Propiedades Fisicas Del Gas Natural

Propiedades Fí sicas sicas del Gas Natural

unidad II

PROPIEDADES FÍSICAS DEL GAS NATURAL 2.1 INTRODUCCIÓN

El cálculo de las propiedades físicas del gas natural y sus condensados representa la base para la elaboración de los proyectos técnicos. Estas propiedades se pueden calcular a un nivel riguroso por medios computarizados o por medio de fórmulas, correlaciones, graf grafic icas as o cart cartas as con con un nive nivell de apro aproxi xima maci ción ón acep acepta tabl ble. e. De toda todass form formas as se recomienda el uso de métodos manuales cuando no hay disponibilidad de medios computarizados. En el presente capitulo se ha recopilado una selección de información sobre el calculo de las propiedades físicas de varias fuentes y trabaos de investigadores del área !ue contiene información información fidedigna para efectuar cálculos manuales. 2.2 TABLAS DE CONSTANTES FÍSICAS

"ara eecutar los cálculos de propiedades físicas se re!uiere información del gas mismo a tratar. Existen dos maneras de efectuar los cálculos# 1) Cálculos composicio!l"s#

En este tipo de cálculos se re!uiere la composición del gas, es decir, el análisis cromatográfico, debidamente verificado y normalizado. $a condición de normalización comprende los siguientes supuestos# •

•

$a sumatoria de las fracciones molares de los componentes es igual a la unidad. %e tienen !ue declarar declarar todos los componentes componentes del gas, incluyendo el & '% y &'( !ue usualmente se miden por otro tipo de análisis o cálculos. El &'% y sus similares sulfurados se miden usualmente en ppm, v se deben transformar a fracción molar y normalizar en la composición. El agua a veces no se declara en los análisis en )base seca*, se debe calcular el contenido de agua y, de la misma forma, incorporarlo al análisis, a continuación mostramos un eemplo de normalización# normalización#

E$"mplo# * Si tenemos un gas de la siguiente composición (Hipotética) en fracciones molares:

1

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C 1=0.8 C =0.1 C !=0.1 ("esultado del an#lisis cromatogr#fico$ %ue no considera el contenido de agua$ agua$ es deci decirr$ est# est# en &ase &ase seca) seca) ' un conte conteni nido do de agua agua de H =0.001. "ealiar la normaliación. "espuesta: "espue sta:

+enemos +enemos !ue agregar el agua a la composición respetando las proporciones de -, ' y   entre sí. El factor / - 0 1.11-2 / 1.3345 6ultiplicamos cada fracción molar por el factor# - / 1.471.3345 / 1.8344 ' / 1.-71.3345 / 1.1333 / 1.-71.3345 / 1.1333 De tal forma !ue la composición normalizada sería# -/1.8344 '/1.1333 /1.1333 &'(/1.11-2 $a sumatoria de las fracciones molares es igual a -

2) Cálculos o composicio!l"s •

$os $os cálc cálcul ulos os no comp compos osic icio iona nale less no re!u re!uie iere renn nece necesa sari riam amen ente te la compos composici ición ón detall detallada ada,, basta basta con valor valores es de la grave gravedad dad especí específic fica, a, densidad o grados 9": para estimar las características del gas.

$as tablas de constantes físicas muestran las principales propiedades físicas de los compuestos puros y de otras sustancias !uímicas para los análisis composicionales relacionadas con el rubro ;+ablas '0- a '05<. $a fuente es el ="%9 Electronic Data >oo?. 2.% C&LCULO DE LA CO'PRESIBILIDAD DE GASES GASES

uando trabaamos con gases a presiones baas, las correlaciones de gases ideales tienen una exactitud generalmente satisfactoria. %i las presiones son elevadas las correlaciones ideales puede generar errores hasta de cerca del @11A. El factor de compresibilidad compresibilidad es la corrección necesaria en las condiciones de proceso para poder describir con exactitud el comportamiento comportamiento del gas. 2

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6uchas de las aplicaciones re!uieren ecuaciones de estado desarrolladas por métodos iterativos. &ay otras correlaciones !ue presentan una exactitud conveniente para los cálculos de ingeniería, una de ellas es la ecuación de estado de los gases, !ue se expresa de la forma siguiente# P(  *mRT + ',  *RT

6B

/ "eso 6olecular del gas, $bC$bmol

"

/ "resión del gas, $pca ó "sia

+

/ +emperatura del gas, o



/ Factor de compresibilidad



/ onstante universal de los gases, -1.8 $pca .ft C o $b0mol

m

/ 6asa del gas, $b

El factor  es un parámetro adimensional e intensivo, es decir, independiente de la cantidad de materia considera pero dependiente la composición, temperatura y presión del gas. $a densidad del gas puede ser calculada por medio de la ecuación modificada de la ecuación de estado de los gases# ρ =

MW 7 P -1.8 7 T 7 Z

Donde# 6B

/ "eso 6olecular del gas

"

/ "resión del gas, $pca ó "sia

+

/ +emperatura del gas, o



/ Factor de compresibilidad

-1.8

/ es la constante universal de los gases, -1.8 $pca .ft C o $bmol

G

/ Densidad del gas, $bCft

P!-! m"cl!s /" 0!s"s

$a ecuación de estado de los gases se puede aplicar con el cálculo de un peso molecular aparente segHn la regla de Iay# 6B / J 6Bi7yi 3


unidad II

Después de realizar el cálculo del peso molecular del gas, se hace el cálculo de la =ravedad Específica ;=<, mediante la siguiente ecuación# γ g

/ 6BmC 6Baire

Donde# 6Baire / '4,35'@ lbsClbs0mol De la misma forma se pueden calcular las propiedades seudocríticas y seudoreducidas de la presión y temperatura# +emperatura seudocrítica#

+sc / J ;yi 7 +ci<

"resión seudocrítica#

"sc / J ;yi 7 "ci<

+emperatura seudoreducida#

+sr / + C J ;y i 7 +ci< / + C +sc

"resión seudoreducida#

"sr / " C J ;y i 7 "ci< / " C "sc

Donde# yi

/ Fracción molar de cada componente

"

/ "resión del gas ;operación<, $pca ó "sia

+

/ +emperatura del gas ;operación< , o

"ci

/ "resión crítica de cada componente, $pca ó "sia

+ci

/ +emperatura crítica de cada componente, o

E$"mplo No. 1

Determinar las propiedades %eudocríticas, %eudoreducidas y el "eso 6olecular del gas con la composición de la tabla siguiente. Datos# " / @11 psia

;@,-@ ?gCcm'<

+ / -@1 KF / 5-1 K

;81,@5 L<

4


unidad II

TABLA 2 T"mp"-!3u-! Compo"3"

P-"si4 P"so P"so P-"si4 C-73ic! /" 'ol"cul!- 'ol"cul!C-73ic! /" S"u/oc-73ic!5 S"u/oc-73ic!5 c!/! /" c!/! /" l! c!/! Psc5 8R Tsc5 8R compo"3" compo"3"5 m"cl!5 compo"3" 96i : Pci) 96i : Tci) Pci 5 8R ', 96i : ',) Tci 5 8R 2,1 '4@,2 558,1 @@2,44 -5,12 -,25 @23,5 25,5818,4 51,1' 1,181 ',@@1 55@,8 '3,13 5-@,1 '5,44 22,138 -,3'8 82,@,@4 @'8,3 2,1@4,-' 1,22' 85@, -',45 @24,4 3,'' @4,-' 1,385 4'4,4 2,8' 231,2 ',41 8',-@1 1,2-42@,@ ',8244,-,@5 8',-@1 1,'3-, @,8@ 23,@ ',88 45,-88 1,@2 "sc / 6Bm / +sc / 3',55 55',- '1,2'5

F-!cci4 'ol!-5 6i

&2 '&5 &4 i2&-1 n2&-1 i@&-' n@&-' n5&-2

1,4-3 1,1424 1,128 1,1185 1,1-54 1,11@8 1,11' 1,115 y/ -

T"mp"-!3u-!

%olución# +sc / 3',55 K

; 0@@ L<

"sc / 55',- psia

;25,@2 ?gCcm'<

+sr / "sr /

T T pc

P P pc

6Bm γ g

5-1

/

.3',55

/

@11 55',-

-,@@.

=

=

1,8@@

/ '1,2'5 lbsClbs0mol

/ 6BmC 6Baire / '1,2'5C'4,35'@ / 1,81@'

E$"mplo No. 2

Determinar las propiedades %eudocríticas, %eudoreducidas y el "eso 6olecular para un =as Matural, !ue cuenta con la composición de la tabla siguiente. Datos# ontenido de &'% / 2 ppm ;%e asume en especificaciones<. " / 211 psia

;'4,-' ?gCcm'<

+ / '11 KF / 551 K

5


unidad II

TABLA 2; T"mp"-!3u-! Compo"3"

F-!cci4 'ol!-5 6i

M' (' &'% &2 '&5 &4 i2&-1 n2&-1 i@&-' n@&-'

1,11-11 1,1@8311 1,111112 1,45-138 1,18'11 1,11@-11 1,111'11 1,111-11 1,111-11 1,111-11 y/ -

T"mp"-!3u-!

P-"si4 P"so P-"si4 P"so C-73ic! /" 'ol"cul!C-73ic! /" S"u/oc-73ic!5 'ol"cul!S"u/oc-73ic!5 c!/! /" c!/! c!/! Psc5 8R /" l! m"cl!5 Tsc5 8R compo"3" compo"3"5 compo"3" 96i : Pci) 96i : ',) 96i : Tci) Pci 5 8R ', Tci 5 8R ''8,' 23',4 '4,1- 1,81 -,@ 1,148 @28,2 -153,@ 22,1-1 -,53 5-,3' ',@24 58',-11 2,14' 1,11 1,11,111 2,1 '3@,5 558,1 @82,@ -5,12 -,4-@ @23,5 3,82 818,4 @-,-8 1,181 ',-82 55@,8 ,21 5-@,1 ,-2 22,138 1,''@ 82,1,-@ @'8,3 1,-@4,-' 1,1-' 85@, 1,14 @24,4 1,1@ @4,-' 1,115 4'4,4 1,14 231,2 1,1@ 8',-@1 1,118 42@,@ 1,14 244,1,1@ 8',-@1 1,118 +sc / 8-,'4 "sc / 53',4 6Bm / -4,44-

Soluci4#

+sc

/ 8-,'4 K

"sc

/ 53',4 psia

+sr

/

T T pc

P

/

551 .8-,'4

211 53' ,4

=

-,888

=

1,@84

"sr

/

6Bm

/ -4,44- lbsClbs0mol

γ g

/ 6BmC 6Baire / -4,44-C'4,35'@ / 1,5@'

P pc

/

;24,54 ?gCcm'<

El factor  ;Factor de desvío< se puede calcular por el método de %tanding de la Figura '0- ;Fuente# ="%9 Figura '02<. "ara determinar el valor de , se debe ingresar a la siguiente gráfica, usando los valores de +emperatura %eudoreducida y la "resión %eudoreducida. $a Fig. '0- conocida como método de %tanding es una de las más utilizadas para el cálculo de factor de compresibilidad. %e pueden apreciar valores del factor de compresibilidad mayores y menores a la unidad. $os valores cercanos a la unidad se alcanzan a presiones moderadas y temperaturas cercanas a las condiciones normales, en las regiones leanas a las condiciones ideales los valores de  varían acentuadamente para compensar las variaciones con el comportamiento ideal. 6


unidad II

E$"mplo No. %

&allar el valor del factor de desvío , para el gas de arrasco usado en el Eemplo '. +% / -,888  / 1,354 "% / 1,@84 9demás, también se puede realizar un cálculo rápido por medio de las Fig '0', '0 y '0 2, donde no se re!uieren determinar las temperaturas y presiones reducidas. Estas gráficas arroan resultados directos asumiendo un peso especifico y temperaturas y presiones seudoreducidas tipo, cabe decir !ue tan sólo son valores aproximados, ya !ue se manean datos !ue son asumidos para los cálculos respectivos. E$"mplo No. <

&allar el valor del factor de desvío , mediante las figuras '0' a la '02, asumiendo valores para el gas natural usado en el Eemplo '. Datos# 6Bm / -4,44- lbsClbs0mol " / 211 psia + / '11 KF / 551 K esultado# ;Nsando Figura '0'<  / 1,358 "or efecto del contenido de gases ácidos el factor  puede sufrir variaciones, para estimar el comportamiento se realiza una corrección con gases ácidos de hasta el 4@A. Este factor llamado )Factor de 9uste de +emperatura rítica*, O es una función de las concentraciones de (' y &'% en el gas ácido. $a corrección se aplica a la temperatura seudocrítica, mediante la siguiente correlación# +cP / +c 0 O

Q a la presión mediante la expresión#

7


unidad II P cP

P cT cP

=

T c

+ BP;- − BP<ε

%iendo >, la fracción molar de & '%. "ara calcular el valor del factor de auste, se manea la siguiente gráfica, ingresando con los valores de los porcentaes de los contaminantes ( ' y &'% Ejemplo No. 5

"ara el siguiente gas ácido, calcular el factor de desvío , tomando en cuenta la corrección por contenido de gases ácidos, usando el método de auste de temperatura crítica. D!3os# " / -111 psia ;81,- ?gCcm'< + / -11 KF / @51 K ;8,84 L< TABLA 2-9

T"mp"-!3u-!

T"mp"-!3u-!

P-"si4 P"so P-"si4 P"so F-!cci4 C-73ic! /" 'ol"cul!C-73ic! /" S"u/oc-73ic!5 'ol"cul!Compo"3" 'ol!-5 S"u/oc-73ic!5 c!/! /" c!/! c!/! Psc5 8R /" l! m"cl!5 6i Tsc5 8R compo"3" compo"3"5 compo"3" 96i : Pci) 96i : ',) 96i : Tci) Pci 5 8R ', Tci 5 8R (' @28,2 -153,@ 22,1-1 1,-1 @2,82 -15,3@ 2,21& '% 58',-11 2,14' 1,'1 -2,2'51,11 5,4-5 M' ''8,' 23',4 '4,1- 1,1@ --,5 '2,52 -,21&2 1,51 2,1 '1@,41 558,1 211,'1 -5,12 3,5'5 '&5 1,1@ @23,5 '8,24 818,4 @,3 1,181 -,@12 "sc / 6Bm / y/ +sc / 2,83 4'8,-4 ',828

Soluci4# 6ediante la Fig. '0@, se puede calcular el factor =, ingresando a la misma, con el porcentae de &'% !ue tiene un valor de '1A y el porcentae de ( ' !ue es -1A. = / '3,4

"osteriormente se realiza las correcciones de +cPy "cP. +cP / 2,3 0 '3,4 / 212,- K P cP

=

;4'8,-4< 7 212,2,83 + 1,'1 7 ;- − 1,'1< 7 '3,4

"cP / 85',' psia

8


unidad II

+sr / "sr /

T

/

T pc

P P pc

/

@51 212,-

=

-,.4@4

-111 =

85','

-,.-'

%egHn Figura '0-, se tiene#  / 1,4"ara el caso de gases y lí!uidos de hidrocarburos, se pueden estimar las propiedades seudocríticas a partir de las siguientes gráficas. %e debe definir si el cálculo se desea para un condensado o para gases, ya !ue las gráficas presentan diferentes curvas para cada tipo diferente de hidrocarburo. "ara el uso de la figura, primero se deben establecer si el gas !ue se esta maneando, cumple o no con las limitaciones de la figura. "ara el cálculo de las propiedades seudo críticas, se debe ingresar con la gravedad específica del gas, llegando a la curva de condensado o a la de gases varios. $as propiedades seudocríticas de gases y sus condensados se pueden calcular gráficamente, esto facilita varios tipos de cálculos. 6ediante las Fig. '05, Fig. '08 y Fig. '04, se pueden determinar las propiedades seudocríticas como función de la gravedad específica. "ara la aplicación de este cálculo existen limitaciones por el contenido de gases como el Mitrógeno con el @A en volumen, el ( ' con el 'A en volumen y el & '% con el 'A en volumen. E$"mplo No. > alcular las propiedades seudocríticas de un gas !ue tiene una gravedad específica de 1,4@, usando la Figura '05. esultado# +sc / 28,@ K ;01,13 L< "sc / 5-', psia ;21,1@ ?gCcm'< on las siguientes gráficas, se pueden calcular de manera rápida, las propiedades seudocríticas de lí!uidos, ingresando con los valores de peso molecular, K9": o gravedad específica del lí!uido. "ara calcular el K9": del lí!uido, se usa la siguiente ecuación# ° API =

-2-,@ γ 1

− --,@

Donde# γ o

 =ravedad específica del lí!uido 9


unidad II

(bsérvese !ue lí!uidos más livianos !ue el agua, γ ? -.1, tienen un K9": mayor a -1, y lí!uidos más pesados !ue el agua, tienen un K9": menor a -1. o

El agua, con

γ w

 -.1, tiene un K9": / -1.

6ediante las Figuras '08 y '04, se pueden calcular los valores de L9":, a partir de la gravedad específica y viceversa. 2.< C&LCULO DE DENSIDADES

$a densidad es necesaria para determinar los volHmenes !ue ocupan ciertas porciones de masas de hidrocarburos. 9 continuación tenemos la Figura '03 !ue sirve para calcular la gravedad específica de algunas gasolinas y mezclas de hidrocarburos volátiles en función de las temperaturas. $a relación entre la gravedad específica y la densidad para gases y lí!uidos es la siguiente# =ravedad específica del gas / Densidad del gas C Densidad del aire =ravedad específica del li!uido / Densidad del li!uido C Densidad del agua $as gráficas !ue se presentan a continuación son las publicadas en el ="%9, habiendo seleccionado las más importantes, además se presentan algunos eemplos de cálculo con composiciones de gas tipo para poder apreciar su incidencia en los resultados. E$"mplo No. 

6ediante la Figura '03, calcular la gravedad específica, de los siguientes lí!uidos saturados, a una temperatura de -11 KF. a< :so butano, b< :so pentano y c< >enceno. Soluci4# :ngresando a la gráfica, con la temperatura de -11 KF, se sube en la gráfica, hasta llegar a las curvas de los diferentes lí!uidos especificados. Iso @u3!o# γ  5<  Iso p"3!o# γ  5>11 6 B"c"o# γ  5;>1. $a gráfica '0-1, realiza la corrección de la gravedad específica medida en condiciones de temperatura estándar a 51 KF, para otra temperatura desead o

o

o

E$"mplo No. ;

6ediante la Figura '0-1, calcular la gravedad específica de un lí!uido a una temperatura de 211KF, siendo !ue este lí!uido tiene una gravedad específica a 51KF, de 1,54. Soluci4#

:ngresando a la gráfica, con la temperatura de 211KF, se sube en la misma, hasta llegar a la curva de gravedad específica 1,54 a 51KF, obteniendo el siguiente valor# 10


unidad II γ o

/ 1,224 ;R 211KF<

"ara algunos hidrocarburos comunes en el gas y condensados las densidades li!uidas a 51 KF se pueden corregir para el calculo a temperaturas diferentes. E$"mplo No. 

6ediante la Figura '0--, calcular la densidad ;gCml<, de los siguientes lí!uidos saturados, a una temperatura de -11KF# 0 "ropano. 0 M 0 >utano. 0 =asolina Matural. Soluci4#

:ngresando a la gráfica, con la temperatura de -11KF, se sube en la gráfica, hasta llegar a las curvas de los diferentes lí!uidos especificados. γ / 1,28'@ "ropano# γ / 1,@@31 M 0 >utano # =asolina Matural# γ / 1,58-1 o

o

o

2. C&LCULO DE LA PRESIN DE (APOR

El ="%9 publica una carta !ue calcula las presiones de vapor de hidrocarburos lí!uidos en función de la temperatura ;Figura '0'1<. Ser la Figura '0-' y sus eemplos de cálculo. E$"mplo No. 1

6ediante la Figura '0-', calcular la presión de vapor del "ropano a una temperatura de -11 KF y del n0decano a @11 KF. R"sul3!/o#

"ropano#

"v / '11 psia.

n0decano#

"v /

3' psia.

2.> C&LCULO DE LA (ISCOSIDAD DE IDROCABUROS LÍUIDOS H GASEOSOS

$a viscosidad de gases parafínicos en condiciones de presión de una atmósfera y a cual!uier temperatura, se puede calcular mediante la Figura '0-. "ara el cálculo de las viscosidades, se debe ingresar a la figura a la temperatura deseada y subir en la misma hasta llegar a la curva del hidrocarburo lí!uido, obteniendo el valor de la viscosidad en centipoises. 11


unidad II

E$"mplo No. 11

alcular la viscosidad del n0butano, a una temperatura de '11 K F, utilizando la figura '0 -. R"sul3!/o#

9 la temperatura de '11 KF y una atmósfera, el n0butano tiene una Siscosidad de 1,14' centipoises. 9lgunos gases presentan en su composición, elementos ácidos, los cuales deben ser tomados en cuenta al momento de calcular la viscosidad del gasT por lo cual se usan las correcciones de composición de nitrógeno, gas carbónico y sulfHrico de hidrogeno en función de su peso molecular y la temperatura, maneando una presión de - atmósfera ;Fuente ="%9, Fig '.''< . E$"mplo No. 12

&allar la viscosidad del =as Matural descrito en el Eemplo Mo. ' TABLA 21 Compo"3" M' (' &'% &2 '&5 &4 i2&-1 n2&-1 i@&-' n@&-'

Datos#

F-!cci4 'ol!-5 6i 1,11-11 1,1@8311 1,111112 1,45-138 1,18'11 1,11@-11 1,111'11 1,111-11 1,111-11 1,111-11 y/ -

P"so 'ol"cul!/" c!/! compo"3"5 ', '4,1- 22,1-1 2,14' -5,12 1,181 22,138 @4,-' @4,-' 8',-@1 8',-@1

P"so 'ol"cul!/" l! m"cl!5 96i : ',) 1,148 ',@24 1,111 -,4-@ ',-82 1,''@ 1,1-' 1,115 1,118 1,118 6Bm / -4,44-

+ / 11 KF ;-23 L< " / - atm.

%olución#

γ g

/ 6BC6Baire

/

-4,44-C'4,35'@ / 1,5@'

De la gráfica# Ugl / 1,1-21@2 cp. 12


unidad II

orrección por contaminantes# Ug / Ugl V  M' V &'% V (' De la gráfica#  M' / 1,1111'@ cp. &'% / 1,1111111145-- cp. (' / 1,111'52 cp. Ug / 1,1-21@2 V 1,1111'@ V 1,1111111145-- V 1,111'52 Ug / 1,1-22 cp. Finalmente en la Figura '0-@, se puede calcular la viscosidad de gases en función de la temperatura, presión y gravedad específica del gas. E$"mplo No. 1% &allar la viscosidad del =as Matural descrito en el Eemplo Mo. ', usando la Figura '0-@.

D!3os#

+ / 11 KF ;-23 L< " / -2,8 psia / - atm. γ g

/ 1,5@'

R"sul3!/o#

%egHn la gráfica# Ug / 1,1-2@ cp.

13


unidad II

2. CALCULO DEL GP' 9G!lo"s /" l7ui/os C%J po- mil pi"s cK@icos /" 0!s m"/ios " co/icio"s o-m!l"s)

El valor del ="6 del gas es muy importante para realizar estimaciones de la factibilidad de los proceso de extracción de lí!uidos, proyectos de producción de =$" y gasolinas naturales. Este parámetro se mide a partir del propano y mas pesados. 9 continuación mostramos una tabla publicada por :(M%9 %9 !ue muestra el cálculo directo a partir de información composicional de las muestras. álculo del contenido de lí!uidos en una muestra de gas natural

Compo"3" &'( &'% M' (' '  i02 n02 i0@ n0@ i05 5 8 4 3 -1 W/

TABLA 211 F-!cci4 mol!- 5 6i F!c3o- /" co"-si4

GP'

'8,24-5 ',5'5 -,22 5,--43 5,--43 2-,438 2-,1-@8 25,11' @-,1@-5 @5,-@2 5-,''34 W/

+ambién se pueden calcular los ="6 ;'V< y ="6 ;-V< de acuerdo a las necesidades del proceso. E$"mplo No. 1;

alcular el ="6 ;=alones de V por 6il "ies Hbicos<, de un =as Matural, !ue presenta la composición de la siguiente tabla.

14


unidad II

TABLA 212

F-!cci4 F!c3o- /" Compo"3" mol!- 5 GP' co"-si4 6i  &'(  &'% 51%1 M' 5;> 511 (' 5> ' 5%2< '8,24-5 5;<%;<  5; 5%1%<; i02 ',5'5 5<< -,22 51%;%2 n02 51 5,--43 5<1;% i0@ 51 5,--43 5>1<21% n0@  2-,438  i05 5> 2-,1-@8 52<><2 5 52 52< 8 25,11'  @-,1@-5  4  @5,-@2  3  5-,''34  -1 W W 15<;<> / - /

GP'

2.12 CONTENIDO DE AGUA DEL GAS NATURAL

El contenido de agua en el gas es una de las características !ue debe conocer el ingeniero con la mayor seguridad. De ello depende la garantía de !ue los procesos se realicen sin mayores problemas. $os depósitos de agua en la tubería, la formación de hidratos, la corrosión del tubo y demás instalaciones se minimizan cuando se deshidrata el gas hasta los niveles necesarios para evitar los problemas operativos. En ocasiones, el contenido de gases ácidos introduce errores !ue porcentualmente pudieran ser apreciables. Esa desviación puede ser significativa cuando se trabaa en el diseXo de plantas de deshidratación o endulzamiento. "or eso se agregan al libro las figuras para medir el contenido de agua en el dióxido de carbono y en el sulfuro de hidrógeno.

15


unidad II

%egHn norma, la cantidad máxima permisible de agua en el gas es 8 lb de aguaCmillón de pies cHbicos estándar. %i el valor es mayor se debe realizar la deshidratación para extraer la cantidad de agua necesaria. El tema de deshidratación del gas se trata con detalle en el +omo :: de esta serie, con las técnicas y procedimientos de acuerdo a los estándares industriales. FIG. 22>. Co3"i/o /" !0u! /" los Mi/-oc!-@u-os E$"mplo No. 2

álculo de la cantidad de agua en el siguiente gas dulce, usando el método de 6c?etta 0 Behe# D!3os#

6B / '5 lbClb0mol + / -@1 KF ;5@,5 L< " / -111 psia ;81,- ?gCcm'< "orcentae de sólidos totales en la salmuera / A De la Fig. '0'5# B /''1 lb de & '( C66scf g /1.34 B / ;''1< 7 ;1,34< / '-5 lb de &'(C66scf ;corrección por peso molecular< s /1.3 B / ''1 7 ;1.3< / 2 l@ /" 2O+''sc E$"mplo No. 21

álculo de la cantidad de agua del anterior gas dulce, usando el método de >u?ace?. D!3os#

Ecuación# De +abla '0-#

6B / '5 lbClb0mol + / -@1 KF ;5@,5 L< " / -111 psia ;81,- ?gCcm'< "orcentae de sólidos totales en la salmuera / A W =

A P ;lpca <

+ B

9 / -88 111 16


unidad II

> / 2,' W =

-88111 -111

+

2,'

,  2252 l@+''sc E$"mplo No. 22

álculo de la cantidad de agua en un gas natural ácido, haciendo la corrección de los contaminantes presentes en el gas# D!3os#

ontenido de &'% / 2 ppm. " / -111 psia

;81,- ?gCcm'<

+ / -51 KF

;8-,-- L<

TABLA 21< P"so F-!cci4 'ol"cul!- P"so 'ol"cul!Compo"3" 'ol!-5 /" c!/! /" l! m"cl!5 6i compo"3"5 96i : ',) ', M' '4,1- 1,11-11 1,148 (' 22,1-1 1,1@8311 ',@24 &'% 2,14' 1,111112 1,111 &2 1,45-138 -5,12 -,4-@ '&5 1,18'11 1,181 ',-82 &4 1,11@-11 22,138 1,''@ i2&-1 1,111'11 @4,-' 1,1-' n2&-1 1,111-11 @4,-' 1,115 i@&-' 1,111-11 8',-@1 1,118 n@&-' 1,111-11 8',-@1 1,118 y/ 6Bm / -4,44-

Soluci4#

6Bm / -4,44- lbsClbs0mol γ g

/ 6BmC 6Baire / -4,44-C'4,35'@ / 1,5@'

De la gráfica del método de 6c?etta 0 Behe# B / '2' l@+''sc g / 1,33 B /'2' 7 ;1.33 l@+''sc álculo de fracciones# y& / y&2 V y'&5 V y&4 V yi2&-1 V y n2&-1 V y i@&-' V y n@&-' V yM' 17


y& / 1,32'135 y(' / 1,1@8311

unidad II

y&'% / 1,111112

álculo de la cantidad agua en cada contaminante ;( ' y &'%<# B (' / 51 lb de &'(CY66scf B &'% / @5' lb de &'(C66scf Bt / B 7 y& V B (' 7 y(' V B &'% 7 B &'% Bt / '3,5 7 1,32'135 V 51 7 1,1@8311 V @5' 7 1,111112 ,3  2<>52 l@ /"  2O + ''sc 2.14 CASO DE ESTUDIO 1.-

Propiedades F í sicas de un Gas Natural de Am érica Latina.

$os valores de las propiedades calculadas para ampo arrasco Z >olivia por los métodos desarrollados en las diversas partes de este capítulo, son las siguientes# D!3os#

" / 211 psia + / '11 KF / 551 K TABLA 21 T"mp"-!3u-! Comp.

F-!cci4 'ol!-5 6i

M' (' &'% &2 '&5 &4 i2&-1 n2&-1 i@&-' n@&-'

1,11-11 1,1@8311 1,111112 1,45-138 1,18'11 1,11@-11 1,111'11 1,111-11 1,111-11 1,111-11

y/ -

P-"si4 P"so P-"si4 C-73ic! /" 'ol"cul!- P"so 'ol"cul!C-73ic! /" S"u/oc-73ic!5 S"u/oc-73ic!5 c!/! /" c!/! /" l! m"cl!5 c!/! Psc5 8R Tsc5 8R compo"3" compo"3"5 96i : ',) compo"3" 96i : Pci) 96i : Tci) Pci 5 8R ', Tci 5 8R

''8,' @28,2 58',2,1 @23,5 55@,8 82,85@, 4'4,4 42@,@

T"mp"-!3u-!

1,81 -,53 1,11 '3@,5 3,82 ,21 1,-@ 1,14 1,14 1,14 +sc / 8-,'4

23',4 -153,@ -11 558,1 818,4 5-@,1 @'8,3 @24,4 231,2 244,-

-,@ 5-,3' 1,1@82,@ @-,-8 ,-2 1,-1,1@ 1,1@ 1,1@ "sc / 53',4

'4,1- 22,1-1 2,14' -5,12 1,181 22,138 @4,-' @4,-' 8',-@1 8',-@1

1,148 ',@24 1,111 -,4-@ ',-82 1,''@ 1,1-' 1,115 1,118 1,118

6Bm/-4,4418


unidad II

+sc

/ 8-,'4 K

"sc

/ 53',4 psia T

/

"sr

/

6Bm

/ -4,44- lbsClbs0mol

γ g

/ 6BmC 6Baire / -4,44-C'4,35'@ / 1,5@'

T pc

P P pc

/

551

+sr

/

.8-,'4

211 53' ,4

=

-,888

=

1,@84

+% / -,888  / 1,354 "% / 1,@84 Siscosidad del gas en las siguientes condiciones# + / 11 KF " / - atm. Ug / 1,1-22 cp. $os valores de las mismas propiedades de campo arrasco calculadas por el simulador comercial &Q%Q%, el cuál es utilizado en la industria petrolera, son los siguientes# +sc

/ 8-,42 K

"sc

/ 538,5 psia

6Bm

/ -4,4412 lbsClbs0mol

γ g

/ 1,5@-3



/ 1,355

Siscosidad del gas en las siguientes condiciones# + / 11 KF " / - atm. Ug / 1,1-@21 cp.

19


unidad II

Coclusio"s.

$os valores calculados de las propiedades físicas, mediante los métodos desarrollados en este capítulo, presentan una pe!ueXa variación de error con los valores obtenidos del %imulador &ysys, alrededor del orden del 1,- A, exceptuando el valor hallado de la viscosidad, !ue presenta un error mayor al @A. De todas formas el resultado es aceptable con fines de ingeniería. 2.15 CASO DE ESTUDIO 2.-

P-opi"/!/"s 7sic!s comp!-!3i!s /" !l0uos 0!s"s /" L!3io!m-ic!

$os diferentes tipos de gases presentan también diferentes valores en la evaluación de las propiedades físicas. En el presente caso de estudio analizamos cuatro tipos de gases de algunos yacimientos de >olivia, Senezuela y olombia. El yacimiento de uisiana !ue presenta un contenido algo elevado de ( ' y condensables, el gas de arrasco en >olivia !ue tiene características más livianas en comparación con el anterior y baos contenidos de ('. +ambién se muestran dos análisis de gases Senezolanos# el de =uárico $ibre, un yacimiento de gas libre con un elevadísimo contenido de ( ' y bao ="6 y el de (riente libre con contenido alto de ( ' y propiedades intermedias. $a +abla '.-4 nos muestra de manera comparativa algunos gases de $atinoamérica y en la +abla '.-3 resumimos los resultados de las principales propiedades físicas de estos gases.

20


unidad II

TABLA 21; Aálisis /" Al0uos G!s"s /" L!3io!m-ic!  'ol!-

omp. uisiana arrasco ;olombia< ;>olivia< ('

(riente $ibre ;Senezuela<

=uarico $ibre ;Senezuela<

@

1.35

-'.@

[email protected]

M'

1.5@

-.21

1.-

1.-

&e

1.1

0

0

0

('

0

0

0

0

-

84.'

48.-'

85.3

4.@

'

3.21

5.3

@.4

1.5



.43

'.8

'.@

1.-

i2

1.4-

1.'

1.@

1.-

n2

1.33

1.28

1.5

0

i@

1.2

1.-

1.

0

n@

1.'2

1.-'

1.'

0

5

1.-3

1.18

1.'

0

8V

1.-2

1.12

1.2

0

+otal

-11

-11

-11

-11

="6

'.11

0.15

-.24

1.1@4

6

'-.'8

-4.44

''.'4

'1.@8

Mota. En estos análisis no se reporta el contenido de & '%, los valores absolutos son baos en porcentae molar y se miden en ppm, y en este caso asumimos !ue no producen un error muy apreciable.

"ara calcular las propiedades utilizamos el simulador comercial &Q%Q% !ue es un soft[are de mucha utilidad en los cálculos petroleros. En las siguientes tablas mostramos los resultados de las principales propiedades a las condiciones referenciales de 511 "sia y -11 oF. $a +abla '0-3 a '0'' muestran los resultados# 21


unidad II

TABLA 21 P-opi"/!/"s /"l G!s N!3u-!l /"l c!mpo C!--!sco  Bolii! 9P  > Psi!  T1 oF)

Coclusio"s#

22


unidad II

9nalizando los resultados tenemos !ue el =as de (riente $ibre ya presenta la formación de condensados a las condiciones de 511 "sia y -11 oF, mientras !ue los otros tres continHan en fase vapor. "or otra parte, los pesos moleculares aparentes presentan al gas de arrasco como el más liviano mientras !ue al gas de uisiana como el más pesado. $a presión parcial de ( ' un gas no debería exceder de 1 "sia para evitar el riesgo de corrosión por ( ' segHn las recomendaciones. En este caso en las muestras de uisiana, (riente libre y =uárico libre tienen riesgos de corrosión por ( ', mientras !ue el gas de arrasco tiene una baa probabilidad de corrosión. $as variaciones del factor  para gases reportan desde 1.44 a 1.3-, en cambio las corrientes de condensado reportan a  con un valor de 1.', el cuál es propio de los lí!uidos. $a tensión superficial del lí!uido en el caso de (riente libre tiene un valor de -.-- dynCcm, en los otros casos se encuentran en fase gaseosa y no se tiene el lí!uido para calcular esta propiedad.

23

Propiedades Fisicas Del Gas Natural

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