NaturaGas EPA POLLUTION PREVENTER Lecciones Aprendidas De los participantes de Natural Gas STAR vtf ^f%^ s\ Us* \, f' ^ PRO"V^ REEMPLAZO DE BOMBAS DE GLICOL PROPULSADAS CON GAS POR BOMBAS ELECTROS (Replacing Gas-Assisted Glycol Pumps with Electric Pumps) Resumen gerencial En el sector de produccion de gas natural, se usan aproximadamente 38,000 deshidratadores de glicol para extraer el agua del gas. La mayoria de los sistemas deshidratadores de glicol usan trietilenglicol (TEG) como liquido absorbente y usan bombas para circularlo a traves del deshidratador. Los operadores usan dos tipos de bombas de circulacion: las bombas de glicol propulsadas con gas, tambien conocidas como "bombas de intercambio de energia" y las bombas electricas. Las bombas propulsadas con gas son las bombas de circulacion mas comunes en las areas remotas que no tienen acceso a suministros de energia electrica. Son basicamente bombas neumaticas impulsadas por gas, especialmente disenadas a aprovechar la energia del gas de alta presion arrastrado en el trietilenglicol enriquecido que sale del contactor de gas. Es necesario tener una produccion de gas humedo de alta presion para tener la ventaja mecanica, y por lo tanto se transporta mas gas metano enriquecido al regenerador de trietilenglicol, en donde se ventila con el agua hervida del trietilenglicol enrique- cido. El diseno mecanico de estas bombas coloca trietilenglicol humedo a alta presion opuesto a trietilenglicol seco a baja presion, separados solo por sellos de hule. Los sellos desgastados causan la contaminacion del trietilenglicol puro lo que hace que sea menos eficiente para deshidratar el gas, lo cual requiere tasas mas altas de circulacion de glicol. Las emisiones tipicas de metano son aproximadamente 1,000 pies cubicos (Mcf) por cada millon de pies cubicos (MMcf) de gas tratado. Reemplazar las bombas propulsadas con gas por bombas electricas aumenta la eficiencia del sistema y reduce importante- mente las emisiones. Por ejemplo, un deshidratador de 10 MMcf al dia podria ahorrar hasta 3,000 Mcf de gas al ano, lo que tiene un valor de $9,000. Medida Reemplazo de bombas propulsadas con gas en deshidratadores de glicol por bombas electricas Volumen del gas ahorrado (Mcf/ano) 360 - 36,000 por sistema de deshidratacion 1 Valor del gas ahorrado ($/ano) 1,080-1 08,000 2 Costo de implementation ($) 2,100-11,700 Periodo de recuperation de la inversion < de 2 meses a varies anos 1 Segun la tasa de circulacion del trietilenglicol y la temperatura y presion de entrada del gas, segun lo reportan los participantes de Natural Gas STAR. 2 A un precio del gas de $3.00 por Mcf. 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). ------- Antecedentes tecnologicos La mayoria de los productores de gas natural usan trietilenglicol (TEG) en los deshidratadores de gas para extraer el agua de la corriente de gas natural y cumplir con las normas de calidad de las tuberias. El trietilenglicol circula a traves del sistema de deshidratacion usando bombas impulsadas por motores electricos o un impulsor de turbina o piston de expansion de gas. A esta ultima se le llama bomba "propulsada por gas" o de "intercambio de energia". En algunas operaciones, puede usarse un sistema combinado de bomba propulsada con gas y electrica. El proceso de deshidratacion del gas incluye los elementos siguientes: * El gas natural humedo se alimenta al contactor de glicol, en donde burbujea a contra corriente a traves el "TEG puro" (trietilenglicol sin el agua absorbida) en las bandejas de la torre del contactor. * El trietilenglicol puro absorbe el agua y bajo presion, algo de metano de la corriente de gas natural lo que lo convierte en "trietilenglicol enriquecido". * El gas seco se va a la tuberia de ventas. * Una operacion de rehervido a presion atmosferica regenera el trietilenglicol enriquecido al calentar el glicol para extraer el agua, el metano y otros contaminantes absorbidos, los cuales se ventilan a la atmosfera. * El trietilenglicol (puro) regenerado se bombea de nuevo a presion del contactor y se inyecta en la parte superior de la torre del contactor. El Cuadro 1 es un diagrama del sistema tipico de un deshidratador de glicol. La chimenea de ventilacion atmosferica del rehervidor/regenerador de glicol es la fuente principal de las emisiones de metano. La reduccion de las emisiones de metano se logra al reducir la cantidad de gas humedo que se desvia para complementar el trietilenglicol enriquecido que se genera en el rehervidor. Existen tres maneras de reducir el contenido de metano de la corriente de trietilenglicol enriquecido: * Reduccion de la tasa de circulacion del trietilenglicol. * Instalacion de un deposito separador de liquido en el anillo de deshidratacion. * Reemplazo de las bombas propulsadas con gas por bombas electricas. El reemplazo de las bombas propulsadas con gas por bombas electricas esta sujeto a este estudio de Lecciones Aprendidas. Las otras opciones de reduccion de emisiones de metano se tratan en las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimization de la circulacion de glicol e instalacion de los depositos separadores de liquido en los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators). Bombas propulsadas con gas La bomba de circulacion mas comunmente usada en los sistemas de deshidrata- cion es la bomba de glicol propulsada por gas. Un ejemplo de un tipo popular de piston es el que se muestra en el Cuadro 2. Estas bombas mecanicas estan especialmente disenadas para usar trietilenglicol enriquecido y gas natural a alta presion como energia. Porsu diseno, las bombas de glicol propulsadas con gas ------- Cuadro 1: Esquema del deshidratador Gasdeventa< Gas humedo de entrada o r o O A _ O O) 0) "O L Trietik A la atmosfera (metano y otros vapores y agua) r de )ade jlicol 7 kt^l Trietilenc Rehervidor/ regenerador de glicol A licol nco + gas d L Gas 'combustible Trietilenglicol puro Bomba de intercambio de energia Fuente: Exxon U.S.A. aumentan las emisiones de los sistemas de deshidratacion al pasar el gas del impulsor neumatico arrastrado en el trietilenglicol enriquecido al rehervidor. A continuacion se describe una perspectiva general basica de la operacion de la bomba: * El gas natural a alta presion arrastrado en el trietilenglicol enriquecido del contactor (mas gas humedo a alta presion adicional) se expande de la presion de contactor (200 a 800 psig) reduciendose a la presion del rehervidor (cero psig), empujando contra el lado del impulsor del piston del cilindro principal. * El otro lado de ese piston empuja a un cilindro lleno de trietilenglicol puro a baja presion fuera del contactor a alta presion. * El piston impulsor esta conectado a un piston opuesto, el cual expele simultaneamente trietilenglicol enriquecido a baja presion al regenerador, mientras extrae el trietilenglicol puro a baja presion del regenerador. * Al final de la carrera, las valvulas deslizantes cambian la posicion del piston piloto, redirigiendo el trietilenglicol enriquecido a alta presion al cilindro impulsor opuesto. Las valvulas de retencion de la succion y la descarga de los cilindros de trietilenglicol puro evitan el contraflujo. * Despues los pistones se impulsan en la otra direccion, uno expandiendo el gas del trietilenglicol enriquecido mientras que se presuriza el trietilenglicol puro al contactor, el otro expeliendo el trietilenglicol que ahora esta enriquecido y a baja presion al regenerador mientras que llena el otro lado con el trietilenglicol puro a baja presion del regenerador. * La mezcla de trietilenglicol enriquecido del lado del impulsor con gas natural a baja presion pasa al rehervidor en donde el gas arrastrado se separa y el agua se extrae de la solucion con el trietilenglicol. ------- * El vapor de agua y la mezcla de gas separada del metano y otros contami- nantes de gas de hidrocarburo (VOC y HAP) se ventilan a la atmosfera. * Al final de cada carrera, se cambian los recorridos del flujo, y el trietilenglicol enriquecido a alta presion empuja los pistones de regreso. Este tipo de bomba tiene el requisito inherente de diseno de anadir gas adicional a alta presion para complementar la absorcion del gas en el trietilenglicol enriquecido del contactor (aproximadamente dos volumenes por uno) para proporcionar una ventaja mecanica en el lado del impulsor. Esto significa que la bomba propulsada con gas pasa aproximadamente tres veces mas gas al regenerador que una bomba de motor electrico. Ademas, las bombas propulsadas con gas colocan trietilenglicol humedo a alta presion opuesto a trietilenglicol seco a baja presion en cuatro lugares con anillos en los dos pistones o "arosellos" en la varilla conector del piston central que los separa. Cuando los anillos del piston se desgastan, se les hacen surcos o se desgastan los arosellos, las fugas de trietilenglicol enriquecido pasan, conta- minando el trietilenglicol puro. Esta contaminacion disminuye la capacidad del deshidratador para absorber el agua y reduce la eficiencia del sistema. Al final, la contaminacion sera tal que evitara que el gas cumpla con las especificaciones de tuberias (comunmente 4 a 7 libras de agua por MMcf). Con tan solo 0.5 por ciento de contaminacion de la corriente de trietilenglicol puro se puede duplicar la tasa de circulacion que es necesaria para mantener la misma eficiencia de eliminacion de agua. En algunos casos, los operadores pueden circular excesivamente el trietilenglicol conforme el deshidratador pierde eficiencia, lo cual a la vez, puede llevar a tener incluso mayores emisiones. ------- Beneficios economicos y para el medio ambiente Bombas electricas En contraste con las bombas propulsadas con gas, las bombas impulsadas con motores electricos tienen menos emisiones inherentes al diseno y no tienen forma para contaminar el trietilenglicol puro de la corriente rica. Las bombas electricas solamente mueven la corriente de trietilenglicol puro; el trietilenglicol enriquecido fluye por caida de presion directamente al regenerador, y contiene solamente hidro- carburos y metano disueltos. El Cuadro 2 muestra un ejemplo del ensamblado de una bomba electrica de glicol. Cuadro 2: Bomba electrica de engranes Motor electrico BOMBAS electricas especializadas de engranes para deshidratadores de gas natural de glicol (trietilenglicol] Llenado de aceite/tapon de drenado L Eje motor Sello de bomba Engrane de la bomba Sellos de los ejes del motor Cople I I °^L~, 'Modulo de la bomba Deposito de aceite lubricante Cojinete de bolas de empuje Fuente: Kimray, Inc El uso de bombas electricas como alternativa a las bombas propulsadas con gas puede rendir importantes beneficios economicos y para el medio ambiente, incluyendo: * Rendimiento financiero de la inversion a traves de la reduccion de perdidas de gas. Usando bombas de glicol propulsadas con gas reduce las emisiones de metano una tercera parte o mas. Toda la produccion de gas humedo permanece en el sistema para deshidratarse y venderse como producto comercial. En muchos casos, el costo de implementacion puede recuperarse en menos de un ano. * Aumento de la eficiencia operativa. Los arosellos desgastados en las bombas de glicol propulsadas con gas pueden causar la contaminacion de la corriente de trietilenglicol puro en el deshidratador, reduciendo la eficiencia del sistema y haciendo necesario el aumento de la tasa de circulacion de glicol, aumentando las emisiones de metano. El diseno de las bombas electricas elimina el potencial de que ocurra esta contaminacion y por lo tanto aumenta la eficiencia operativa del sistema. * Reduccion de los costos de mantenimiento. El reemplazo de las bombas de glicol propulsadas con gas con frecuencia reduce los costos anuales de mantenimiento. Los arosellos del piston flotante de las bombas propulsadas con gas deben reemplazarse cuando comienzan a tener fugas, generalmente cada 3 a 6 meses. Se elimina la necesidad de este reemplazo cuando se emplean bombas electricas. ------- Proceso de decision * Reduccion del costo del cumplimiento con los reglamentos. El costo de acatar los reglamentos federales de los contaminantes peligrosos del aire (HAP) puede reducirse mediante el uso de bombas electricas. Las emisiones de con- taminantes peligrosos del aire del deshidratador, incluyendo los compuestos organicos volatiles como el benceno, tolueno, etilobenceno y xilenos (BTEX), son bastante menores en las unidades impulsadas con bombas electricas. Puede usarse un proceso de cinco pasos para evaluar el reemplazo de bombas de glicol propulsadas con gas por bombas electricas. Cada paso requiere datos de campo para reflejar con precision las condiciones del lugar que se evalua. Paso 1: Determinar si esta disponible una fuente de electricidad. La electricidad para impulsar la bomba electrica puede comprarse en una red local o puede gene- rarse en el lugar usando gas de boca de pozo o alquilado que de otra manera podria quemarse. Si esta disponible una fuente de electricidad o puede obtenerse a buen precio, el operador debera seguir al Paso 2. Cuando no hay una fuente de electricidad disponible, la unica opcion podria ser usar una bomba de glicol propulsada con gas. Tambien deben tomarse en cuenta las bombas con combi- nacion hidraulica y electrica para situaciones de campo en donde solamente esta disponible una energia monofasica, cuando los costos de compra de energia son altos o si no hay suficiente servicio electrico para un motor electrico grande. Las bombas combinadas usan glicol humedo a alta presion, para impulsar la bomba/el motor de eje rotativo hidraulico; se afiade un pequeno motor electrico monofasico como ventaja mecanica, en lugar del gas humedo desviado en la bomba propulsada por gas. En cualquier caso, usar una bomba eficiente, del tamano correcto y bien mantenida ajustada a la tasa correcta de circulacion puede minimizar la perdida de gas. Paso 2: Determinar el tamano correcto de la bomba electrica. Hay una variedad de bombas electricas disponible para cumplir con los requisites operatives especificos al lugar. Las bombas electricas de trietilenglicol pueden accionarse con CA o CC, monofasicas o trifasicas, 60 Hz o 50 Hz. Estan disponibles con una seleccion de velocidades variables o constantes de operacion. Las capacidades de la bomba fluctuan de 10 a 10,000 galones por hora (GPH). Cinco pasos para la evaluation del uso de bombas electricas 1. 2. Determinar si esta disponible una fuente de electricidad. Determinar el tamano correcto de la bomba electrica. 3. Calcular los costos de capital, operacion y mantenimiento. 4. Calcular la cantidad y el valor de los ahorros de gas. 5. Calcular los beneficios economicos netos del reemplazo. ------- El tamano correcto de la bomba para el sistema de deshidratacion debe calcularse de acuerdo con la tasa de circulacion y la presion operativa del sistema. El Cuadro 3 ilustra como calcular los caballos de fuerza necesarios (en potencia de freno o BMP) para una bomba electrica usando informacion tipica del sistema. Cuadro 3: Tamano de la bomba Dada la siguiente informacion: Q = Tasa de circulacion (en galones por minuto) = 5 gal/min. P = Presion (en psig) = 800 psig E = Eficiencia = 0.85 Calcule: = (QxP/1,714)x(1/E) BMP = (5 x 800/1,714) x (1/0.85) BMP = 2.75 En el ejemplo que se muestra en el Cuadro 3, el operador necesitara por lo menos una bomba de 2.75 caballos de fuerza, y por lo tanto debe redondearse al siguiente tamano disponible (por ejemplo, una bomba de 3.0 BMP). Los operadores quiza deban obtener una bomba que sea un tamano mayor que el que dicte la formula anterior. Una bomba mas grande ofrece capacidad adicional para, de ser necesario, aumentar la tasa de circulacion del glicol para operar con una entrada de gas con un contenido mas alto de agua, o para cumplir con especificaciones de salida mas estrictas. Tambien estan disponibles bombas electricas de velocidad variable. Aunque la operacion de las bombas mas grandes o de las bombas de velocidad variable puede costar un poco mas, un tamano mas grande proporciona una medida adicional de seguridad y flexibilidad para cubrir imprevistos. Paso 3: Calcular los costos de capital, operacion y mantenimiento. Los costos relacionados con las bombas electricas incluyen el capital para comprar el equipo, la instalacion y la operacion continua y el mantenimiento. (a) Costos de capital e instalacion Las bombas electricas pueden costar de $1,100 hasta casi $10,000 dependiendo de los caballos de fuerza de la unidad. El Cuadro 4 presenta una gama de muestras de costo de capital para bombas electricas de diferentes tamanos usadas tipica- mente para los deshidratadores de glicol. Los operadores tambien deben considerar los costos de instalacion cuando evaluen los aspectos economicos de las bombas electricas. Debe calcularse el 10 por ciento del costo de capital para la instalacion. Coordinar los reemplazos con las suspensiones de servicio para mantenimiento puede minimizar los costos de instalacion. ------- Cuadro 4: Costo de capital de las bombas electricas Tamaiio del motor de la bomba (BHP) Costo de la bomba y el motor ($) .25 1,100 .50 1,150 .75 1,200 1.0 1,260 1.5 1,300 2.0 1,370 3.0 1,425 5.0 2,930 7.5 3,085 10 3,250 Fuente: Kimray, Inc. (b) Costo de operacion y mantenimiento El costo principal de operacion de una bomba electrica es la electricidad necesaria para energizar la unidad. En general, el requisite de kilovatios (kW) para operar una bomba es casi igual al de BHP. Por ejemplo, una bomba de 3.0 BHP necesitara aproximadamente 3.0 kW para operarse. En 2003, el costo promedio de compra de electricidad en los sectores comerciales e industriales fluctuo de $0.046 a $0.075 por kilovatio-hora (kWh) a nivel nacional; la electricidad generada en el lugar costo aproximadamente $0.02 por kWh. Si los costos de electricidad se supone que son aproximadamente $0.06 por kWh, el costo calculado para la compra de energia para la bomba de 3.0 BHP identifi- cada anteriormente debera ser de $1,600 al ano (3.0 kW x 8,760 horas/ano x $0.06/kWh). El costo para la electricidad generada en el lugar seria aproximada- mente $525 al ano (3.0 kW x 8,760 horas/ano x $0.02/kWh). El costo tipico de mantenimiento de las bombas de glicol propulsadas con gas fluc- tua de $200 a $400 al ano. El costo de mantenimiento se relaciona principalmente con el reemplazo de los arosellos y los costos relacionados de mano de obra. Normalmente estos reemplazos se necesitan una vez cada tres a seis meses. Las bombas electricas generalmente son impulsadas por engranes. No tienen piezas reciprocantes de bomba y no dependen de piezas elastomericas, desliza- dores, pistones, valvulas de retencion o arosellos, los cuales estan todos sujetos a desgaste, deterioro y reemplazo. Por lo tanto, el costo de mantenimiento de las bombas electricas generalmente es menor que el costo de mantenimiento de las bombas de glicol propulsadas con gas. El costo anual de las bombas electricas puede calcularse en aproximadamente $200 al ano por mano de obra, articulos de consumo (lubricacion y sellos) e inspeccion. Paso 4: Calcular la cantidad y el valor de los ahorros de gas. Debido a que las bombas electricas no emiten metano, los ahorros de emisiones de instalar estas bombas son iguales a las emisiones de la bomba propulsada con gas que se reemplaza. La cantidad de emisiones que se evita puede multiplicarse por el precio del mercado del gas para determinar el valor total de los ahorros de gas. Nota: si la unidad de deshidratacion de glicol tiene un deposito separador de liquido, y un uso beneficioso para todo el gas recuperado, entonces los ahorros de gas podrian no ser, por si mismos, suficiente justificacion para instalar una bomba electrica. ------- (a) Calculo de las emisiones de metano de la bomba propulsada con gas El calculo de las emisiones es un proceso de dos pasos, el cual consiste en el calculo de un factor de emisiones de las caracteristicas operativas de la unidad (presion, temperatura, especificaciones de humedad) y despues la multiplicacion del factor de emisiones de la unidad por el factor de actividad (la cantidad de gas que se procesa anualmente). El Cuadro 5 presenta formulas para el calculo de emisiones potenciales de metano de una bomba propulsada con gas, y por consi- guiente, el potencial de ahorros de metano por reemplazar la bomba propulsada por gas con una bomba electrica. Cuadro 5: Calculo de emisiones de metano de deshidratadores de glicol1 Paso 1: Calculo del factor de emisiones Dada la siguiente information: EF = Factor de emisiones (scf de gas natural emitido/MMcf de gas procesado) PGU = Uso de la bomba de gas (scf de gas natural emitido/galon de trietilenglicol)2 G = Proporcion de glicol por agua (galones de TEG/lb de agua extraida)3 WR = Tasa de agua extraida (Ib de agua extrafda/MMcf de gas procesado) OC = Proporcion de sobrecirculacion Calcule: EF =PGUxGxWRxOC Paso 2: Calculo de emisiones Males Dada la siguiente information: TE = Emisiones totales AF = Factor de actividad (MMcf de gas procesado anualmente) Calcule: TE =EFxAF 1 En Lecciones Aprendidas de EPA se presentan metodos de calculo y valores estandar: Optimization de la circulation de glicol e instalacion de los depositos separadores de Ifquido en los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators). '- Regla general de la industria: 3 piesVgalon de bomba propulsada por gas, 1 pie3/galon de bomba electrica; la diferencia es 2 pies3/galon. 3 Regla general aceptada por la industria: 3 galones de trietilenglicol/libra de agua. Los operadores de campo con frecuencia saben o pueden calcular el uso de gas de la bomba y la proporcion de glicol por agua. Para determinar la calidad de agua que necesita extraerse (WR), consulte el Apendice A, el cual presenta un juego de curvas derivadas empiricamente. Usando la temperatura de entrada de gas y la presion del sistema, puede determinarse el contenido de agua saturada leyendo el valor correspondiente en donde la curva de psig intersecta la temperatura. Para determinar el agua que necesita extraerse (WR) reste 4 Ib/MMcf a 7 Ib/MMcf de agua del valor de contenido de agua. El limite de 4 Ib/MMcf por 7 Ib/MMcf de contenido de agua se basa en las especificaciones tipicas de tuberia para el contenido de agua en la corriente de gas. ------- Para calcular la proporcion de sobrecirculacion, use una proporcion de 1:1 (OC = 1) si no hay sobrecirculacion y una proporcion de 2.1:1 (OC = 2.1) si la sobrecirculacion es un problema. Estas proporciones se basan en el promedio de proporciones medidas de 10 unidades de campo reportadas por el Gas Research Institute. Dos ejemplos para determinar la extraccion de agua (WR), el factor de emision (EF) y las emisiones totales (TE) se proporcionan en las paginas siguientes. Cada ejemplo muestra una gama de ahorros basados en dos suposiciones diferentes de entrada. El ejemplo 1, presenta una corriente de gas a alta presion, y el ejemplo 2 presenta una corriente a baja presion. Ejemplo 1: Corriente de gas a alta presion: Este ejemplo de sistema de deshidratacion tiene una presion de entrada de 800 psig, una temperatura de 94°F y una proporcion de glicol por agua de 3.0 galones de trietilenglicol por libra de agua recuperada. Usando el Apendice A, el contenido de agua saturada en la corriente de gas se calcula mediante la lectura del valor corres- pondiente en donde la curva de 800 psig cruza la linea de 95°F. En este ejemplo, el contenido de agua es aproximadamente 60 Ib por MMcf. Al restar el requisite de tuberia de 7 Ib/MMcf, se obtiene 53 Ib de agua, la cual debe extraerse de la corriente del gas y ser absorbida por el trietilenglicol. El uso de gas bombeado es de 2 scf de gas natural por galon de trietilenglicol. Al aplicar estos datos a la formula del factor de emisiones se obtiene una gama de 318 a 668 scf de gas emitido por cada MMcf de gas procesado. Suponiendo que el deshidratador procese 10 MMcf de gas humedo diariamente, el volumen adicional de gas recuperado sera 1,160 a 2,440 Mcf al afio. El Cuadro 6 resume este ejemplo. 10 ------- Cuadro 6: Ejemplo 1: Calculo de las emisiones de metano de un deshidratador de glicol con gas de entrada de alta presion (800 psig) En donde: EF = Factor de emisiones (scf de gas natural emitido/MMcf de gas procesado) PGU = Uso de la bomba de gas (scf de gas natural emitido/galon de trietilenglicol) G = Proporcion de glicol por agua (galones de TEG/lb de agua extraida) WR = Tasa de agua extraida (Ib de agua extrafda/MMcf de gas procesado) OC = Proporcion de sobrecirculacion TE = Emisiones totales AF = Factor de actividad (MMcfd de gas procesado) Dada la siguiente information: PGU = 2 scf de gas natural emitido/galon de trietilenglicol G = 3.0 galones de trietilenglicol/lb de agua extraida WR = 53 Ib de agua extrafda/MMcf de gas procesado OC =1:1 a 2.1:1 AF = 10 MMcfd de gas procesado Calcule: EF=PGUxGxWRxOC = 2 x 3.0 x 53 x (Proporcion: 1 por 2.1) = 318a668scf/MMcf TE = EFxAF = (318 a 668) x 10 = (3,180 a 6,680) scfd x 365 dias/ano - 1,000 scf/Mcf = 1,160a2,440Mcf/ano Ejemplo 2: Corriente de gas a baja presion: El sistema usa una presion de entrada de 300 psig y una temperatura de 94°F y una proporcion de glicol por agua de 3.0 galones de trietilenglicol por libra de agua recuperada. Para repetir, en lo que se refiere a las curvas e Smith Industries (Apendice A), el contenido de agua es aproximadamente 130 Ib por MMcf. Por lo tanto, deben extraerse 123 Ib de agua de la corriente de gas natural y ser absorbidas por el trietilenglicol para cumplir con las normas de tuberias. En este ejemplo, el tamano de la bomba es de 3.0 BMP y el uso de gas de la bomba es de 2.8 scf de gas natural emitido por galon de trietilenglicol. Usando la formula, se calcula un factor de emisiones (EF) de 1.03 a 2.17 Mcf/MMcf. Suponiendo que el deshidratador procese 10 MMcf de gas humedo diariamente, el volumen adicional de gas recuperado sera 3,760 a 7,921 Mcf al ano. El Cuadro 7 resume este ejemplo. 11 ------- Cuadro 7: Ejemplo 2: Calculo de las emisiones de metano de un deshidratador de glicol con gas de entrada de baja presion (300 psig) En donde: EF = Factor de emisiones (scf de gas natural emitido/MMcf de gas procesado) PGU = Uso de la bomba de gas (scf) de gas natural emitido/galon de trietilenglicol) G = Proporcion de glicol por agua (galones de TEG/lb de agua extraida) WR = Tasa de agua extraida (Ib de agua extrafda/MMcf de gas procesado) OC = Proporcion de sobrecirculacion TE = Emisiones totales AF = Factor de actividad (MMcfd de gas procesado) Dada la siguiente information: PGU = 2.8 scf de gas natural emitido/galon de trietilenglicol G = 3.0 galones de trietilenglicol/lb de agua extraida WR =123 Ib de agua extrafda/MMcf de gas procesado OC =1:1 a 2.1:1 AF = 10 MMcfd de gas procesado Calcule: EF = PGU x G x WR x OC = 2.8 x 3.0 x 123 x (Proporcion: 1 a 2.1) = 1,030 a 2,170scf/MMcf TE = EF x AF = (1030 a 2170) x 10 = 10,300 a 21,700 scfd x 365 dias/ano -f 1000 scf/Mcf = 3,760 a 7,921 Mcf/ano (b) Calculo del valor de los ahorros de metano Para determinar el valor total de los ahorros de metano, simplemente multiplique la reduccion total de emisiones por el precio del gas. Suponiendo un valor de $3.00 por Mcf, ambos ejemplos, alta y baja presion, presentados anteriormente rinden ahorros importantes anualmente. El aumento de ventas de gas del sistema de alta presion fluctuara de $3,480 a $7,320 al ano, mientras que el sistema de baja presion rendira un ahorro de $11,280 a $23,760 al ano. Paso 5: Calcular los beneficios economicos netos del reemplazo. Para calcular los beneficios economicos netos de reemplazar una bomba de glicol propulsada con gas por una bomba electrica, compare el valor del gas ahorrado con el costo inicial de la bomba electrica, mas la electricidad y los costos de operacion y mantenimiento. Como regla general, si el costo de la electricidad sobrepasa el valor del metano recuperado y los costos que se evitan de operacion y mantenimiento, reemplazar la bomba de glicol propulsada con gas no puede justificarse basandose solamente en el costo. Sin embargo, incluso en dichos casos, otros factores, como las tasas mas bajas de contaminacion y los beneficios al medio ambiente (por ejemplo, la reduccion de las emisiones de los componentes organicos volatiles y los contaminantes peligrosos del aire) podrian hacer que las bombas electricas sean una opcion atractiva en ciertos lugares. 12 ------- El cuadro siguiente usa el ejemplo de baja presion del Paso 4 para demostrar los ahorros posibles que estan disponibles para los operadores que compran electricidad. Cuadro 8: Ejemplo de los beneficios economicos de reemplazar una bomba de glicol propulsada con gas por una bomba electrica, gas de entrada a baja presion Volumen de gas ahorrado al ano (Mcf) 3,760 - 7,921 Valor del ahorro de gas al ano1 $11,280- $23,763 Costo de una bomba electrica de 3.0 BMP2 $1,853 Costo de electricidad al ano $1,576 Mantenimient o de la bomba electrica ($/ano) 200 Mantenimiento de la bomba propulsada con gas ($/ano) 400 Plazo de recuperacion de la inversion en meses 2-4 1 Gas valorizado en $3.00 por Mcf. 2 Incluye el costo de capital y de instalacion, los cuales se supone que son el 30 por ciento del costo de capital en este ejemplo. Es importante notar que los tamanos mas grandes de bomba requieren una mayor inversion inicial, y los costos mas altos de electricidad pueden alargar el plazo de recuperacion de la inversion. Por lo tanto es importante calcular correctamente el tamano de bomba necesario y para circular el trietilenglicol a la tasa optima. Ademas, como parte de estudiar los aspectos economicos globales del reemplazo, los operadores deben considerar el tiempo de los reemplazos. Generalmente es conveniente reemplazar con bombas electricas las bombas viejas de glicol propulsadas con gas, al final de sus vidas utiles. Tambien podria ser conveniente reemplazar las bombas propulsadas con gas que no esten al final de sus vidas utiles, pero que han comenzado a necesitar mantenimiento mas frecuente a causa de una mayor contaminacion. Ahorros reportados por los participates Un participate de Natural Gas STAR reporto recuperar un promedio de 15,000 Mcf/ano de metano al reemplazar cuatro bombas de glicol propulsadas con gas por bombas electricas. A $3.00 por Mcf, esta cantidad dio un promedio de $45,000 en ventas comerciales adicionales. 13 ------- Lecciones aprendidas Instalar bombas electricas para reemplazar las bombas de glicol propulsadas con gas puede ofrecer ventajas importantes operativas, ambientales y economicas. Los participantes de Natural Gas STAR ofrecen las siguientes lecciones aprendidas: * Las bombas de glicol propulsadas con gas con frecuencia pueden reemplazarse economicamente por bombas electricas si existe ya una fuente disponible de electricidad. * Las bombas electricas estan disponibles en capacidades y eficiencias variables. Se exhorta a los operadores a trabajar con varies fabricantes de bombas para encontrar el tipo mas adecuado. * Al determinar el tamano de la bomba electrica, los operadores pueden obtener una bomba que es un tamano mas grande que lo normal. Esto permitira tener una capacidad adicional de circulacion que puede ser util si el contenido de agua aumenta conforme madura el campo o si "se desagua". * Las bombas de glicol, ya sean de glicol propulsadas con gas o electricas, repre- sentan solamente un elemento del sistema de deshidratacion. Los operadores deben considerar el proceso de deshidratacion como un todo, incluyendo la composicion de glicol, las tasas de circulacion, la temperatura y presion del contactor, la composicion del gas de entrada, los requisites del punto de condensacion y las temperaturas del rehervidor. * Los participantes que esten considerando reemplazar las bombas propulsadas con gas por bombas electricas deben revisar las otras oportunidades para reducir las emisiones de metano de los sistemas de deshidratacion. Vea Lecciones Aprendidas de EPA: Optimize Glycol Circulation and Install Flash Tank Separators in Glycol Dehydrators (Optimizacion de la circulacion de glicol e insta- lacion de los depositos separadores de liquido en los deshidratadores de glicol.) * Los deshidratadores de glicol con depositos separadores de liquido podrian no ser buenos candidates para reemplazar las bombas propulsadas con gas, debido a que la mayoria del gas excesivo se recupera y se pone a buen uso o se recicla. * Incluya la reduccion de las emisiones de metano del reemplazo de las bombas de glicol propulsadas con gas por bombas electricas en informes anuales presentados como parte del Programa de Natural Gas STAR. 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. 14 ------- American Petroleum Institute. Specifications for Glycol-Type Dehydration Units (Spec 12 GDU). Julio del 993. American Petroleum Institute. Glycol Dehydration. PROFIT Training Series, 1979. Ballard, Don. How to Improve Glycol Dehydration. Coastal Chemical Company. Collie, J., M. Hlavinka, and A. Ashworth. An Analysis of BTEX Emissions from Amine Sweetening and Glycol Dehydration Facilities. 1998 Laurance Reid Gas Conditioning Conference Proceedings, Norman, OK. Garrett, Richard. Making Choices—A Look at Traditional and Alternative Glycol Pump Technology. Gas Research Institute. Technical Reference Manual for GRI-GLYCalc TM Version 3.0 (GRI-96/0091). Gas Research Institute and U.S. Environmental Protection Agency. Methane Emissions from Gas-Assisted Glycol Pumps. Enero de 1996. The Hanover Compressor Company. Contacto personal. Kimray, Inc. Contacto personal. Radian International LLC, "Methane Emissions from the Natural Gas Industry. Volume 15: Gas-Assisted Glycol Pumps" Draft Final report, Gas Research Institute and U.S. Environmental Protection Agency, abril de 1996. Rotor-Tech, Inc. Contacto personal. Tannehill, C.C., L. Echterhoff, and D. Leppin. "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. Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants for Source Categories: Oil and Natural Gas Production and Natural Gas Transmission and Storage-Background Information for Proposed Standards (EPA-453/R-94-079a, abril de 1997). Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. Lecciones Aprendidas: Reducing the Glycol Circulation Rates in Dehydrators (EPA430-B-97- 014, mayode 1997). Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. Lecciones Aprendidas: Installation of Flash Tank Separators (EPA430-B-97-008, octubre del 997). Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. "Methods for Estimating Methane Emissions from National Gas and Oil Systems". Emissions Inventory Improvement Program, Volumen. Ill, Capitulo 3, octubre de 1999. 15 ------- APENDICE A Contenido de vapor de agua del gas natural al estar saturado 1000 sssit=;?==;;==""- 1000" 100' 03 O- o tn m LLJ Q O Q O O 100" 50" CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA DEL GAS NATURAL CUANDO ESTA SATURADO SMITH INDUSTRIES. INC OIL & GAS DIVISION HOUSTON,TEXAS -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 TEMPERATURA, °F Source: Kimray, Inc. 16 ------- 17 ------- 18 ------- 19 ------- 4»EPA Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos Aire y Radiacion (6202J) 1200 Pennsylvania Ave., NW Washington, DC 20460 EPA430-B-03-014S Enero de 2004 ------- |