PROCESOS DEL GAS III Docente: Msc. Ing. Héctor Pacheco Núñez Correo: 1

2 EL PROCESO DEL GAS NATURAL

OBJETIVOS DEL MODULO Exponer las técnicas del procesamiento y acondicionamiento del gas natural, para el cumplimiento de las especificaciones y exigencias de los mercados y de los clientes. Proporcionar los elementos tácticos para el diseño de módulos de proceso y operación de las plantas de gas.

PROGRAMA ANALÍTICO - Introducción al procesamiento - Remoción de C02 y H2S - Endulzamiento del gas natural - Refrigeración mecánica por Expansión - Separación de Baja Temperatura LTS - Absorción refrigerada - Expansión Joule-Thompson - Turbo-Expansión - Licuefacción del gas natural - Operación y Practicas prudentes de la industria

La materia en la naturaleza, como la conocemos, se encuentra en estado:  Solido  Líquido  Gaseoso  Plasma  Condensado Bose-Einstein LA MATERIA Los hidrocarburos que explotamos, generalmente se encuentran en estado líquido y en estado gaseoso. Los gases no tienen forma defina, adquieren la forma del recipiente que los contiene, son fluidos compresibles que sufren grandes cambios con las variaciones de la presión y temperatura.

LOS GASES 6

Los hidrocarburos gaseosos se rigen con las Leyes Generales de los Gases: Ley de Boyle A temperatura constante, la presión de un gas tiende a incrementar, cuando el volumen disminuye PV = Constante P1*V1=P2*V2

Ley de Charles Se refiere a como se relaciona el volumen y la temperatura de un gas ideal: V/T=Constante V1/T1=V2/T2 Cuando la presión es constante, si aumenta la temperatura, el volumen del gas aumenta y si disminuye la temperatura el volumen del gas disminuye. LOS GASES

Ley de Gay-Lussac Se refiere a como se relaciona la presión y la temperatura de un gas ideal: P/T=ConstanteP1/T1=P2/T2 A volumen constante, la presión de un gas tiende a incrementar, cuando la temperatura aumenta y viceversa. LOS GASES

Es una combinación de las leyes de Charles, Boyle y de Gay Lussac y se condensan en una sola fórmula Se refiere a que, para una masa definida de un gas, las variaciones de presión y temperatura generaran un cambio de volumen, haciendo que la relación PV/T sea constante: P1*V1/T1 = P2*V2/T2 LEY GENERAL DE LOS GASES

EL GAS NATURAL El gas natural es una mezcla de hidrocarburos gaseosos que puede encontrarse en yacimientos fósiles, no asociado (solo), disuelto o asociado (acompañando al petróleo) o en depósitos de carbón. Según la GPSA, el Gas natural es una forma gaseosa de petróleo. Consistente en una mezcla predominante de hidrocarburos gaseosos, donde el componente mas común es el metano.

Metano CH 4 El gas natural tiene varios componentes, siendo el más abundante el metano (80%). Siendo el Metano la molécula mas pequeña de los hidrocarburos presentes en el gas natural, el mismo esta compuesto por un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrogeno. COMPOSICIÓN QUÍMICA

El gas natural se utiliza comercialmente en el mundo como combustible por más de 130 años y en China por siglos. La producción y distribución de gas natural se convirtió en un factor importante para el desarrollo de la economía de naciones que lo producen y consumen. Actualmente se tiene desarrollados métodos de ingeniería, diseños de equipos e instalaciones para producir gas natural, procesarlo y transportarlo hasta los diferentes mercados que lo requieren.

La industria del gas natural se puede dividir en:  Exploración, proceso donde prácticamente se inicia todo el negocio: Sísmica Estimación de recursos prospectivos Perforación Exploratoria Interpretación y análisis de resultados  Desarrollo. Plan de desarrollo del campo y o reservorios. Construcción de instalaciones Perforación de desarrollo  Producción Procesamiento y acondicionamiento del gas natural y del petróleo.  Transporte y distribución Distribución a los distintos clientes

Producción. Consiste en llevar el gas desde los yacimientos del subsuelo hasta la superficie, a través de pozos productores. Separación. En la superficie, el gas natural es sometido a un proceso de separación de líquidos (petróleo/condensado, gas y agua) en recipientes metálicos llamados separadores. Tratamiento. Eliminación de las impurezas que trae el gas natural, como agua, dióxido de carbono (CO2), helio y sulfuro de hidrógeno (H2S). ALGUNAS DEFINICIONES

Extracción de líquidos. Proceso al que se somete el gas natural rico libre de impurezas, con la finalidad de separar el gas metano (CH4) de los llamados “Líquidos del Gas Natural”(LGNs). Compresión. Proceso al que se somete el Gas Natural, con la finalidad de aumentarle la presión y enviarlo a sistemas de transporte y distribución para su utilización en el sector industrial y doméstico y para las operaciones petroleras. Fraccionamiento. Los LGNs se envían a las plantas de fraccionamiento, donde se obtiene por separado etano, propano, butano normal e isobutano, gasolina natural y nafta residual.

17 EXPLOTACION DEL GAS NATURAL

18 POZO EN PROCESO DE PERFORACION

Arbolito de Producción 19 Es un conjunto de válvulas y accesorios que permiten controlar la producción de un pozo e interconecta el pozo en si con las líneas de producción.

POZO DE PRODUCCION 20

COLECTOR O MANIFOLD 21 Es un conjunto de válvulas y tuberías donde llegan las líneas de producción de los diferentes pozos. Frecuentemente las líneas de los pozos se agrupan en los colectores de acuerdo a sus potenciales de presiones. Pudiendo definirse colectores de alta presión, media presión, baja presión, etc.

22 PLANTAS PROCESADORAS DE GAS NATURAL

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25 EL GAS NATURAL

Ejemplo de una cromatografía de gases: Gas Natural Residual GLP Gasolina Natural

TABLAS DE PROPIEDADES FÍSICAS 27

DIAGRAMA DE FASES 28

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30 CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS NATURAL Fuente: GPSA Fig. 20-4

También los volúmenes pueden expresarse en condiciones Normales, es decir a: P = 1 atm T = 0 °C Condiciones Estándar En la industria petrolera en nuestro país, los volúmenes de gas medidos se expresan en Condiciones Estándar, es decir a: P = 14,696 psia T = 60 °F

Hv id Poder Calorífico grueso por volumen a presión y temperatura base. id Gas Ideal. dryGas seco sat Gas saturado con agua XiFracciones molares N Número total de componentes xwFracción molar del agua en el gas PODER CALORÍFICO DEL GAS

 Poder calorífico superior  Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de volumen de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado y, por consiguiente, se tiene en cuenta el calor desprendido en este cambio de fase.vapor de agua  El poder calorífico de una muestra de combustible se mide en una bomba calorimétrica. La muestra de combustible y un exceso de oxígeno se inflama en la bomba y tras la combustión, se mide la cantidad de calor. La bomba se enfría con este fin a temperatura ambiente. Durante dicho enfriamiento, el vapor de agua se condensa y este calor de condensación del agua está incluido en el calor resultante.  Poder calorífico inferior  Es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de una unidad de volumen de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la combustión, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor. Es el valor que interesa en los usos industriales, por ejemplo hornos o turbinas, en los que los gases de combustión que salen por la chimenea o escape están a temperaturas elevadas, y el agua en fase vapor no condensa. 33

G id Densidad Relativa del Gas a presión y temperatura base. id Gas Ideal. x i Fracciones molares DENSIDAD RELATIVA DEL GAS Y FACTOR DE COMPRESIBILIDAD Z Factor de Compresibilidad b i Factores de suma P b Presiòn Base

PROPIEDADES DEL GAS 14,696 PSIA Y 60 F FUENTE API 14,5

Ejemplo de Calculo: Base Seca FUENTE GPA-2172 / API 14,5

Ejemplo de Calculo: Base Húmeda FUENTE GPA-2172 / API 14,5

En el sector petrolero y petroquímico Para inyección, como combustible, en la producción de líquidos a partir del gas natural y como materia prima para la petroquímica. En procesos de desulfuración El gas natural se utiliza para la generación de hidrogeno, elemento principal para la desulfuración del petróleo en refinación. Como combustible El gas es utilizado como combustible para la generación de vapor, en plantas de compresión, generación de electricidad y en otras operaciones de producción y refinación. En procesos petroquímicos Los derivados del gas natural (etano y GLP), se utilizan como materia prima para la obtención de olefinas, amoniaco, metanol, y productos terminados, como fertilizantes, plásticos, alcoholes, fibras, etc. En el sector no petrolero El gas es utilizado como combustible para la generación de electricidad, la reducción del mineral de hierro, la fabricación de cementos y materiales de construcción, en las fabricas de celulosas, papel, cartón, textiles, vidrio, etc., así como para el uso doméstico y comercial. USOS DEL GAS NATURAL

El etano es utilizado para la industria petroquímica como materia prima para la fabricación de etileno y sus derivados. El propano y butano puros o mezclados, como combustible doméstico, comercial e industrial. El propano y butano también se utilizan como materia prima en la industria petroquímica. El isobutano es utilizado como insumo en los procesos de alquilación en las refinerías para la obtención de gasolina de motor. Los pentanos y productos mas pesados, también conocidos como gasolina natural, se usan en la elaboración de la gasolina para automotores, solventes para pinturas, etc. USOS ESPECÍFICOS DEL GAS NATURAL

Dependiente de su origen, el gas natural se clasifica: Gas asociado: Es el que se extrae junto con el petróleo crudo y contiene grandes cantidades de hidrocarburos como etano, propano, butano y naftas. Gas no asociado: es el que se encuentra en depósitos que no contienen petróleo crudo.

El Gas Natural debe ser ACONDICIONADO y TRATADO para: -Cumplir con las especificaciones de venta -Requisitos de Transporte -Requisitos de Seguridad y Medio Ambiente

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURAL 42. SEPARACION. MRU: UNIDAD DE REMOCION DE MERCURIO. ENDULZAMIENTO. DESHIDRATACION. AJUSTE DE PUNTO DE ROCIO. ABSORCION REFRIGERADA. EXPANCION JOULE THOMPSON. TURBO EXPANSION. GAS NATURAL LICUADO GAS NATURAL GAS TRATADO

SEPARACION 43 Separadores: Son recipientes o tanques presurizados, que se utilizan para separar dos fases de una mezcla, de líquido y de gas, que son "relativamente" inmiscibles la una en la otra.

SEPARADORES

Separadores de Producción

1-ra Etapa: Separador Bifásico

2-da Etapa: Separador Trifásico

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