PROCESO DE EXPANCION DEL GAS NATURAL

TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - I

I.

OBJETIVO

El objetivo planteado en este trabajo es conocer (explicar), el funcionamiento del proceso de Expansión de Joule Thompson para el Gas Natural.

II. 1.

FUNDAMENTO TEORICO METODO JOULE THOMPSON

Univ. Álvarez Miranda Álvaro

Página 1


2.

APLICACIÓN DEL EFECTO DE JOULE THOMPSON

El gas natural es uno de los recursos energéticos más utilizados a nivel mundial, éste tiene numerosas aplicaciones a nivel residencial, comercial, industrial, en el sector de transporte, y en la generación eléctrica; siendo el sector industrial el que posee una mayor proporción del uso del gas natural seguido del uso para generación eléctrica. La absorción, y los procesos de refrigeración, entre los cuales uno de ellos corresponde a la refrigeración por expansión isoentálpica. Ambos métodos permiten recuperar casi toda la fracción pesada de los líquidos, sin embargo las fracciones livianas como el etano, son más difíciles de extraer mediante la absorción. Los procesos de refrigeración, sin embargo, permiten la separación de las fracciones más livianas de los líquidos, al producir la condensación de las mismas por una disminución de la temperatura. Se tiene que la expansión isoentálpica a través del efecto Joule-Thomson (JT) como parte de los procesos de refrigeración es uno de los métodos más sencillos para realizar dicho enfriamiento. En la figura 1.3 se muestra un esquema de este tipo de plantas, las mismas se caracterizan por el uso de una turbina de expansión, en sustitución del enfriador y de la válvula JT usada en la refrigeración mecánica y la auto-refrigeración respectivamente, por lo cual son conocidas como plantas turbo-expansoras.

Figura 1.3 esquema del proceso refrigeración criogénica (Ewan et al., 1975, citado en Mokhatab, Poe & Speight, 2006).


Página 2



Página 3


1.2.

Expansión Isoentálpica

Para realizar la expansión isoentálpica de mezclas multi-componentes es necesario verificar la presencia de dos o más fases, Nagy (citado en Kortekaas et al., 1997) aplica el criterio del plano tangente para verificar la estabilidad de las fases. Para esto se verifica la estabilidad de la fase inicial, si esta se encuentra en una sola fase, se toma un estimado inicial de la temperatura final ( T 1°) usando el coeficiente JT para un estado inicial ( P 0 , T 0). Se verifica la estabilidad de las fases en dicho punto hipotético ( P 1, T 1°), y si se presenta una fase el sistema se resuelve mediante la corrección iterativa de la temperatura hasta igualar la entalpía en el estado inicial y en el estado final. Si por el contrario se presentan dos fases en el estado inicial o en el punto hipotético, se realiza un flash isoentálpico para calcular la temperatura final, así como la cantidad de las fases presentes y la composición de las fases, en ambos casos presentados la estabilidad de la fase es verificada de igual manera en la fase final (Kortekaas et al., 1997). Una opción alterna para determinar si hay presencia de dos fases es realizar un flash isoentálpico en el punto final para determinar la temperatura final, la cual se compara con la obtenida de la curva JT para un valor de presión deseada, hasta igualar dichos valores. Del cálculo de flash se obtienen la cantidad y composición de las fases. Los cálculos de flash permiten a su vez determinar la entalpía a las condiciones de saturación (punto de burbuja y punto de rocío). La entalpía de un fluido puede ser calculada por la suma de dos contribuciones, principalmente la entalpía de gas ideal H ig , y la entalpía residual H res : H  H  H ig

res

(1.7) T

ig

H

 H   xi  C pig dT ig 0

i


(1.8)

To

Página 4

TECNOLOGIA DEL GAS NATURAL - I Donde T 0 es la temperatura de referencia, escogida arbitrariamente, y H 0 ig es la entalpía de gas ideal calculada a esa temperatura. C P ig es la capacidad calórica de gas ideal la cual se obtiene de la ecuación: C pig  C p,1  C p,2T  C p,3T  C p,4T 2

3

(1.9)

Valores de los C p,1-C p,4 pueden ser obtenidos de la literatura para los componentes livianos, y las siguientes ecuaciones para las fracciones pesadas: C p ,1  0,33886  0,02827 K  0,26105 CF  0,59332  CF





(1.10)

C p, 2   0,9291 1,1543K  0,0368K 10  CF 4,56  9,48 10

(1.11)

  C p,3  1,6658 10  CF 0,536  0,6828 10

(1.12)

2

4

7

4

7

C p , 4  0

(1.13)

Donde CF y K se calculan con las ecuaciones:

 12,8  K 10  K   CF    10   K  4,5579 PM

0 ,15178

2

0 ,84573

GE

(1.14) (1.15)

La entalpía de gas residual se calcula utilizando la misma ecuación de estado que se selecciona para el cálculo de la curva de inversión de Joule-Thomson.


Página 5


1.3.

Expansión Isoentropica


Página 6

PROCESO DE EXPANCION DEL GAS NATURAL

Recommend Documents