Endulzamiento Del Gas Natural Por Membranas

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Universidad Bolivariana de Venezuela – Sede Zulia

Aldea Universitaria: E.B.N. Amenodoro Urdaneta

Programa de Formación: PFG en Hidrocarburos / Gas

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Prof.: Ing. Fernando Martínez.

Diseño y Operación de Sistemas de Acondicionamiento de Gas.

Tema # 3.- Endulzamiento del Gas Natural.

Grupo:

Alexander García

Luis A. Muñoz

Luis G. Muñoz

Rossier Delgado

Sección: AU-191N

San Francisco, 27 de enero de 2014

Esquema.

Introducción.

Contenido.

1. ¿Qué es una membrana?

2. Tipos de membranas.

3. Endulzamiento del Gas Natural con membranas.

4. Proceso de endulzamiento con membranas.

5. Ventajas y desventajas.

6. Aplicación de membranas en Venezuela.

Conclusiones.

Bibliografía.

Introducción.

El gas natural que es extraído del yacimiento posee componentes que son perjudiciales tanto para las facilidades como para la viabilidad económica de un proyecto petrolero, en general estos componentes producen problemas de corrosión, contaminación y problemas operacionales que, relativamente, a corto plazo producen gastos económicos, traducidos en alto capital y baja rentabilidad. Los principales compuestos ácidos que se desean retirar son el dióxido de carbono y sulfuro de hidrogeno. Para este tratamiento se hace pasar el gas proveniente del yacimiento por un sistema de endulzamiento en donde se lleva a cabo un tratamiento para disminuir la concentración de dichos componentes, hasta lograr que se encuentren dentro de los rangos permitidos o exigidos.

Existen varios tratamientos para el endulzamiento del gas natural, como son los tratamientos químicos y los tratamientos físicos, dentro de los cuales se encuentran las membranas. La elección del tratamiento para el endulzamiento, depende en gran medida de las condiciones del gas de alimento al sistema; en donde se tiene que considerar composición, tasas de salida deseadas y demás requerimientos que se tienen que tomar en cuenta de acuerdo con las especificaciones del gas que desea obtener.

Desarrollo.

1. ¿Qué es una membrana?

Una membrana es un film o lámina que actúa como una barrera, la cual permite el paso selectivo y específico de los componentes bajo condiciones apropiadas para dicha función. Esta barrera separa 2 sistemas conexos y restringe el transporte de varios componentes de un sistema a otro de una manera selectiva. Para atravesar una membrana, es necesaria la existencia de un gradiente de potencial químico. Para gases, ese gradiente es a menudo aproximado a la diferencia de presiones parciales entre la alimentación (sistema de presión parcial alta) y permeados (sistema de presión baja). Para líquidos, ese gradiente viene dado por la diferencia de concentraciones entre un sistema y otro.

Independientemente, de que los componentes sean líquidos o gases, el proceso de permeación a través de membranas de solución - difusión consiste de 3 etapas. La primera, donde ocurre tanto la absorción como la adsorción de un componente en el material de la membrana. La segunda, donde se difunde el componente previamente disuelto a través de toda la estructura de la membrana, y una tercera etapa llamada “des-absorción” y “des-adsorción” donde el componente se separa de las membranas y se incorpora en la corriente saliente.

2. Tipos de membranas.

Las membranas pueden construirse de sólidos físicos (metal, cerámica, etc.), películas homogéneas (polímeros, metal, etc.), sólidos heterogéneos (mezcla de polímeros, vidrios mezclados, etc.), soluciones (usualmente polímeros), estructuras asimétricas y líquidos.

Las membranas de cerámica son de gran importancia debido a que las cerámicas microporosas son la principal barrera en la separación de UF6 (hexafluoruro de uranio). Las películas homogéneas se transforman en elementos microporosos mediante, por ejemplo, la dilatación.

Las membranas líquidas representan una especialidad, tanto adsorbidas en capilares como emulsionadas, aunque encuentran una aplicación práctica pequeña.

Las membranas poliméricas dominan el campo de separación por membranas porque están muy desarrolladas y son muy competitivas desde el punto de vista económico y de comportamiento. Su forma usual es la del tipo de fibras con huecos, o capilares o como lámina plana, incorporadas a un módulo grande.

3. Endulzamiento del Gas Natural con membranas.

En gases, el sistema de endulzamiento por separación utilizando membranas está diseñado para reducir selectivamente el contenido de CO2, H2S y H2O existente en los gases naturales. La separación está basada en el principio de que los gases se disuelven y difunden, unos con mayor intensidad que otros, a través de membranas de tipos poliméricas. Ciertos componentes del gas natural, especialmente CO2, H2S y H2O pasarán o permearán a través de este tipo de membranas más rápido que los componentes hidrocarburos presentes en el gas, debido a la diferencia de solubilidad de estos componentes en el polímero y a la variación de la tasa a la cual ellos se difunden a través de la estructura de las membranas poliméricas.

El proceso por membranas está basado en el principio que ciertos compuestos de gas se disuelven y difunden a través de material polimérico a diferentes velocidades. El Dióxido de Carbono, el Hidrógeno, el Helio, el Ácido Sulfhídrico y el vapor de agua son altamente permeables («gases rápidos»). Contrariamente, el Nitrógeno, el Metano y los compuestos parafínicos más pesados son menos permeables («gases lentos»). La mejor aplicación para la separación por membranas es separar los gases en la categoría de rápidos (permeado de gases de bajo peso molecular) y en la categoría de lentos (Gases residuales o con mayor peso molecular). Por ejemplo, el CO2 pasaría a través de una membrana tipo polímero de 15 a 40 veces más rápido que el Metano (CH4).

El gas residual de la membrana se encuentra a una presión cercana a la presión del gas de alimentación de las mismas, mientras que el permeado tiene una presión menor (entre 1 y 4 atmósferas absolutas).

El endulzamiento del gas natural por membranas es atractivo para remover el CO2 y trazas de H2S presentes en el gas. Cuando el H2S está presente en grandes concentraciones (en términos de % molar) no es recomendado debido al efecto perjudicial de este compuesto sobre las membranas. Teóricamente el proceso de permeabilidad no involucra equipos rotatorios ni requiere consumo de energía.

Es necesario destacar que esta tecnología no persigue satisfacer las especificaciones de ventas de gas, por lo tanto es aplicable solo para la remoción de CO2 global en corrientes libres de H2S; además también remueve el agua presente en el gas de alimentación.

El fenómeno de permeación ocurre en 4 pasos:

 Adsorción del CO2 por la superficie activa de la membrana (a la presión del gas de alimentación).

 Disolución del CO2 en la membrana.

 Difusión del CO2 a través de la membrana.

 Desorción del CO2 de la membrana (a baja presión).

La adsorción del CO2 es mayor a alta presión (alta presión parcial del CO2 dentro de la mezcla). Por tanto este proceso no funciona correctamente a bajas presiones.

El material polimérico a ser seleccionado para la construcción de la membrana debe ser permeable al CO2 de manera selectiva (para evitar el paso de los componentes hidrocarburos en el gas a través de la membrana).

En

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