VARIACIONES EN LA CONCENTRACIÓN DE CO2 EN GASES ASOCIADOS: EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE UN PROCESO DE ACONDICIONAMIENTO CON TURBOEXPANDER
Publicado 2023-12-26
Palabras clave
- Turboexpander,
- RUT,
- gas asociado,
- dióxido de carbono,
- Valle Medio del Magdalena
- Aspen Hysys ...Más
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Resumen
Este documento presenta una evaluación de los desempeños de una unidad con Turboexpander, en el acondicionamiento de gases asociados con diferentes contenidos de CO2. La evaluación de los desempeños fue efectuada por comparación entre los resultados de una simulación desarrollada en Aspen Hysys v10 y las especificaciones establecidas en el Reglamento Único de Transporte de Gas Natural (RUT). Para esto, la unidad fue diseñada para el acondicionamiento del gas asociado definido por el escenario medio de producción de la cuenca del Valle Medio del Magdalena, según prospectivas de la Unidad de Planeación MineroEnergética; la unidad de acondicionamiento consideró las secciones: estabilización, endulzamiento, deshidratación y separación por destilación. De igual manera, el intervalo de variación de contenido de CO2 entre 3 y 12 %mol fue establecido, con base en reportes de literatura de pilotos de recobro mejorado (EOR) por inyección de aire e inyección de CO2. Los resultados de las simulaciones mostraron un desempeño adecuado de la unidad con Turboexpander, en el acondicionamiento de gases asociados con concentraciones de CO2 de máximo 6%mol, cumpliendo los parámetros de calidad estipulados en el RUT. Asimismo, los resultados de las simulaciones muestran que el perfil de temperatura en la torre de absorción, de la sección de endulzamiento, es alterado cuando se tratan gases con mayor contenido de CO2. Esta alteración del perfil de temperatura en la torre de absorción conduciría al bajo desempeño en el retiro de CO2. Lo anterior sugiere rediseños en la sección de endulzamiento o cambio de la respectiva tecnología, con lo cual, los gases tratados puedan cumplir los parámetros de calidad especificados en el RUT.
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Referencias
- Abdel-Aal, H. K., Aggour, M., Fahim, M. A. (2003). Petroleum and Gas Field Processing. Marcel Dekker, Inc. https://portal.tpu.ru/SHARED/b/BELINSKAYA/UchWork/PPAYAmaster/abdelaal_h_k_aggour_m_fahim_m_a_petroleum_and_gas_field_.pdf
- Abdulmutalib, A. y Abdulmalik, F. (2022). Investigation of Hydrate Formation in Natural Gas Transmission Pipelines. International Journal of Advances in Engineering and Management (IJAEM), 4(5), 2040–2055. DOI:10.35629/5252-040520402055
- Ahmad, R., Hladky, M., Far, A. S., Usman, M. (2011). Fractionation of Natural Gas Liquids to produce LPG. Norwegian University of Science and Technology. https://portal.tpu.ru/SHARED/b/BELINSKAYA/UchWork/PPAYAmaster/abdelaal_h_k_aggour_m_fahim_m_a_petroleum_and_gas_field_.pdf
- Alnaimi, F. B. I., Lim, H. C. L., Sahed, A., Al Salim, H. S., Nasif, M. S. (2020). Investigation on the suitability of natural gas hydrate formation prediction simulation packages and its implementation conditions. Pertanika Journal of Science and Technology, 28(1), 83–97. http://www.pertanika.upm.edu.my/resources/files/Pertanika PAPERS/JST Vol. 28 (S1) 2020/06 JST(S)-0545-2020.pdf
- Arinelli, L. O., de Medeiros, J. L., de Melo, D. C., Teixeira, A. M., Brigagão, G. V., Passarelli, F. M., Grava, W. M., Araújo, O. Q. F. (2019). Carbon capture and high-capacity supercritical fluid processing with supersonic separator: Natural gas with ultra-high CO2 content. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 66(11), 265–283. DOI:10.1016/j.jngse.2019.04.004
- Azmi, N., Mukhtar, H., Sabil, K. M. (2011). Purification of Natural Gas with High CO2 Content by Formation of Gas Hydrates: Thermodynamic Verification. Journal of Applied Sciences, 11(21), 3547–3554. DOI:10.3923/jas.2011.3547.3554
- Barbosa, M. C., de Medeiros, J. L., Araújo, O. Q. F., & Nunes, G. C. (2012). NGL Recovery from CO2 -EOR Streams. Computer Aided Chemical Engineering 31(6), 590-594. DOI:10.1016/B978-0-444-59507-2.50110-4
- Baumeister, C., Korobilis, D., Lee, T. K. (2020). Energy Markets and Global Economic Conditions. National Bureau of Economic Research, 5(3), 248–253. https://www.nber.org/system/files/working_papers/w27001/w27001.pdf
- Benitez, L., Gutierrez, J., Ale Ruiz, L., Erdmann, E., Tarifa, E. (2015). Análisis de las simulaciones del proceso de deshidratación del gas natural con Aspen Hysys y Aspen Plus. Revista de La Facultad de Ciencias Químicas, 12, 20–29. http://dspace.ucuenca.edu.ec/bitstream/123456789/23875/1/3_articulo_revista_12.pdf
- Bharathi, A., Nashed, O., Lal, B., Foo, K. S. (2021). Experimental and modeling studies on enhancing the thermodynamic hydrate inhibition performance of monoethylene glycol via synergistic green material. Scientific Reports, 11(1), 1–10. DOI:10.1038/s41598-021-82056-z
- Biliyok, C., Lawal, A., Wang, M., & Seibert, F. (2012). Dynamic modelling, validation and analysis of post-combustion chemical absorption CO 2 capture plant. International Journal of Greenhouse Gas Control, 9, 428–445. DOI:10.1016/j.ijggc.2012.05.001
- Binous, H. y Bellagi, A. (2013). Simulation of the separation of industrially important hydrocarbon mixtures by different distillation techniques using mathematica®. En Advances in Systems Engineering Research, Nova Science Publisher Inc.
- Bogoya, S. y Díaz, S. (2014). Comparación del nivel de recuperación de etano de los procesos Turboexpander: GSP, CRR, RSV Y RSVE, por medio del uso de un simulador numérico. Universidad Industrial de Santander. http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2014/155391.pdf
- Brown, A. S., Milton, M. J. T., Vargha, G. M., Mounce, R., Cowper, C. J., Stokes, A. M. V., Benton, A. J., Lander, D. F., Ridge, A., Laughton, A. P. (2009). Measurement of the hydrocarbon dew point of real and synthetic natural gas mixtures by direct and indirect methods. Energy and Fuels, 23(3), 1640–1650. DOI:10.1021/ef8009469
- Camacho, F. (2021). Estudio de viabilidad para la aplicación de una unidad Turboexpander en el acondicionamiento de gases y la recuperación de condensados generados en un campo del Magdalena Medio. Universidad Industrial de Santander.
- Carroll, J. J. (2003). Natural Gas Hydrates: A Guide for Engineers. Natural Gas Hydrates: A Guide for Engineers. Gulf Professional Publishing. DOI:10.1016/B978-0-7506-7569-7.X5000-0
- Chebbi, R., Al-Amoodi, N. S., Abdel Jabbar, N. M., Husseini, G. A., Al Mazroui, K. A. (2010). Optimum ethane recovery in conventional turboexpander process. Chemical Engineering Research and Design, 88(5–6), 779–787. DOI:10.1016/j.cherd.2009.11.003
- Davalos, J., Anderson, W. R., Phelps, R. E., Kidnay, A. J. (1976). Liquid-Vapor Equilibria at 250.00K for Systems Containing Methane, Ethane, and Carbon Dioxide. Journal of Chemical and Engineering Data, 21(1), 81–84. DOI:10.1021/je60068a030
- Diaz, J., Gamboa, S., Morales, A., Torres, M., Sánchez, M. (2018). Caracterización de la composición de los gases de pozos petroleros, después de una prueba de conectividad con nitrógeno. Caso de estudio: Piloto de inyección de aire en la formación San Fernando (Meta - Colombia). Congreso Internacional de Ciencias Básicas e Ingeniería – CICI, 1–6.
- Díaz-Molina, J. M., Morales-Toscano, A. C., Fernández-Rojas, M., Briceño-Gamba, N., Villalba-Rey, D., Sánchez, M. R. (2019). Determinación y análisis estadístico de la composición de los gases producidos en un piloto de recobro mejorado. Revista ION, 32(1), 63–73. DOI:10.18273/revion.v32n1-2019006
- DOF. (2016). Comision reguladora de energia. Diario Oficial de La Federación. http://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5432507&fecha=08/04/2016
- El-Husseiny, A., Farouq, R., Farag, H. A., El-Taweel, Y. (2021). Exergy analysis of a turbo expander: Modeling and simulation. Acta Chimica Slovenica, 68(2), 304–312. DOI:10.17344/acsi.2020.6047
- El-Maghraby, M. A., El-Moniem, N. A., Abdelghany, A. (2022). Controlling hydrocarbon dew point and water dew point of natural gas using Aspen HYSYS. Journal of Engineering and Applied Science, 69(1), 1–10. DOI:10.1186/s44147-022-00126-z
- Elbashir, N. O., El-Halwagi, M. M., Economou, L. G., Hall, K. R. (2019). Natural Gas Processing from Midstream to Downstream. J. Wiley & L. Sons (eds.).
- Elehinafe, F. B., Nwizu, C. I., Odunlami, O. B., Ibukun, F. D. (2022). Natural Gas Flaring in Nigeria, its Effects and Potential Alternatives – A Review. Journal of Ecological Engineering, 23(8), 141–151. DOI:10.12911/22998993/149822
- Escobar, F. H. (2006). Aspectos fundamentales de recobro secundario y terciario. Editorial Universidad Surcolombiana. http://oilproduction.net/files/Libro Fundamentos de Ing de Yacimientos - Fredy Escobar.pdf
- Feng, B., Du, M., Dennis, T. J., Anthony, K., Perumal, M. J. (2010). Reduction of energy requirement of CO2 desorption by adding acid into CO2-loaded solvent. Energy and Fuels, 24(1), 213–219. DOI:10.1021/ef900564x
- Fernandez, L., Bandoni, J. A., Eliceche, A. M., Brignole, E. A. (1991). Optimization of ethane extraction plants from natural gas containing carbon dioxide. Gas Separation and Purification, 5(4), 229–234. DOI:10.1016/0950-4214(91)80029-5
- Getu, M., Mahadzir, S., Long, N. V. D., Lee, M. (2013). Techno-economic analysis of potential natural gas liquid (NGL) recovery processes under variations of feed compositions. Chemical Engineering Research and Design, 91(7), 1272–1283. DOI:10.1016/j.cherd.2013.01.015
- Giri, M. S., Akbari, M., Shariaty-Niasar, M., Bakhtiari, A. (2011). A Comparative Survey of Modeling Absorption Tower Using Mixed Amines. Journal of Chemical and Petroleum Engineering, University of Tehran, 45(1), 57-70. https://jchpe.ut.ac.ir/article_23482_e88dd81898bb6ff189d3db2e1dad7b05.pdf
- Hasan, S., A.Mohamed, A., Mostafa, M., Gamal, M. (2020). Modeling and Simulation of Gas Dehydration Using Cubic Plus Association Equation of State Model. Journal of Advanced Engineering Trends, 39(1), 35–42. DOI:10.21608/jaet.2020.73332
- Hasib-ur-Rahman, M., Siaj, M., & Larachi, F. (2010). Ionic liquids for CO2 capture-Development and progress. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 49(4), 313–322. DOI:10.1016/j.cep.2010.03.008
- Irina, R. y Watanasiri, S. (2015). Acid Gas Cleaning using Amine Solvents : Validation with Experimental and Plant Data. White Paper, Aspen Technology Inc, 11-7678-1215.
- Jiang, S., Li, Y., Wang, F., Sun, H., Wang, H., Yao, Z. (2022). A state-of-the-art review of CO2 enhanced oil recovery as a promising technology to achieve carbon neutrality in China. Environmental Research, 210(2), 112986. DOI:10.1016/j.envres.2022.112986
- Kherbeck, L. y Chebbi, R. (2015). Optimizing ethane recovery in turboexpander processes. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 21, 292–297. DOI:10.1016/j.jiec.2014.02.035
- Kim, I., Hoff, K. A., Mejdell, T. (2014). Heat of absorption of CO2 with aqueous solutions of mea: New experimental data. Energy Procedia, 63, 1446–1455. DOI:10.1016/j.egypro.2014.11.154
- Koh, C. A., Sloan, E. D., Sum, A. K., Wu, D. T. (2011). Fundamentals and applications of gas hydrates. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 2(7), 237–257. DOI:10.1146/annurev-chembioeng-061010-114152
- Kolmetz, K. (2020). Kolmetz Handbook Of Process Equipment Design - Natural Gas Sweetening Systems Selection, Sizing and Troubleshooting. KLM Technology Group. https://www.klmtechgroup.com/PDF/EDG-GAS/ENGINEERING-DESIGN-GUIDELINES-natural-gas-liquids-Rev2.2web.pdf
- Kothandaraman, A. (2010). Carbon Dioxide Capture by Chemical Absorption: A Solvent Comparison Study. Massachusetts Institute of Technology https://sequestration.mit.edu/pdf/Anusha_Kothandaraman_thesis_June2010.pdf
- Langé, S., & Pellegrini, L. A. (2016). Energy Analysis of the New Dual-Pressure Low-Temperature Distillation Process for Natural Gas Purification Integrated with Natural Gas Liquids Recovery. Industrial and Engineering Chemistry Research, 55(28), 7742–7767. DOI:10.1021/acs.iecr.6b00626
- Louli, V., Pappa, G., Boukouvalas, C., Skouras, S., Solbraa, E., Christensen, K. O., Voutsas, E. (2012). Measurement and prediction of dew point curves of natural gas mixtures. Fluid Phase Equilibria, 334, 1–9. DOI:10.1016/j.fluid.2012.07.028
- Luyben, W. L. (2013). Control of an extractive distillation system for the separation of CO2 and ethane in enhanced oil recovery processes. Industrial and Engineering Chemistry Research, 52(31), 10780–10787. DOI:10.1021/ie401602c
- Maqsood, K., Mullick, A., Ali, A., Kargupta, K., Ganguly, S. (2014). Cryogenic carbon dioxide separation from natural gas: A review based on conventional and novel emerging technologies. Reviews in Chemical Engineering, 30(5), 453–477. DOI:10.1515/revce-2014-0009
- Marinov, O. (2015). Separation and Re-Injection of CO2 in Enhanced Oil Recovery Processes. Aalborg University. https://projekter.aau.dk/projekter/files/207552853/Separation_and_Re_Injection_of_CO2_in_Enhanced_Oil_Recovery_Processes_K10og_1_E14.pdf
- Martínez, A. (2018). Estudio sobre el impacto de la actividad petrolera en las regiones productoras de Colombia. Caracterización departamental Santander. Cuadernos de Fedesarrollo. https://www.repository.fedesarrollo.org.co/bitstream/handle/11445/3669/CDF_No_66_Septiembre_2018.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- Mitra, S. (2015). A Technical Report on Gas Sweetening by Amines. DOI:10.13140/RG.2.1.2061.9360
- Mokhatab, S., Mak, J. Y., Valappil, J. V, Wood, D. A. (2019). Gas Conditioning and NGL Recovery Technologies. Handbook of Liquefied Natural Gas. Gulf Professional Publishing. DOI:10.1016/C2011-0-07476-8
- Mokhatab, S. y Poe, W. (2012). Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Gulf Professional Publishing. DOI:10.1016/C2010-0-66115-3
- Mokheimer, E. M. A., Hamdy, M., Abubakar, Z., Shakeel, M. R., Habib, M. A., Mahmoud, M. (2019). A comprehensive review of thermal enhanced oil recovery: Techniques evaluation. Journal of Energy Resources Technology, Transactions of the ASME, 141(3), 030801. DOI:10.1115/1.4041096
- Mørch, Nasrifar, K., Bolland, O., Solbraa, E., Fredheim, A. O., Gjertsen, L. H. (2006). Measurement and modeling of hydrocarbon dew points for five synthetic natural gas mixtures. Fluid Phase Equilibria, 239(2), 138–145. DOI:10.1016/j.fluid.2005.11.010
- Mores, P., Scenna, N., Mussati, S. (2012). CO2 capture using monoethanolamine (MEA) aqueous solution: Modeling and optimization of the solvent regeneration and CO2 desorption process. Energy, 45(1), 1042–1058. DOI:10.1016/j.energy.2012.06.038
- Osborn, T. J., Jones, P. D., Lister, D. H., Morice, C. P., Simpson, I. R., Winn, J. P., Hogan, E., Harris, I. C. (2021). Land Surface Air Temperature Variations Across the Globe Updated to 2019: The CRUTEM5 Data Set. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2019JD032352. DOI:10.1029/2019JD032352
- Petri, Y., Juliza, H., Humala, N. (2018). Technical and economic analysis use of flare gas into alternative energy as a breakthrough in achieving zero routine flaring. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 126, 012132. DOI:10.1088/1755-1315/126/1/012132
- Poe, W. A. y Mokhatab, S. (2017). Process Modeling and Simulation. Modeling, Control, and Optimization of Natural Gas Processing Plants. Gulf Professional Publishing. DOI:10.1016/C2014-0-03765-3
- Rashid, H., Hasan, N., Mohamad Nor, M. I. (2014). Temperature peak analysis and its effect on absorption column for CO2 capture process at different operating conditions. Chemical Product and Process Modeling, 9(2), 105–115. DOI:10.1515/cppm-2013-0044
- Rufford, T. E., Smart, S., Watson, G. C. Y., Graham, B. F., Boxall, J., Diniz da Costa, J. C., May, E. F. (2012). The removal of CO2 and N2 from natural gas: A review of conventional and emerging process technologies. Journal of Petroleum Science and Engineering, 94–95, 123–154. DOI:10.1016/j.petrol.2012.06.016
- Sáchica, J. (2012). Estudio de prefactibilidad para la recolección de gas de anulares de los pozos de los activos Lisama, Provincia y Llanito de ECOPETROL S.A. Universidad Industrial de Santander. http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2012/145251.pdf
- Swaidan, B. T. (2016). Optimization of Natural Gas Liquid (NGL) recovery processes. American University of Sharjah. https://dspace.aus.edu/xmlui/bitstream/handle/11073/8382/35.232-2016.30%20Balsam%20Tawfiq%20Swaidan.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- Tristancho, E. (2017). Evaluación de alternativas para el diseño y simulación de plantas de procesamiento de gas natural con variación en el contenido de gas ácido (H2S y CO2). Universidad Nacional de Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/59909/80076714.2017.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- UPME. (2013). Determinación de potencialidades de uso de las acciones necesarias para activar el subsector del GLP en Colombia. https://bdigital.upme.gov.co/bitstream/001/1028/1/upme_021_Cosenit_detrminacion de potencialidades GLP.pdf
- UPME. (2018). Escenarios De Oferta De Hidrocarburos Convencionales y no convencionales. https://bdigital.upme.gov.co/bitstream/handle/001/1340/v.2.pdf?sequence=2&isAllowed=y
- Van-Denderen, M., Ineke, E., Golombok, M. (2009). CO2 removal from contaminated natural gas mixtures by hydrate formation. Industrial and Engineering Chemistry Research, 48(12), 5802–5807. DOI:10.1021/ie8017065
- Zambrano, E., Rivera, Y., Garmendia, H. (2019). Simulación del proceso de deshidratación de gas natural de la planta: Bajo Alto El Oro-Ecuado Simulation of the natural gas dehydration using TEG from the plant: Bajo Alto El Oro-Ecuador. Ciencia e Ingeniería, 40(3), 273-297.
- ZareNezhad, B. y Eggeman, T. (2006). Application of Peng-Rabinson equation of state for CO2 freezing prediction of hydrocarbon mixtures at cryogenic conditions of gas plants. Cryogenics, 46(12), 840–845. DOI:10.1016/j.cryogenics.2006.07.010