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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL – FACULTAD REGIONAL ROSARIO

Departamento de Ingeniería Química.

INTEGRACIÓN IV

Año: 2006

Trabajo práctico Nro. 8

Uso de Hysys. Simulación de una Planta de Tratamiento de Gas.

En este ejemplo se simula una planta de tratamiento de gas por refrigeración (Fig.1). Las condiciones de la alimentación a la planta son las siguientes:

Corriente: Feed 1 Composición (% molar)

Temperatura: 60 F Presión 1000 psia Caudal: 10 MMSCFD*

N2 CO2 H2S C1 C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6

0.010 0.050 0.005 0.790 0.080 0.035 0.005 0.010 0.002 0.003 0.010

El objetivo de este proceso es obtener un gas tratado con una temperatura máxima de punto de rocío de 15 F a 815 psia, y un producto de LPG (corriente LiquidProd) con una relación de C2/C3=2.0 % vol. En la Fig. 1. se muestra el diagrama propuesto para la planta de tratamiento.

Fig. 1: Diagrama de flujo del proceso

Breve Descripción del Proceso La alimentación a la planta ingresa a un separador de entrada (Inlet Sep) a 60 F y 1000 psia, en él se separan los líquidos que ingresan a la planta y son alimentados a la columna

* (1 MMSCFD=1,000,000 Standard Cubic Feet per Day = 28,316.8 m3/Dia)

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deetanizadora. El gas del separador es enfriado a través de un intercambiador Gas/Gas y de un enfriador de propano (Chiller). La temperatura del enfriador deberá ser ajustada hasta que la temperatura del punto de rocío del gas tratado cumpla con la especificación del gasoducto. Los líquidos condensados en el enfriador se separan en el separador de baja temperatura (LTS), mientras el gas es retornado al intercambiador Gas/Gas para pre-enfriar la alimentación. También se verifica el punto de rocío de hidrocarburo del gas tratado. En este ejemplo se fija como meta una temperatura de punto de rocío de hidrocarburo de 12 F, para proveer un margen razonable de seguridad. Los líquidos provenientes del separador de baja temperatura LTS se mezclan con los provenientes del separador de entrada a la planta y se alimentan a la columna deetanizadora. Estos líquidos combinados pasan a través de una válvula (VLV-100) donde se disminuye su presión hasta 450 psia, y luego son alimentados al tope de la columna. La función de la columna es separar etano y componentes más livianos. Se supone que la columna tiene 10 etapas ideales y que las presiones de tope y fondo son 400 y 405 psia respectivamente. TAREAS PROPUESTAS 1 - Verificación de la temperatura de punto de rocío La verificación de la temperatura de punto de rocío de hidrocarburo se realiza utilizando la operación BALANCE (BAL-1) que transfiere los flujos molares de los componentes de la corriente de gas tratado a una corriente DewPt. Se efectúa un cálculo de punto de rocío sobre la corriente DewPt especificando su fracción de vapor en 1.0 y su presión en 815 psia. Si no se ha logrado la temperatura de punto de rocío buscada con la temperatura seleccionada para el Enfriador, la operación ADJUST (ADJ-1) permite ajustar la temperatura del Enfriador (corriente ColdGas) hasta que sea alcanzada la temperatura del punto de rocío de 12 F en la corriente DewPt. En este ejemplo, se sugiere proporcionar un valor inicial de 10 F para la temperatura del Enfriador, y luego usar la operación ADJUST para converger al valor correcto de temperatura de punto de rocío de hidrocarburo (Fig. 2).

Fig. 2: Incorporación de la operación Balance

2 - Incorporación de un ciclo de refrigeración de propano En el ejemplo anterior, se ha modelado el intercambio de calor en el enfriador utilizando una corriente de tipo energética. Se plantea, ahora, introducir un ciclo de refrigeración en su lugar, utilizando propano como fluido refrigerante (Fig. 3). El ciclo se resuelve definiendo las condiciones del refrigerante, tal como se haría a mano utilizando un diagrama de Mollier. Se debe especificar la composición del refrigerante en alguna de las corrientes del circuito (propano puro); especificar, además, que el vapor que sale del enfriador (E-100) está en su punto de rocío (es decir, su fracción de vapor es de 1.0), y que el propano que sale del condensador (E-101) está en su punto de burbuja a la temperatura del condensador (es decir que su fracción de vapor es 0.0 y su temperatura 120 F). Una vez que es especificada la temperatura del propano a la salida del enfriador (Corriente C3-4) o la diferencia de temperaturas, el circuito se resuelve automáticamente.

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Conociendo la carga de refrigeración y las entalpías intensivas del propano vapor que sale del enfriador y del condensador, el flujo de propano es determinado a partir de un balance de energía. Para modelar el ciclo, se asume una diferencia de temperatura de diseño en el intercambiador Gas/Gas de 15 F (es decir, SalesGas se calienta a una temperatura 15 F mayor que la corriente CoolGas) y una diferencia de temperatura de 5 F para el enfriador (E-100), el propano que sale tendrá 5 grados menos que la corriente ColdGas. La diferencia de temperatura se especifica en la operación HEAT EXCHANGER (E-100). Las caídas de presión para el intercambiador E-100 son 0.5 psia en los tubos y 0.1 psia en la carcaza.

Fig. 3: Incorporación del ciclo frigorífico de propano

3 – Mejora del proceso, incorporación del reciclo. Una práctica muy común para mejorar la recuperación de la mezcla LPG es reciclar el producto de tope de la columna a la entrada de la planta. Esto requiere de un compresor para recomprimir los vapores de tope a la presión de entrada, pero la inversión es normalmente justificada por la mejora lograda en la recuperación del LPG. Para analizar el efecto de la corriente de reciclo, es necesario instalar una operación RECYCLE (RCY-1) conectando la corriente Ovhd a la corriente Ovhd-Rec, y luego una operación COMPRESSOR (K-101) para re-comprimir la corriente de reciclo hasta la presión de entrada. Es necesario instalar una operación MIXER (MIX-100) para mezclar la alimentación (Feed 1) con la corriente de reciclo (Feed 2) y obtener la nueva corriente de alimentación a la operación Inlet Sep, que llamaremos mixed (ver Fig. 3).

Fig. 4: Diagrama de flujo final

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INFORME TÉCNICO Confeccionar un Informe Técnico que incluya: 1.- Las hipótesis, consideraciones y/o datos utilizados para ingresar la información del proceso al modelo estacionario que utilizó en HYSYS. 2.- Informar la temperatura que se debe especificar a la salida del enfriador para asegurar la temperatura de punto de rocío de hidrocarburo deseada. 3.- Mostrar el caudal necesario de propano para el funcionamiento del ciclo frigorífico y las cargas calóricas en el condensador y evaporador del mismo. 4.- Informar como afecta la incorporación del reciclo al proceso, calcular el aumento de caudal de LPG (corriente LPGmix) en forma porcentual. Profesores: Dr. Ing. Qca. Nicolás J. Scenna Ing. Néstor H. Rodríguez. Magt. Sandra M. Godoy