante
Insignificante
Insignificante
Insignificante
Nota: La informacion de los costos fue provista por Sivalls, Incorporated.
1 Volumen de asentamiento = la mitad del volumen total (sin incluir los requisitos de acumulacion de los Ifquidos de gas natural).
Paso 4: Calcular el valor del gas ahorrado. Los ahorros de gas pueden lograrse
al optimizar la tasa de circulacion solamente, instalando un deposito separador y
en ciertas circunstancias, haciendo ambas cosas. El Cuadro 6 muestra como
determinar la cantidad de ahorros de gas proveniente de la optimizacion de la tasa
de circulacion de trietilenglicol sin un deposito separador de liquido. Los ahorros
adicionales de la reduccion de la tasa de circulacion de trietilenglicol incluyen:
* Requisitos mas bajos de combustible para el regenerador. Reduciendo la
carga del regenerador con un servicio de calentamiento de 1,340 Btu/gal de
trietilenglicol circulado, puede ahorrar entre $545 y $54,456 al ano, dependiendo
de la cantidad de sobrecirculacion y del valor de calentamiento del gas natural.
* Una frecuencia reducida de reemplazo de glicol. Los expertos de la industria
calculan que se pierde el 0.5 por ciento del volumen de trietilenglicol por hora.
Los ahorros anuales pueden fluctuar desde $393 (si se reducen las tasas
de circulacion de 45 a 30 galones por hora) hasta $39,300 (si las tasas se
reducen de 3,000 a 750 galones por hora).
Instalar un deposito separador de liquidos permite a los participantes recuperar la
mayoria del gas arrastrado en el trietilenglicol. La cantidad de gas que se ahorra al
instalar el deposito separador es una funcion del tipo de la bomba de circulacion
de trietilenglicol, la tasa de circulacion de glicol del deshidratadory la presion en el
deposito separador. Por lo general, cerca del 90 por ciento del metano puede
recuperarse del trietilenglicol usando un deposito separador.
El tipo de bomba de circulacion que se usa en el deshidratador tiene el mayor
efecto en la recuperacion del gas. Como regla general, cada galon de trietilenglicol
que sale del contactor tiene un pie cubico de metano disuelto. Las bombas de
intercambio de energia requieren gas adicional a alta presion junto con el de la
corriente de trietilenglicol puro para suministrar la energia necesaria para bombear el
trietilenglicol puro de regreso al contactor. Como resultado, aumentan la cantidad de
metano que es arrastrado a tres pies cubicos por galon de trietilenglicol circulado.
-------
Cuadro 6: Calculo de los ahorros anuales totales de la optimization
de la circulation de trietilenglicol en los deshidratadores
que no tienen deposito separador de Ifquido
Dada la siguiente informacion:
A = Tasa de absorcion de trietilenglicol (TEG) (piesYgalon de TEG) (la regla general es 1)
E = Gas de bomba de intercambio de energfa, si corresponde (piesYgalon de TEG)
(la regla general es 2)
H = Horas al ano (8,760)
P = Precio de venta del gas (suponiendo $3/Mcf)
L (original) = Tasa de circulation del TEG (galon/hora) antes del ajuste
L (original) = Tasa de circulation del TEG (galon/hora) despues del ajuste
V = Valor del gas ahorrado ($/aiio)
(L(original) - L(optima)) * (A + E) * H * P
1,000
Al aplicar esta formula se muestra que pequenas reducciones en las tasas de circulation
rinden ahorros importantes como se muestra en los siguientes ejemplos. Observe que los
ahorros pueden reducirse 2/3 cuando se bombea glicol puro usando un motor electrico
en lugar de una bomba de intercambio de energfa.
Tasa de
circulacion original
45
90
225
450
675
1350
1125
2250
Tasa de
circulacion optima
30
30
150
150
450
450
750
750
Ahorros anuales
de metano (Mcf)
394
1,577
1,971
7,884
5,913
23,652
9,855
39,420
Ahorros anuales
(@ $3/Mcf)
$1,182
$4,731
$5,913
$23,652
$17,739
$70,956
$29,565
$118,260
El Cuadro 7 muestra como calcular la cantidad de metano que se ventila cuando
no se tiene un deposito separador de liquido, asi como el valor del gas que podria
ahorrarse si se usara un deposito separador. Este ejemplo supone que se optimiza
las tasas de circulacion de trietilenglicol.
10
-------
Cuadro 7: Cantidad de gas ventilado sin deposito
separador y ahorros potenciales
Suponga que una unidad deshidratadora con una bomba de intercambio de energia circula
150 galones de trietilenglicol por hora, con una tasa de recuperation de 90 por ciento,
y gas a un precio de $3 por Mcf.
Dada la siguiente information:
L = Tasa de circulation de trietilenglicol (TEG) (galones/hora)
G = Tasa de arrastre de metano (la regla general es 3 pies cubicos/galon para las
bombas de intercambio de energfa; 1 pie cubico/galon para las bombas electricas)
Calcule: V = Cantidad de gas ventilado anualmente (Mcf/ano)
V = (L * G ) * 8,760 (horas al dia) - 1000 cf/Mcf
V = 150 gal/hora * 3 scf/gal * 8,760 horas/ano -f 1000 cf/Mcf
V = 3,942 Mcf/ano
Ahorros = 3,942 Mcf X 0.9 X $3/Mcf = $10,643 al ano
El Cuadro 8 compara los ahorros potenciales usando un deposito separador de
liquido, calculado para bombas electricas y de intercambio de energia a tasas de
circulacion diferentes. Como muestra el cuadro, las unidades deshidratadoras mas
pequenas, y las unidades con bombas electricas de circulacion, tienen un menor
potencial economico para pagar el costo del deposito separador.
Cuadro 8: Ahorros potenciales al usar un deposito separador de Ifquido
Tasas de
circulacion de
TEG (gal/hora)
30
150
300
450
Bomba de intercambio de energia
Mcf/ano
710
3,548
7,096
10,643
$/aiio
2,129
10,643
21,287
31,930
Bomba electrica
Mcf/ano
237
1,183
2,365
3,548
$/ano
710
3,548
7,096
10,643
Es importante notar que puede generarse una rentabilidad adicional mediante la
venta de liquidos de gas natural (NGL, por sus siglas en ingles). Cuando se trata
una produccion de gas enriquecido, los liquidos de gas natural con frecuencia se
condensan y se separan en el deposito separador de liquido. La cantidad varia
dependiendo de la temperatura, las presiones del contactor y el deposito separador,
la composicion del gas producido y el arrastre de gas en el trietilenglicol. Esta es
una evaluacion muy especifica al lugar y esta fuera del alcance de este estudio.
11
-------
Paso 5: Analisis de los aspectos economicos. Segun se demuestra en el Paso 4,
la optimizacion de la circulacion de glicol a una tasa mas baja siempre ahorrara dinero.
Por lo tanto los participantes siempre deben tomar esta medida primero, sin impor-
tar si deciden instalar el deposito separador o no. El resto de este analisis se con-
centra en los depositos separadores de liquido y supone que la tasa de circulacion
de glicol ya se ha optimizado.
Una vez que se hayan calculado los costos de capital e instalacion y el valor del
gas ahorrado, los participantes deberan realizar un analisis economico. Una manera
sencilla de evaluar los aspectos economicos es a traves de un analisis de flujo
de efectivo descontado, en el cual los costos del primer ano de la instalacion del
deposito separador se comparan con el valor descontado del gas ahorrado (mas
las ventas de los liquidos de gas natural) durante la vida economica del proyecto.
Los Cuadros 9A y 9B presentan resultados hipoteticos de este tipo de analisis.
Para todos los sistemas excepto los mas pequenos, la instalacion de un deposito
separador en una unidad deshidratadora con una bomba de intercambio de energia
recuperara la inversion en menos de un ano, mientras que una unidad con bomba
electrica recuperara la inversion en menos de dos afios y medio.
Cuadro 9A: Aspectos economicos de la instalacion de un deposito separador
en un deshidratador con bomba de intercambio de energfa
Tasa de circulacion
del trietilenglicol
(gal/hora)
30
150
300
450
Costo de
capital e
instalacion ($)1
5,160
5,560
7,160
13,9205
Ahorros
de gas2
$/ano
2,129
10,643
21,287
31,930
Ahorros
totales3
$/ano
2,158
10,792
21,573
32,365
Plazo de
recuperacion de la
inversion (meses)
29
6
4
5
Rendimiento
de inversion"
31%
193%
301%
232%
1 Deposito separador horizontal, 80 por ciento de eventualidades en la instalacion, 30 minutos de tiempo de asentamiento
mas el volumen semanal de Ifquidos de gas natural acumulados, cuando se recuperan.
2 Gas valorizado en $3.00/Mcf.
3 Los ahorros totales mas altos incluyen la recuperacion de Ifquidos de gas natural (si existen) a 1 por ciento del gas
recuperado, con valor de $21/barril. Esta tasa de recuperacion de Ifquidos de gas natural es solamente para estos
ejemplos, se debe evaluar el potencial individual de cada lugar.
4 IRR se basa en 5 anos.
5 Costo de dos depositos separadores paralelos (para el tamano a la medida) cuando el volumen de asentamiento
sobrepase el tamano de los depositos.
12
-------
Cuadro 9B: Aspectos economicos de la instalacion de un deposito separador
en un deshidratador con bomba electrica
Tasa de circulation
del trietilenglicol
(gal/hora)
30
150
300
450
Costo de
capital e
instalacion ($)1
5,1 605
5,1 605
5,1 605
7,160
Ahorros
de gas2
$/ano
710
3,548
7,096
10,643
Ahorros
totales3
$/ano3
719
3,596
7,110
10,671
Plazo de
recuperacion de la
inversion (meses)
No
17
9
8
Rendimiento
de inversion"
No
64%
136%
149%
1 Deposito separador horizontal, 80 por ciento de eventualidades en la instalacion, 30 minutos de tiempo de asentamiento
mas el volumen semanal de Ifquidos de gas natural acumulados, cuando se recuperan.
2 Gas valorizado en $3.00/Mcf.
3 Los ahorros totales mas altos incluyen la recuperacion de Ifquidos de gas natural (si existen) a 1 por ciento del gas
recuperado, con valor de $21/barril. Esta tasa de recuperacion de Ifquidos de gas natural es solamente para estos
ejemplos, debe evaluarse el potencial individual de cada lugar.
4 IRR se basa en Sanos.
5 Costo del tamano estandar mfnimo de tanque.
Estos cuadros tambien ilustran el efecto de los liquidos de gas natural en el analisis.
Debido a que las bombas de intercambio de energia arrastran tres veces mas gas
natural con el trietilenglicol enriquecido que las bombas electricas, el trietilenglicol
libera mas liquidos de gas natural en el deposito separador de liquido. Como
resultado, el sistema de deshidratacion de glicol con una bomba de intercambio
de energia necesita un deposito separador con una mayor capacidad de almacena-
miento. La mayor rentabilidad de las ventas de liquidos de gas natural justifica el
costo adicional de los tanques mas grandes. Con una bomba electrica, los liquidos
de gas natural no se encuentran en cantidades economicas en el trietilenglicol, por
lo tanto pueden usarse tanques del tamano estandar mas pequeno para las tasas
de circulacion entre 20 a 300 galones/hora. Sin embargo, cuando se necesita un
tanque de 450 gal/hora, puede recolectarse y venderse una cantidad muy pequena
de liquidos de gas natural para reducir el costo del deposito separador.
Los aspectos economicos de instalar un deposito separador y optimizar las
tasas de circulacion del glicol dependen completamente de si el lugar tiene un
uso beneficioso para la recuperacion de gas en el deposito separador. Los
participantes han reportado casos en donde las cabezas de pozo de las instala-
ciones de deshidratadores no incluian un compresor impulsado con motor, y el con-
sumo de gas combustible del rehervidor era bastante por debajo de la cantidad de
gas recuperada en el deposito separador. En este caso, el gas excesivo recuperado
tendra que ventilarse del deposito separador. En este tipo de operacion, optimizar
la circulacion del glicol tiene un valor economico para reducir el gas que se ventila
del deposito separador. Se necesitara el uso especifico del lugar de combustible
para evaluar los ahorros de emplear el deposito separador y optimizar la circulacion.
13
-------
Lecciones
aprendidas
Las tasas de circulacion del trietilenglicol en los deshidratadores de glicol con
frecuencia son dos a tres veces mas altas que el nivel necesario para eliminar el
agua del gas natural. La mayoria de los deshidratadores de produccion no tienen
depositos separadores, lo cual puede ser un metodo eficaz de recuperar metano
valioso del trietilenglicol que de otra manera se ventilaria a la atmosfera. Los partici-
pantes de Natural Gas STAR ofrecen las siguientes lecciones aprendidas:
* Para mantener las tasas de circulacion cerca de lo optimo, eduque al personal
de campo o a los contratistas de operacion y mantenimiento sobre el metodo
de calcular y ajustar las tasas de circulacion, incluyendo calculos de una "zona
de comodidad". Incorpore el ajuste de la tasa de circulacion a las practicas
regulares de operacion y mantenimiento.
* Los operadores no deben reducir la cantidad de glicol del sistema, en lugar de
la tasa de circulacion; esto no lograra los ahorros deseados. Reducir la cantidad
de glicol puede causar problemas con el sistema hidraulico de la bandeja, el
desempeno del contactor y llegar al contacto accidental con los intercambia-
dores de calor de glicol a glicol.
* Identificar todos los deshidratadores que operan sin depositos separadores
y recaudar la informacion necesaria para evaluar los aspectos economicos
de la instalacion de depositos separadores.
* En donde este disponible alimentacion electrica industrial (440 voltios o mayor),
el reemplazar una bomba de intercambio de calor con una de motor electrico
puede reducir el gas que se arrastra con el trietilenglicol hasta dos tercios, lo
que reduce grandemente las emisiones de metano. En donde solamente este
disponible el servicio de 220 voltios, una bomba hibrida que combine el inter-
cambio de energia de gas con la alimentacion electrica para reducir la absorcion
de metano tambien puede reducir el metano absorbido en el trietilenglicol y las
emisiones mas bajas (vea las Lecciones Aprendidas de EPA: Reemplazo de
bombas auxiliadas con gas por bombas electricas (Replacing Gas-Assisted
Glycol Pumps with Electric Pumps)).
•k Dirija el metano recuperado a la seccion de succion del compresor o al uso
de combustible. Los participantes han reportado que el metano recuperado
algunas veces contenia demasiada agua para poder usarse en los sistemas de
instrumentos neumaticos.
* Recolectar los liquidos de gas natural comerciables del deposito separador
como fuente importante potencial de rentabilidad adicional.
* Con el tiempo, los sellos de las bombas de intercambio de energia por gas
pueden tener fugas, y contaminar el glicol puro y reducir la eficacia de la
deshidratacion. Los operadores no deben compensar por el glicol contaminado
aumentando la tasa de circulacion de trietilenglicol. En lugar de ello, la bomba
de intercambio de energia debe evaluarse para repararse o sustituirse.
* Registre la reduccion de cada deshidratador y reportelos en su Informe anual
de Natural Gas STAR. Nota: los ahorros de metano que se obtienen al instalar
tecnologias exigidas en los reglamentos de NESHAP, no deben reportarse al
programa voluntario de reduccion de metano de Natural Gas STAR.
14
Nota: La informacion de costo provista en este documento se basa en calculos para
Estados Unidos. Los costos de equipo, mano de obra y el valor del gas variaran
dependiendo del lugar, y podrian ser mayores o menores que en los Estados Unidos.
La informacion sobre costo presentada en este documento solamente debe usarse
como guia al determinar si las tecnologias y las practicas son convenientes economi-
camente para sus operaciones.
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American Petroleum Institute. Specification for Glycol-Type Gas Dehydration Units
(Spec 12GDU). Julio del 993.
Garrett, Richard G. Rotor-Tech, Inc. Contacto personal.
Gas Research Institute Environmental Technology and Information Center (ETIC).
Contacto personal.
GRI y U.S. EPA. Methane Emissions from Gas-Assisted Glycol Pumps. Enero de
1996.
Griffin, Rod. Sivalls, Incorporated. Contacto personal.
Henderson, Carolyn. U.S. EPA Natural Gas STAR Program. Contacto personal.
Moreau, Roland. Exxon-Mobil Co. USA. Contacto personal.
Robinson, R.N. Chemical Engineering Reference Manual, cuarta edicion. 1987.
Reuter, Curtis. Radian International LLC. Contacto personal.
Rueter, C; Gagnon, P; Gamez, J.R GRI Technology Enhances Dehydrator
Performance. American Oil and Gas Reporter. Marzo de 1996.
Rueter, C.O.; Murff, M.C.; Beitler, C.M. Glycol Dehydration Operations,
Environmental Regulations, and Waste Stream Survey. Radian International LLC.
Juniode 1996.
Tannehill, C.C; Echterhoff, L; Leppin, D. Production Variables Dictate Glycol
Dehydration Costs. American Oil and Gas Reporter. Marzo de 1994.
Tingley, Kevin. U.S. EPA Natural Gas STAR Program. Contacto personal.
15
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&EPA
Agenda de Protenninn del MP
Ambiente de los ^,™^ ^, „„
Aire y Radiacion (6202J)
1200 Pennsylvania Ave., NW
Washington, DC 20460
EPA430-B-03-013S
Diciembre de 2003
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