NaturalGasf
EPA POLLUTION PREVENTER
Lecciones
Aprendidas
De los participantes de Natural Gas STAR
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(• PRO"^
REEMPLAZO DE DESHIDRATADORES DE GLICOL
CON DESHIDRATADORES DESECANTES
(Replacing Glycol Dehydrators with Desiccant Dehydrators)
Resumen gerencial
Existen aproximadamente 30,000 pozos de gas natural de alta presion en tierra que producen 4 billones de pies cubicos
(Tel) anualmente en los Estados Unidos. Cerca de 700 de estos pozos tienen deshidratadores convencionales de glicol,
los cuales se calcula que emiten a la atmosfera mil millones de pies cubicos (Bcf) de metano al ano. Los deshidratadores
de glicol ventilan metano, compuestos organicos volatiles (VOC) y contaminantes peligrosos del aire (HAP) a la atmosfera
del regenerador de glicol y tambien fugan gas natural de los dispositivos neumaticos de control. Este proceso desperdicia
gas, cuesta dinero y contribuye a agravar los problemas locales de calidad de aire asi como al cambio climatico mundial.
Los participantes de Natural Gas STAR han descubierto que reemplazar los deshidratadores de glicol con deshidratadores
desecantes reduce las emisiones de metano, los compuestos organicos volatiles y los contaminantes peligrosos del aire
en un 99 por ciento y tambien reduce los costos de operacion y mantenimiento. En un deshidratador desecante, el gas
humedo pasa a traves de una cama de secado de tabletas desecantes. Las tabletas extraen la humedad del gas y se
disuelven gradualmente durante el proceso. Ya que la unidad esta completamente cerrada, las emisiones de gas
ocurren solamente cuando se abre la camara, como cuando se afiaden tabletas desecantes.
Analisis economicos demuestran que el reemplazar un deshidratador de glicol que procesa 1 millon de pies cubicos al
dia (MMcfd) de gas con un deshidratador desecante puede ahorrar hasta $4,403 al ano en gas combustible, gas ventilado
y costos de operacion y mantenimiento (O&M) y reduce las emisiones de metano en 564 mil pies cubicos (Mcf) al ano.
Este estudio de Lecciones Aprendidas describe como los participantes pueden identificar las areas en donde los deshidrata-
dores desecantes pueden incorporarse y determinar los beneficios economicos y para el medio ambiente.
Metodo para
reducir la
perdida de gas1
Reemplazo de un
deshidratador de
glicol con un
deshidratador
desecante
Ahorros anuales
de emisiones de
metano (Mcf)2
564
Ahorros anuales
degas
(Mcf)3
1,063
Valor del
ahorro de
gas($r
3,189
Costo de
capital e
instalacion ($)5
12,750
Costo de
operacion y
mantenimiento ($)6
(1,214)
Plazo de
recuperation de
la inversion (anos)
2.9
1 Se basa en un deshidratador MMcfd que opera a 450 psig y 47°F.
2 La diferencia entre el metano ventilado de los deshidratadores de glicol y los desecantes.
3Es la suma de las emisiones netas de gas y los ahorros de gas combustible.
4Se basa en un precio de gas de $3 por Mcf.
5El costo del deshidratador desecador instalado menos el valor excedente del equipo del deshidratador de glicol reemplazado.
5La diferencia entre los costos de operacion y mantenimiento de los deshidratadores de glicol y los desecantes.
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
El gas natural producido normalmente esta saturado de agua. Si no se le extrae, el
agua puede condensarse y congelarse en las tuberias recolectoras, de transmision
y distribucion causando taponeado, variaciones de presion y corrosion. Para evitar
esos problemas, el gas producido usualmente se envia a traves de un deshidratador
en donde entra en contacto con un agente desaguador como el trietilenglicol
(TEG), dietilenglicol (DEG) o carbonate de propileno. En el proceso mas comun,
la deshidratacion del glicol, el trietilenglicol absorbe el agua del gas junto con el
metano, los componentes organicos volatiles y los contaminantes peligrosos del
aire. Los hidrocarburos y el agua absorbidos despues se hierven en un rehervidor
o regenerador y se ventilan a la atmosfera. (Vea las Lecciones Aprendidas de EPA:
Optimization de la circulacion de glicol e instalacion de depositos separadores de
liquido de los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash
Tank Separators in Glycol Dehydrators))
Los participates de Natural Gas STAR han reportado tener exito al usar un metodo
alternative para el secado del gas: los deshidratadores desecantes. Esos des-
hidratadores usan sales absorbentes de humedad para eliminar el agua del gas
sin emitir cantidades grandes de metano, componentes organicos volatiles o
contaminantes peligrosos del aire.
Desecantes
Las sales delicuescentes como el calcio, el potasio y los cloruros de litio, se han
usado en las industrias del gas y el petroleo para deshidratar productos de petroleo
durante mas de 70 anos. Estas sales atraen y absorben naturalmente la humedad
(higroscopicas), disolviendose gradualmente hasta formar una solucion de agua
salada. La cantidad de humedad que puede extraerse del gas de hidrocarburo
depende del tipo de desecante asi como de la temperatura y la presion del gas.
El cloruro de calcio, el desecante mas comun y economico, puede lograr con-
tenidos de humedad de calidad en las tuberias a temperaturas por debajo de 59°F
y presiones por encima de 250 psig. El cloruro de litio, que es mas caro, tiene una
gama mas amplia de operacion: hasta 70°F y por encima de 100 psig. El Apendice
A ofrece contenidos equilibrados de humedad de gas natural deshidratado
mediante sales de calcio y cloruro de litio disponibles comercialmente.
Descripcion del proceso
El deshidratador desecante es un dispositive muy sencillo; no tiene partes moviles
y no necesita un suministro de energia externo, por lo tanto, es ideal para las
zonas remotas.
Como se muestra en el Cuadro 1, el gas natural humedo entra a la parte inferior de
la camara deshidratadora, debajo de la rejilla de apoyo del desecante. La rejilla de
apoyo y la antecama de bola ceramica evitan que las tabletas desecantes caigan en el
colector de agua salada (area de recoleccion). El gas mojado fluye hacia arriba a traves
de la cama de secado. Cuando el gas entra en contacto con la superficie de las
tabletas, las sales desecadoras extraen el vapor de agua del gas (hidratado). Conforme
el desecante continua extrayendo el vapor de agua del gas, comienzan a formarse
gotas de agua salada y a caer a traves de la cama de secado hacia el colector de
recoleccion de agua salada (area de recoleccion) en la parte inferior de la camara.
Este proceso de formacion de agua salada disuelve gradualmente el desecante.
El agua salada recolectada en el area de recoleccion puede drenarse periodicamente
a un tanque de almacenamiento de agua salada (o agua producida) o (en donde
-------
Cuadro 1: Esquema de un deshidratador desecante de camara sencilla
Cople de ventanilla
de observation
1 en PDF
2 en OSD
— Compuerta de relleno
(Cierre roscado de
abertura rapida)
— Oreja de levant am ien to
^> Salida
Cama de secado
Precama
Rejilla de apoyo
Cople (opcional) para
diafragma operado per piloto
Sistema de vaciado
Area de recoleccion
Cople de drenaje
Fuente: Van Air
se permite) a un estanque de evaporacion. El agua y la sal producidas pueden
inyectarse en un pozo profundo cerca del lugar, o recogerse periodicamente
para desecharse lejos del sitio.
Con una cama de secado de suficiente profundidad, el gas llega a un contenido
equilibrado de humedad con el desecado antes de que este llegue a la parte
superior de la cama de secado. A la sal excesiva, encima de la profundidad minima
necesaria para lograr el contenido equilibrado de humedad, se le llama "cama de sal
de servicio". Este inventario de servicio se rellena con regularidad. Para evitar detener
la produccion de gas o desviar el gas mojado a una tuberia de venta cuando se
rellena el deshidratador desecante, la mayoria de las instalaciones usan cuando menos
dos camaras: uno en servicio de secado mientras que el otro se rellena de sal.
Requisites de operacion
Para proteger sus tuberias, los productores secan el gas a un punto de condensa-
cion por debajo de la temperatura minima que se espera en la tuberia. Si no se
seca correctamente el gas, el agua y los otros liquidos libres pueden precipitarse
al enfriarse el gas lo cual puede causar que la tuberia se bloquee o corroa. Para
evitar eso, los productores normalmente deshidratan el gas a una especificacion
de humedad de tuberia entre 4 y 7 libras de agua por un millon de pies cubicos
al dia (MMcf) de gas. Las curvas de desempeno de desecante muestran combina-
ciones de temperatura y presion que causaran que el gas cumpla con las normas
de humedad de las tuberias. El Cuadro 2, derivado de la tabla de contenido de
humedad del Apendice A, muestra las combinaciones de temperatura y presion que
daran como resultado 7 libras de agua por un millon de pies cubicos al dia (MMcf)
de gas en dos de los mas comunes desecadores. La region sombreada encima
de la linea de saturacion del Cuadro 2 representa la "region segura de operacion"
para los deshidratadores de cloruro de calcio en donde el gas estara dentro o por
debajo de la especificacion de humedad de tuberias. Los operadores usan estas
-------
curvas para determinar la presion minima de gas que se requiere para garantizar
un contenido dado de humedad. En este ejemplo, una entrada de gas a 47°F
que pasa a traves de un deshidratante desecante de cloruro de calcio debe
estar presurizada a por lo menos 450 psig para cumplir con las 7 libras de agua
por MMcf estandar. Se muestran curvas para el cloruro de litio y de calcio, aunque
el cloruro de litio se usa raramente debido a su costo.
Cuadro 2: Curvas de desempeno de desecante al requisite maximo
de contenido de humedad en tuberias (7 Ib. de agua/MMscf)
.§ 600-
400-
200
125
Region de operacion segura
35 37 39 41 43
Fuente: Air & Vacuum Process, Inc.
45 47 49 51
Temperatura (F)
Relleno de desecantes y drenado de agua salada
Conforme las tabletas desecantes absorben humedad del gas, la profundidad de
las tabletas desecantes de la cama de secado lentamente se reduce. Algunos
fabricantes colocan una "ventanilla de observacion" (mirilla) en la camara (vea el
Cuadro 1) al nivel minimo desecante. Cuando la parte superior del desecante llega
a la ventanilla de observacion, el operador tiene que rellenar el desecante hasta el
nivel maximo. Rellenar la cama de servicio es una operacion manual que implica
cambiar el flujo del gas a otra camara de deshidratacion, cerrar las valvulas para
aislar la camara "vacia", ventilar la presion del gas a la atmosfera, abrir la compuerta
superior de llenado y verier las bolitas desecantes en la camara. Esto requiere que el
operador vacie una o mas bolsas de sal de 30 a 50 libras a la camara, dependiendo
del diseno del deshidratador. Debido a que este procedimiento necesita realizarse
mas frecuentemente entre mayor es la produccion de gas, los deshidratadores
desecantes generalmente se usan cuando el volumen de gas a secarse es de
5 MMcfd o menos.
El agua salada del area de reclamacion algunas veces se drena manualmente (los
deshidratadores desecantes tipicamente acumulan de 10 a 50 galones de agua
salada a la semana). El drenaje a un estanque de evaporacion se lleva a cabo mejor
despues de que la camara se despresuriza, mientras que el drenado a un tanque
de agua producida puede hacerse antes de despresurizar la camara; aprovechando
la presion de gas para empujar el agua salada hacia el tanque. En ocasiones poco
frecuentes puede bombearse al agua salada a un camion tanque usando una
bomba neumatica tipo doble.
-------
Beneficios
economicos y
para el medio
ambiente
Proceso de
decision
El uso de deshidratadores desecantes como alternativa a los deshidratadores de
glicol puede rendir importantes beneficios economicos y para el medio ambiente,
incluyendo:
* Costo reducido de capital —Los costos de capital de los deshidratadores
desecantes son bajos en comparacion a los costos de capital de los
deshidratadores de glicol. Los deshidratadores desecantes no usan
bombas de circulacion, controles neumaticos, calentadores de gas ni
rehervidores/regeneradores encendidos.
* Costos reducidos de operacion y mantenimiento—Los deshidratadores de
glicol queman una cantidad importante de gas producido para combustible
en un calentador de gas y un regenerador de glicol. Si la valvula de drenado
de agua salada es automatica, el unico costo de operacion y mantenimiento
para un deshidratador desecante es para rellenar el desecante.
* Emisiones mfnimas de metano, de componentes organicos volatiles y
contaminantes peligrosos del aire—Los deshidratadores de glicol ventilan
continuamente gas a la atmosfera desde los dispositivos neumaticos y el
ventilador del regenerador de trietilenglicol. Las unicas emisiones de gas de
los deshidratadores desecantes ocurren durante la despresurizacion de la
camara desecante para el relleno de sal, tipicamente un volumen de camara
por semana. El agua salada se produce en pequenas cantidades y absorbe
poco hidrocarburo.
Los participantes pueden evaluar las
ubicaciones potenciales y los
aspectos economicos de reem-
plazar los deshidratadores de glicol
existentes con deshidratadores
desecantes usando los siguientes
cinco pasos.
Cinco pasos para evaluar un
deshidratador desecante:
1. Identification de ubicaciones adecuadas
2. Determination de la capacidad del
deshidratador
3. Calculo de los costos de capital y operacion
4. Calculo de los ahorros
5. Analisis de los aspectos economicos
Paso 1: Identificacion de
ubicaciones adecuadas. Los
deshidratadores desecantes son
una eleccion economica bajo ciertas condiciones operativas. Su aplicabilidad se
determina principalmente por la produccion de gas y la temperatura y la presion
del gas producido. Los deshidratadores desecantes funcionan mejor cuando el
volumen a secarse es de 5 MMcfd o menor, y la humedad absorbida baja a las
especificaciones de la tuberia cuando la temperatura del gas de la cabeza de pozo
esta baja y la presion esta alta. Si la temperatura de entrada del gas es demasiado
alta, los desecantes forman hidratos que se precipitan de la solucion y causan
problemas de drenado de agua salada y apelmazamiento. Aunque es posible enfriar
o comprimir el gas producido para poder usar los deshidratadores desecantes, estas
medidas aumentan la complejidad del sistema y por lo general son muy costosos.
En comparacion, los deshidratadores de glicol son una mejor eleccion para los pozos
de produccion mas elevados y funcionan mejor para gas a mayor temperatura y a
cualquier presion. Sin embargo, si la temperatura del gas producido es demasiado
baja para el proceso de trietilenglicol, los operadores necesitaran calentar el gas
antes de que entre al deshidratador. Ya que calentar el gas requiere que se queme
mas producto como combustible, estas situaciones pueden ser buenas candidatas
para los deshidratadores desecantes. El Cuadro 3 muestra que sistema de secado
de gas funciona mejor bajo distintas condiciones de operacion.
-------
Cuadro 3: Condiciones optimas de operation para las tecnologias de deshidratacion
Baja temperatura (<70°F)
Alta temperatura (>70°F)
Presion baja (ioopsig)
Desecante
Glicol/desecante2
1 El gas quizas tenga que calentarse para usar un deshidratador de glicol, o comprimirse para usar un
deshidratador desecante.
2 El gas quizas tenga que enfriarse para usar un deshidratador desecante.
Paso 2: Determinacion de la capacidad del deshidratador. El primer paso para
el calculo del tamano de un deshidratador desecante es determinar el contenido
de humedad de entrada y salida del gas. Esto es necesario para calcular la cantidad
de desecante necesario, y a partir de ello, el tamano de la camara. Los operadores
usan una grafica de contenido de vapor de agua en el gas natural (el ejemplo se
muestra en el Apendice B), una tabla de contenido de humedad o un programa
medidor como el Quick Size de Hanover Company, que se encuentra en
, para calcular el contenido del
agua en la corriente de gas. Para este analisis, supondremos que el deshidratador
esta designado para manejar una corriente de gas de 1 MMscf/dia a 47°F y 450
psig. Para este panorama, usar cualquiera de estos metodos rendira los mismos
resultados, la corriente de gas natural contiene 21 libras de agua por MMcf.
Regla general del distribuidor
Una libra de desecante extrae tres libras de
humedad del gas.
Para poder cumplir con las
especificaciones de humedad de
la tuberia de 7 libras por MMcf, el
desecante de cloruro de calcio debe
extraer 14 libras de agua por MMcf
de gas. Para un deshidratador de 1
MMcfd, y usando la regla general del
distribuidor de que 1 libra de desecante extrae 3 libras de agua, se disolveran
4.7 libras de cloruro de calcio al dia. El Cuadro 4 resume estos calculos.
El paso siguiente es calcular el tamano de la camara. Los distribuidores suministran
camaras de deshidratadores desecantes en tamanos estandar, generalmente
especificados por el diametro exterior y la produccion maxima de gas a varias
presiones de operacion, segun se muestra en el Cuadro 6. Las dimensiones de
la cama son fijas para lograr el contenido equilibrado de humedad del gas. Esto
incluye un tamano estandar de profundidad de la cama de servicio: 5 pulgadas
para este distribuidor.
Los participantes pueden seleccionar el tamano de la camara desecante en la
tabla del distribuidor o calcular el tamano usando las ecuaciones del Cuadro 5.
En el ejemplo del deshidratador de 1 MMcfd, al usar el Cuadro 5 se obtiene una
camara con un diametro interior de 16.2 pulg. (17 pulg. de diametro exterior
aproximadamente con un espesor de pared de 3/8 de pulg.). Para usar el Cuadro
6, siga la columna de 450 psig hacia abajo hasta la capacidad de produccion
igual o mayor a la que se necesita; en este ejemplo es 1,344 Mcfd (1.344 MMcfd).
Siguiendo esta hilera a la izquierda da un diametro exterior de 20 pulgadas.
-------
Cuadro 4: Determination del consumo diario de desecante
En donde:
D = Consumo diario de desecante (Ib/dia)
F = Tasa de flujo de gas (MMcf/dfa)
I = Contenido de agua de entrada (Ib/MMcf)
0 = Contenido de agua de salida (Ib/MMcf)
B = Proportion de desecante con respecto al agua (Ib de desecante/ Ib de agua)
Dada la siguiente information:
F = 1 MMcf/dfa de gas producido a 47°F y 450 psig
I = 21 Ib/MMcf
0 =7 Ib/MMcf (requisite de humedad de la tuberia)
B = 1 Ib de desecante/ 3 Ib de agua (regla general del distribuidor)
Calcule:
"F~ = F * (I-O) * B
= 1 * (21-7)* 1/3
= 4.7 Ib desecante/dia
Cuadro 5: Determination del tamano del deshidratador desecante
En donde:
ID = Diametro interior de la camara desecante (pulg.)
D = Consumo diario de desecante (Ib/dia)
H = Altura de la cama de sal de servicio (pulg.)
T = Tiempo entre rellenos (dias)
B = Densidad a granel (Ib/pies3)
Dada la siguiente information:
D = 4.7 Ib/dia (Cuadro 4)
H =5 pulg. (regla general del distribuidor)
T =7 dias (a election del operador)
B =55 (Ib/pies3) (datos del distribuidor)
Calcule:
4*D*T*12
ID =12* A.
\ H*n*B
4*4.7*7*12
= 12* AJ
5*n*55
= 16.2 pulg.
Seleccione un tamano estandar de camara en el Cuadro 6:
• Seleccione el siguiente tamano mas grande que el ID = 20 pulg.
-------
Cuadro 6: Costo y capacidad maxima de production (Mcfd)
de los deshidratadores desecantes
Diametro
externo
(pulgadas)
10
12
16
20
24
30
36
Costo12
($)
2,850
3,775
5,865
6,500
8,895
12,850
17,034
100
Psig
95
132
214
311
481
760
1,196
200
Psig
177
247
400
620
900
1,422
2,230
300
Psig
260
362
587
909
1,319
2,085
3,270
350
Psig
301
419
680
1,054
1,528
2,416
3,789
400
Psig
342
476
773
1,199
1,738
2,747
4,308
450
Psig
383
533
866
1,344
1,948
3,078
4,827
500
Psig
424
590
959
1,489
2,158
3,409
5,346
1 El costo de capital es para los Indices de presion de hasta 500 psig, incluyendo una camara con apoyos de
camara, valvulas, tuberfa, todos los accesorios y el relleno inicial de las tabletas desecantes de cloruro de calcio.
2 El costo del deshidratador incluye todos los accesorios: camara, estructura de apoyo, valvulas y tuberfa.
Fuente: Van Air
Paso 3: Calculo de los costos de capital y operacion. El costo de capital para
un deshidratador desecante de camara sencilla adecuado para tasas de produccion
de gas de 0.1 a 5 MMcf al dia (incluyendo el relleno inicial de desecante) varia entre
$3,000 y $17,000. Despues de determinar el tamano necesario de la camara (Paso
2), los participates pueden usar el Cuadro 6 para determinar el costo de capital de
un deshidratador desecante. Para el ejemplo que se ofrece en el Paso 2, el costo
de capital de un deshidratador desecante de camara sencilla de 20 pulgadas es
$6,500. Para un deshidratador de dos camaras, el costo sera $13,000.
Los costos de instalacion generalmente fluctuan entre 50 y 75 por ciento del costo
del equipo. Usando un factor de instalacion de 75 por ciento del costo del equipo,
el deshidratador desecante de camara sencilla descrito anteriormente se instalaria
a un costo de $4,875.00. El deshidratador de dos camaras se instalaria a un costo
de $9,750.00.
El costo de operacion para usar el deshidratador desecante incluye el costo del
reemplazo de desecante y el desecho del agua salada. Debido a que las tabletas
desecantes se disuelven al recoger la humedad del gas, la cama de servicio de
sal tendra que rellenarse con regularidad. El agua salada que resulte tambien tiene
que extraerse y tratarse o desecharse.
El Cuadro 7 muestra los calculos de los costos de operacion para el ejemplo de
un deshidratador de 1 MMcfd. Dependiendo del distribuidor, el costo del cloruro
-------
de calcio puede fluctuar de $0.65 a $1.20 por libra. Usando $1.20 por libra para el
costo del cloruro de calcio, el costo total para rellenar4.7 libras al dia (del Cuadro 4)
es $2,059 por ano. En el ejemplo del Cuadro 4, se produce muy poca agua salada
al extraer la humedad del gas para lograr la especificacion deseada de humedad de
la tuberia (por ejemplo, 7 libras por MMcf): 4.7 libras al dia de sal mas las 14 libras
de agua extraidas del gas, o 18.7 libras de agua salada al dia, un poco mas de
2 galones al dia.
Cuadro 7: Determination del costo de operation de un deshidratante desecante
En donde:
TO = Costo total de operation ($/ano)
CD = Costo de desecante ($/ano)
CB = Costo de desecho del agua salada ($/ano)
I = Contenido de agua de entrada (Ib/MMcf)
0 = Contenido de agua de salida (Ib/MMcf)
F = Tasa de flujo de gas (MMcf/dfa)
P = Precio del desecante ($/libra)
D = Consumo diario de desecante (Ib/dia)
S = Densidad del agua CaCI2 (libras/bbl)
BD = Costo de desecho del agua salada ($/bbl)
LC = Costo de mano de obra ($)
LT = Tiempo de mano de obra para que el operador rellene el desecante (hora)
LR = Tasa de mano de obra del operador ($/hora)
Dada la siguiente information:
F = 1 MMcf/dfa de gas producido a 47°F y 450 psig
P = $1.20/libra de cloruro de calcio (datos del distribuidor)
D = 4.7 Ib desecante/dia (Cuadro 4)
S = 490 Ib/bbl
BD =$1.00/bbr
LT = 1 hora/semana
LR = $30/hora
Calcule:
CD = D*P*365dfas/ano
= 4.7*1.2*365
= $2,059/ano
CB = [((l-0)*F)+D]*BD*365dfas/ano
S
[((21-7)*1)+4.7]*1.0*365
490
= $14/ano
LC = LT*LR*52 semanas/ano
= 1*30*52
= $1,560/ano
TO = CD+CB+LC
= $2,059+$14+$1,560
= $3,633/ano
1 GRI Atlas de agua producida en relation algas en 1990, mayo 1995.
-------
Paso 4: Calculo de los ahorros. Reemplazar un deshidratador de glicol con un
deshidratador desecante ahorra gas y reduce considerablemente los costos de
operacion y mantenimiento.
Determinacion de los ahorros
netos de gas
La cantidad de gas ahorrada
puede determinarse comparando
las emisiones y el uso de gas del
deshidratador de glicol existente
con el gas que se ventila de un
deshidratador desecante. Los
participantes pueden determinar
los ahorros de gas determinando
los siguientes cinco factores.
Determine los ahorros netos de gas:
Anada los ahorros de la elimination de:
• El gas ventilado del deshidratador de glicol.
• El gas ventilado de los controladores
neumaticos.
• El gas quemado como combustible en el
rehervidor de glicol.
• El gas quemado como combustible en un
calentador de gas.
Reste:
• El gas ventilado del deshidratador desecante.
Calculo del gas ventilado del deshidratador de glicol —La cantidad de
gas ventilado del regenerador/rehervidor de glicol es igual al gas arrastrado en
trietilenglicol. Para determinar esto, los participantes necesitaran conocer la
tasa de flujo de gas, el contenido de agua de entrada y salida, la proporcion
de glicol en comparacion con el agua, el porcentaje de la circulacion excesiva
y la tasa de arrastre de metano. El Cuadro 8 demuestra este calculo para el
Cuadro 8: Gas ventilado del deshidratador de glicol
En donde:
GV
W
R
OC
G
= Cantidad de gas ventilado anualmente (Mcf/ano)
= Tasa de flujo de gas (MMcf/dfa)
= Contenido de agua de entrada-salida (Ib/MMcf)
= Proporcion de glicol poragua (gal/lb)1
= Porcentaje de circulacion excesiva
= Tasa de arrastre de metano (piesYgal)1
Dada la siguiente informacion:
F = 1 MMcfd de gas a 47°F y 450 psig
W =21-7 = 14lbagua/MMcf(Cuadro4)
R =3 gal/lb (regla general)1
G =3 piesYgal para las bombas de intercambio de energfa (regla general)1
OC =150%
Calcule:
GV
(F*W*R*OC*G*365dfas/ano)
1,OOOcf/Mcf
(1*14*3*1.5*3*365)
1,000
= 69 Mcf/ano
1 De las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimization de la circulation de glicol e instalacion de depositos
separadores de Ifquido en los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash
Tank Separators in Glycol Dehydrators).
10
-------
ejemplo del deshidratador de 1 MMcfd. En este ejemplo, se supone que hay
una bomba de intercambio de energia sin deposito separador de liquido. Uso
de reglas generales de las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimization de
la circulation de glicol e instalacion de depositos separadores de liquido en
los deshidratadores de glicol (Optimize Glycol Circulation and Install Flash Tank
Separators in Glycol Dehydrators), se calculan las emisiones de gas de metano
de 69 Mcf al ano.
Calculo del gas ventilado de los controladores neumaticos—Los contro-
ladores neumaticos se usan comunmente para vigilar y regular los flujos de
gas y liquido, la temperatura y la presion de las unidades deshidratadoras de
glicol. Especificamente, los controladores regulan los flujos de gas y liquido en
los deshidratadores y los separadores, la temperatura en los regeneradores
deshidratadores y la presion en los depositos de liquidos (cuando se usan).
En este ejemplo, la unidad deshidratadora de glicol con calentador de gas
se considera que tiene cuatro controladores neumaticos de exudacion; los
controladores de nivel en el contactor y el rehervidor y los controladores
de temperatura en el rehervidor y el calentador de gas. No tiene que ser un
deposito separador de liquido. Tambien se supone que todos los dispositivos
neumaticos son dispositivos de alta exudacion (por ejemplo, exudan mas
de 50 Mcf de gas al ano durante la operacion). Con base en el estudio de
GRI/EPA, Methane Emissions >From the Natural Gas Industry, Volume
12-Pnuematic Devices (Emisiones de metano de la industria del gas natural,
volumen 12 - Dispositivos neumaticos) el factor de emisiones anuales de un
dispositive neumatico de exudado se calcula en 126 Mcf al ano. Por lo tanto,
los cuatro dispositivos neumaticos contribuiran anualmente con 504 Mcf
de emisiones de metano. El Cuadro 9 resume este ejemplo.
Cuadro 9: Gas ventilado de los controladores neumaticos
En donde:
GB = Exudacion de gas (Mcf/ano)
EF = Factor de emision (Mcf de exudacion de gas natural/ dispositive neumatico por ano)1
PD = Numero de dispositivos neumaticos
Dada la siguiente information:
EF = 126 Mcf/dispositivo/ano
PD =4 dispositivos neumaticos/ deshidratadores de glicol
Calcule:
GB =EF*PD
= 126*4
= 504 Mcf/ano
1 Estudio de GRI/EPA, Methane Emissions from the Natural Gas Industry [Emisiones de metano de la
industria del gas natural], Volumen 12.
Calculo del gas quemado como combustible en rehervidores de glicol—
El deshidratador de glicol usa gas natural en el rehervidor/regenerador para
consumir el agua del glicol rico. Suponiendo que el calor del rehervidor sea
de 1,124 Btu por galon de trietilenglicol, el gas usado por el rehervidor sera
de 17 Mcf al ano. El Cuadro 10 resume estos calculos.
11
-------
Cuadro 10: Gas quemado como combustible en el rehervidor de glicol
En donde:
FGR = Gas combustible para el rehervidor (Mcf/ano)
F =Tasa deflujo de gas (MMcfd)
W = Contenido de agua de entrada-salida (Ib/MMcf)
Qr = Servicio de calor del rehervidor (Btu/gal de trietilenglicol [TEG])1
Hv = Valor de calentamiento del gas natural (Btu/scf)2
R = Proportion de glicol por agua (gal de TEG/lb de agua)3
Dada la siguiente information:
F = 1 MMcfd
W =21-7 = 14lbagua/MMcf
Qr = 1,124 Btu/gal de TEG
Hv = 1,027 Btu/scf
R = 3 gal TEG/lb de agua extraida
Calcule:
FGR
(F*W*Qr*R*365dias/ano)
Hv*1,000cf/Mcf
(1*14*1,124*3*365)
1,027*1,000
= 17 Mcf/ano
1 Se basa en el calculo del Libra de Datos de Ingenieria, Volumen II, 11* edicion, Gas Processors Supply
Association (Asociacion de Proveedores Procesadores de Gas), 1998, Seccion 20 - Deshidratacion.
2Energy Information Administration (EIA), Monthy Engineering Review, Tabla A4.
3 De las Lecciones Aprendidas de EPA: Optimization de la circulation 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).
Calculo del gas quemado como combustible en un calentador de gas-
El trietilenglicol (TEG) no funciona bien en gas a temperatura baja. Por esta
razon, el gas generalmente se calienta antes de entrar a la unidad deshidrata-
dora. El gas natural se usa como combustible para el calentador de gas. La
cantidad de gas combustible usado para calentar 1 MMcfd de gas producido
de 47°F a (supuesto) 90°F es 483 Mcf al ano. El Cuadro 11 muestra estos
calculos.
Calculo de la perdida de gas del deshidratador desecante—La perdida
de gas del deshidratador desecante se determina calculando la cantidad de
gas que se ventila de la camara cada vez que se despresuriza para realizar
el proceso de relleno. Para determinar el volumen de gas ventilado, los partic-
ipantes tendran que determinar el volumen de la camara del deshidratador y
que porcentaje de este volumen esta ocupado por el gas. La camara de 20
pulgadas de diametro exterior del Cuadro 6 tendra un diametro interior
aproximado de 19.25 pulgadas (suponiendo un espesor de pared de 3/8
pulgadas). La camara tiene una longitud general de 76.75 pulgadas con
el 45 por ciento de su volumen lleno de gas. Usando la Ley de Bolye, la
cantidad de gas ventilado a la atmosfera durante la despresurizacion de
la camara es de 10 Mcf al ano. El Cuadro 12 resume estos calculos.
12
-------
Cuadro 11: Cantidad de gas combustible que se usa para calentar el gas
En donde:
FGH = Gas combustible usado en el calentador (Mcf/ano)
Hv = Valor de calentamiento del gas natural (Btu/scf)
Cv = Calor especifico del gas natural (Btu/lb°F)
D = Densidad del gas natural (Ib/cf)
AT = (T2 - T,) cambio en la temperatura (F°)
F = Tasa deflujo de gas (MMcf/d)
E = Eficiencia
Dada la siguiente information:
Hv = 1,027 Btu/cf
Cv = 0.441 Btu/lb°F
D = 0.0502 Ib/cf
AT = 43 F° (90 - 47) P
F = 1 MMcf/d
E = 70%
Calcule:
(F*D*Cv*AT*365 dfas/ano*1,OOOMcf/MMcf'
rbn = :
(Hv*E)
(1*0.0502*0.441*43*365*1,000)
(1,027*0.7)
= 483 Mcf/ano
Calculo de los ahorros totales de gas—Los ahorros totales de gas es el
total de emisiones que se evitaron y el uso del gas del deshidratador de glicol
menos la perdida de gas de la ventilacion del deshidratador desecante cuando
se reemplaza el desecante. En este ejemplo, el ahorro total de gas es 1,063
Met al ano. Usando un precio de gas de $3.00 por Met, el valor del gas que
se ahorra es $3,189 al ano. El gas natural contiene 90 por ciento de metano.
Por lo tanto, el total del ahorro de las emisiones de metano es el 90 por
ciento de la diferencia entre el gas emitido por el deshidratador de glicol y sus
controladores neumaticos (Cuadros 8 y 9 respectivamente), y el deshidratador
desecante (Cuadro 12); en este caso fue 507 Mcf al ano. El Cuadro 13 resume
este ejemplo.
13
-------
Cuadro 12: Perdida de gas del deshidratador desecante
En donde:
GLD = Perdida de gas del deshidratador desecante (scf/ano)
H = Altura de la camara del deshidratador (pies)
D = Diametro interior de la camara (pies)
P, = Presion atmosferica (psia)
P2 = Presion del gas (psig)
n = pi
%G = Por ciento del volumen empacado de la camara que es gas
T = Tiempo entre rellenos (dias)
Dada la siguiente information:
IP = 76.75 pulg. (6.40 pies)1
D =19.25 pulg. (1.6 pies)
P, =14.7 psia
P2 =450 psig+ 14.7 (464.7 psig)
n =3.14
%G = 45% (regla general del distribuidor)1
T =7 dias
Calcule:
(H *D2*n*P2*%G*365dfas/ano)
GLD =
(4*P1*T*1,OOOcf/Mcf)
(6.4*1.62*3.14*464.7*0.45*365)
(4*14.7*7*1,000)
= 10 Mcf/ano
1 Se basa en datos de productos provistos por Van Air.
Cuadro 13: Ahorro total de gas
Calcule:
TGS = Ahorros totales de gas (Mcf/ano)
= Cuadro 8 + Cuadro 9 + Cuadro 10 + Cuadro 11 - Cuadro 12
= 69 + 504 + 17 + 483-10
= 1,063 Mcf/ano
Ahorros = 1,063 Mcf/ano * $3/Mcf
= $3,189/ano
Reduction de emisiones de metano
TMER = Reduction total de emisiones de metano
TMER = 90% * (Cuadro 8 + Cuadro 9 - Cuadro 12)
= 0.9* (69 + 504-10)
= 507 Mcf/ano
14
-------
Determinacion de los ahorros de las operaciones y el mantenimiento
Otros ahorros incluyen la diferencia entre el costo de operacion y mantenimiento
(costo de mano de obra) de un deshidratador desecante y un deshidratador
de glicol.
El costo de operacion de un deshidratador desecante incluye el costo de relleno
de desecante, el desecho del agua salada y los costos de mano de obra. Ya que el
deshidratador desecante no tiene partes moviles y no requiere energia para funcionar,
los costos de mantenimiento son insignificantes. El costo de relleno y desecho de
agua salada calculado anteriormente en el Cuadro 7 es de $2,059 y $14 al ano,
respectivamente. Los costos de mano de obra suponen una hora a la semana para
que el operador rellene el deshidratador desecante. A $30 por hora, esto costaria
aproximadamente $1,560 al ano.
El costo de operacion del deshidratador de glicol incluye llenar el colector de glicol
para mantener los niveles de glicol. El mantenimiento y la mano de obra incluyen
la inspeccion y la limpieza de los sistemas mecanicos, la reparacion regular de la
bomba de circulacion y los controles mecanicos, y una vez al ano la limpieza de
los tubos de incineracion del rehervidory el calentador de gas. El costo de glicol es
$4.50 por galon, y generalmente la tasa de produccion es de 0.1 galones por MMcf
de gas procesado. Para este ejemplo, esto viene siendo aproximadamente 37
galones de glicol al ano, o $167 al ano. El costo de mano de obra supone que los
operadores pasan un promedio de dos horas a la semana dando mantenimiento y
reparacion a la unidad. A $30 por hora, esto costaria aproximadamente $3,120 al
ano. Las piezas de repuesto se calculan a la mitad del costo de mano de obra, o
$1,560 al ano. Basandose en esto, el costo total de operacion, mantenimiento y
mano de obra en nuestro ejemplo del sistema de deshidratador de glicol es de
$4,847 al ano.
Paso 5: Analisis de los aspectos economicos. El paso final es comparar el
costo de implementacion y de operacion y mantenimiento anual de cada opcion y
el valor del gas ahorrado o usado/perdido por cada unidad. El Cuadro 14 ofrece
una comparacion de los costos de implementacion y operacion y mantenimiento de
un deshidratador desecante y un deshidratador de glicol (deshidratando 1 MMcfd
de gas natural a una presion de 450 psig y una temperatura de 47°F). El Cuadro
15 compara la cantidad y el valor del gas usado y perdido en cada sistema.
El Cuadro 16 muestra los ahorros que puede esperar tener un participante de
Natural Gas STAR durante un periodo de 5 afios si reemplaza el deshidratador
de glicol existente de 1 MMcfd a 450 psig y gas a 47°F por un deshidratador
desecante.
15
-------
Cuadro 14: Comparacion de costo de un deshidratante
desecante y un deshidratador de glicol
1 MMcfd de gas natural operando a 450 psig y 47°F
Tipo de costo y ahorro
Costos de implementation
Costos de capital
Desecante1 (incluye el relleno inicial)
Glicol
Otros costos (instalacion e ingenieria)2
Costos totales de implementation:
Costos anuales de operation y mantenimiento
Desecante
Costo de relleno de desecante3 ($1 .20/lb)
Costo de desecho de agua salada3
Costo de mano de obra4
Glicol
Costo de relleno de glicol4 ($4.50/gal)
Costo de materiales y mano de obra4
Costos anuales totales de operation y mantenimiento:
Desecante
($/ano)
13,000
9,750
22,750
2,059
14
1,560
3,633
Glicol
($/ano)
20,000
15,000
35,000
167
4,680
4,847
1 Se basa en dos camaras desecantes usadas alternadamente. Vea el Cuadro 5.
2 Costos de instalacion supuestos al 75% del costo del equipo.
3 Losvalores son del Cuadro/.
4 Vea el Paso 4, Calculo de ahorros.
Cuadro 15: Uso/perdida de gas y comparacion del valor
1 MMcfd de gas natural operando a 450 psig y 47°F
Tipo de perdida/uso
Uso de gas
Combustible (Cuadros 10 y 11)
Perdida de gas
Dispositivos neumaticos (Cuadro 9)
Ventilas (Cuadros 8 y 12)
Total:
Emisiones de metano2:
Desecante
Mcf/ano
—
—
10
10
10
$/ano1
—
—
30
30
—
Glicol
Mcf/ano
500
504
69
1,073
507
$/aiio1
1,500
1,512
207
3,219
—
1 El precio del gas esta basado en $3/Mcf.
2 Los valores son del Cuadro 12 y el Cuadro 13.
16
-------
Lecciones
aprendidas
Cuadro 16: Aspectos economicos del reemplazo de un sistema
de deshidratador de glicol por un sistema de deshidratador
desecante con dos camaras
Tipos de costos
y ahorros1
Costos de capital
Costos de operation
y mantenimiento que
se evitaron
Costos de operation
y mantenimiento -
Desecante ($/ano)
Valor del gas ahorrado
Valor excedente
del equipo
Total ($)
AiioO
($/ano)
(22,750)
10,0002
(12,750)
Ano1
($/ano)
4,847
(3,633)
3,219
4,433
Ano2
($/ano)
4,847
(3,633)
3,219
4,433
Ano3
($/ano)
4,847
(3,633)
3,219
4,433
Ano4
($/ano)
4,847
(3,633)
3,219
4,433
Ano5
($/ano)
4,847
(3,633)
3,219
4,433
NPV (Valor neto presente)3 = $3,137
IRR (Tasa interna de rendimiento)4 = 21%
Perfodo de recuperation de la inversion (anos) = 2.9
1 Los valores de todos los costos se obtienen en los Cuadros 14 y 15. El precio del gas se supone que
es $3/Mcf.
2 Se basa en el 50% del costo de capital del deshidratador de glicol.
3 El NPV se calcula de acuerdo con 10% de descuento durante 5 anos.
4 El IRR se calcula en base a 5 anos.
Los deshidratadores desecantes pueden reducir economicamente las emisiones
de metano de la deshidratacion de gas. La experiencia de los participantes ofrece
las siguientes lecciones aprendidas:
* Los deshidratadores desecantes pueden ofrecer beneficios economicos
importantes, como un aumento de la eficiencia operativa y una reduccion de
capital y costos de mantenimiento para el gas de flujo lento a presiones mas
altas y condiciones de temperatura mas bajas.
* Los costos de preparacion (reemplazo) del desecante son levemente mas
altos que el glicol debido a que el desecante se disuelve en agua y debe
reemplazarse con regularidad, mientras que el glicol se recircula.
* Los deshidratadores desecantes son un metodo eficaz para la eliminacion
de emisiones de metano, componentes organicos volatiles y contaminantes
peligrosos del aire.
* Incluir la reduccion de emisiones de metano que pueden atribuirse al
reemplazo de los deshidratadores de glicol por deshidratadores desecantes
en los informes anuales 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
economicamente para sus operaciones.
17
-------
Acor, Lori G. y David Mirdadian. Benefits of Using Deliquescing Desic-cants for
Gas Dehydration. Society of Petroleum Engineers (SPE82138), 2003.
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Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. Lecciones
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and Install Rash Tank Separators in Glycol Dehydrators). (EPA430-B-03-013,
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Agenda de Proteccion del Medio Ambiente de los Estados Unidos. Lecciones
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18
-------
Apendice A
Contenido de humedad de gas natural en equilibrio con desecantes
(Ib de agua/MMcf de gas natural)
Tabletas tipo desecante de sales delicuescentes de cloruro de calcio
SO'F
75F
70F
65F
60 F
5ST
56'F
54F
52F
50F
45F
40F
35F
10
PSIG
344
292
246
207
174
162
150
140
130
121
100
fi.3
68
25
PSIQ
219
185
157
132
111
103
K
89
93
77
64
53
44
50
PSIG
134
113
36
n
68
63
59
55
51
47
39
.32
27
75
PSIG
98
83
70
59
50
46
43
40
37
35
29
24
19.6
100
PSIQ
77
55
55
47
39
36
34
32
29
27
22.7
188
15.5
125
PSIG
64
54
46
39
33
31
29
26
24.5
22.8
18,9
15 G
13
150
PSIG
55
46
39
33
29
26
24.1
22.5
21
19.5
16.2
13.4
111
175
PSIQ
48
41
43
29
24.5
22.8
21.2
19.8
13.4
17.1
14.3
ne
9.8
20D
PSIQ
43
36
31
26
21.9
20.3
18.9
17.6
16.4
15.3
12.7
10.5
8.7
225
PSIG
33
33
27
235
19.8
18.4
17.1
16
14.9
13.3
11.5
96
7.9
250
PSIG
35
30
25
21.4
18.1
16.8
15.7
14.6
14.4
12.7
10.6
88
7.2
275
PSIG
33
28
23.4
19.8
16.8
156
14.5
13.5
12.6
11.7
9.8
8.1
6.7
300
PSIG
30
26
21.7
184
15.5
14.4
13.4
12.6
11.7
10.9
31
7.5
6.2
350
PSIG
27
22.5
19.1
16.2
13.7
12.9
11.B
11.1
10.3
9.6
8
E7
5.5
400
PSIG
23.6
20.1
17.1
14,5
12.3
11.4
10.6
3.9
3.3
6.6
7.2
6
5
500
PSIG
19.7
16.8
14.3
12.1
10.3
9.6
8.9
8.3
7.8
7.2
6,1
5
4.2
750
PSIG
14.3
12.2
104
8.9
7.6
7
6.6
6.2
5.8
5.4
4.5
3.8
3.1
1000
PSIG
11.6
9.9
8.5
7.3
6.2
5.8
5.4
5.1
4.7
4.4
3.7
31
2.6
Tabletas tipo desecante de sales delicuescentes de cloruro de litio
80 F
75F
70F
65F
60 F
58 F
56 F
54'F
52F
50 F
45'F
40'F
35F
ID
PSIG
123
103
31
77
65
60
56
52
13
45
37
30
25
25
PSIG
81
69
53
49
41
36
37
33
31
29
23.8
13.6
1S.1
50
PSIG
50
42
36
30
25
23.4
21.7
203
18.9
17.5
M.5
12
9.9
75
PSIG
36
31
26
21.9
184
17.1
159
148
138
128
10.7
8.7
7.2
100
PSIG
29
24.2
20.4
17.2
1*5
135
12.5
117
109
101
8.4
6.3
5,7
125
PSIG
23.7
20
17
14.3
121
11.2
105
9.7
9
8.4
7
5.8
4.8
150
PSIG
20.2
17.2
14.5
12.2
10.3
3.6
89
83
77
72
S
4.9
4.1
175
PSIG
17.8
15.1
12.7
10.S
91
84
78
73
68
64
5.3
4.4
3.6
200
PSIG
15.8
13.4
11.3
9.6
1.1
7.5
7
65
61
5.6
M
3.9
3.2
225
PSIG
14.3
12.1
10.3
8.7
M
68
63
59
55
E.I
4.3
3.6
2.9
250
PSIG
13
111
9.4
7.9
6.7
62
5.8
54
5
47
3.9
3.2
2.7
275
PSIG
12
10.2
8.7
7.3
62
5.7
5.4
5
47
44
3.6
3
2.5
300
PSIG
11.1
9.5
3
6.3
5.7
5.3
5
4.6
4_3
4
3.3
2.8
2.3
350
PSIG
9.9
8.3
7.1
6
5
4.7
44
4.1
38
35
2.9
2.4
2
400
PSIG
8.7
7.4
6.3
5.4
4.5
42
39
3.7
34
32
26
2.2
1.8
500
PSIG
7.3
6.2
5.3
4.5
3.8
3.5
3.3
31
29
2?
2.2
1.8
1.5
750
PSIG
5.3
4.5
3.8
3.3
2.8
2.6
24
2.3
2.1
2
1.6
1.4
1.1
1000
PSIG
4.3
3.7
3.1
2.7
23
2.1
2
18
17
16
1.3
1.1
0.9
Fuente: Van Air
-------
Apendice B
Contenido de vapor de agua del gas natural cuando esta saturado
1000*
100*
1000*
CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA DEL
GAS NATURAL CUANDO ESTA SATURADO
SMITH INDUSTRIES INC.
HOUSTON, TEXAS
CHART 2
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
TEMPERATURA, °F
Fuente: Smith Industries, Inc., Houston, Texas
-------
21
-------
22
-------
23
-------
&EPA
------- |