En esta sección primeramente se conocerá la definición de “gas natural” en su contexto general. También se presentaran algunas terminologías que relacionan la palabra gas natural. Si bien estos productos se caracterizan por tener los mismos elementos en su composición son mu distinto uno de los otros. Tambi También én se expon expondrá drá las las ecuac ecuacion iones es neces necesari arias as para para deter determin minar ar la !iqueza en "icuables del gas natural# o sea el contenido de $"% $asolina &atural que contiene una corriente de gas. 'na propiedad mu importante del gas natural es el %oder (alorífico. "as ecuaciones para conocer esta propiedad también son presentadas.
) por *ltimo# se utilizaran las ecuaciones expuestas para calcular la !iqueza el %oder (alorífico de la corriente de gas natural que ingresa al área de des+idratación recuperación de $asolina &atural de la %lanta de $as San ,lberto -er (apítulo/00# 1igura/2.34.
¿QUE ES EL GAS NATURAL? El gas es un recurso natural no renoable. Se parece muc+o al aire porque no se puede er# oler ni sentir. El gas natural es una mezcla de gases líquidos denominado +idrocarburos. "os +idrocarburos son elementos de la naturaleza que producen energía. El gas natural no es ni corrosio ni tóxico# su temperatura de combustión es eleada posee un estrec+o interalo de inflamabilidad# lo que +ace de él un combustible fósil seguro cua energía es limpia en comparación con otras fuentes de energía. "a energía que produce el gas sire# por e5emplo# para producir calor# electricidad# +acer funcionar los motores# etc. ,demás# por su densidad de 6#76# inferior a la del aire -8#664# el gas natural tiene tendencia a elearse puede# consecuentemente# desaparecer fácilmente del sitio donde se encuentra por cualquier grieta. , manera de ilustración general# la Tabla/9.8 muestra la ariación de porcenta5es que podrían tener los componentes del gas. El gas natural está compuesto por grandes proporciones de gases -metano etano4 peque:as proporciones de gases licuables -propano butanos4 mínimas partes de líquidos -pentano# +exano demás pesados4. Estos componentes son utilizados para generar energía o como materia prima para obtener otros productos de gran utilidad. ,demás# se notará también que el gas natural puede contener otros gases fuera de la serie de +idrocarburos tales como el dióxido de carbono# +elio# sulfuro de +idrógeno# nitrógeno# etc. ,lguno de estos componentes son
32
da:inos para la salud +umana deterioran los equipos e interfieren el buen funcionamiento de los instrumentos de medición de la planta. %ara que este gas pueda ser utilizado en cualquiera de sus formas# es necesario que transite por una serie de procesos# para su adecuación para el transporte
separación de los
componentes# tanto
deseables
como
indeseables.
TABLA-3. Componentes hidrocar!ros " no hidrocar!ros #!e con$orman e% Gas Nat!ra% C&'(&NENTE
)&R'ULA QU*'*CA
ESTA+&,
AR*AC*&N (&RCENTAE '&LAR
;etano
(<=
gas
33#66 > ?@#66
Etano
(2<7
gas
6#86 > 26#66
%ropano
(9<@
gas
6#63 > 82 66
n/Autano
(=<86
gas
6#63 > 9#66
i/Autano
(=<86
gas
6#62 > 2#66
n/%entano
(3<82
liquido
6#68 > 6#@6
i/%entano
(3<82
liquido
6#68 > 6#@6
(7<8=
liquido
6#68 > 6#36
(C<87
liquido
6#68 > 6#=6
&itrógeno
&
gas
6#86 > 6#36
Dióxido (arbono
(2
gas
6#26 > 96#66
Sulfuro
<2S
gas
Trazas > 2@#66
gas
Trazas > =#66
US&S
$as Seco
S E " A , ' ( 0 "
$as "icuado de %etróleo
$asolina &atural
&o tiene uso comercial es despo5ado del gas
1uenteF Elaboración propia
, partir del $as &atural se puede obtener un importantísimo producto# que es el $as "icuado de %etróleo -$"%4# porque es una energía limpia de fácil mane5o. En forma general cuando el $as &atural de producción tiene más de 8#9G mol de %ropano# puede ser económicamente rentable recuperar $"%. %ero cuando el porcenta5e es inferior a dic+o alor# debe +acerse un análisis de alternatias minucioso antes de instalar facilidades necesarias para la recuperación de $"%.
1
(omportamiento en condiciones normalesF 8=#C psia 76 H1
33
"a composición del gas siempre aría de un campo a otro. %ara tener una idea más clara de esta característica del gas# en el Tabla/9.2 se presenta la composición real de algunos campos boliianos. "as propiedades de estos compuestos arían dependiendo del tipo de condiciones del acimiento de donde proceden de las condiciones de separación en estaciones de producción de crudo gas.
TABLA-3. Composici/n de% 0as nat!ra% en a%0!nos campos Bo%i1ianos C&'(
R*& UELTA CARRASC& GRAN+E GRAN+E
C&L(A
LA ERT*ENTE
SAN R&QUE
(&REN*R
2&RA
S*RAR*
N
8#@36
6#986
8#C?6
6#?86
2#286
8#3=6
8#986
2#3=7
6#3@9
C&
6#?=8
3#C?6
6#676
8#966
6#676
6#686
6#886
6#729
6#6C?
C,
?2#987
@7#886
@@#686
@7#=?6
@7#?26
@7#836
@7#336
@3#9@6
@C#6=C
C
=#362
C#296
?#8=6
C#266
7#3@6
C#996
7#?C6
7#9=9
C#89=
C3
6#9=?
6#386
6#?96
2#@36
2#@76
9#266
9#2=6
9#869
9#6@@
i -C4
6#662
6#626
6#696
6#986
6#936
6#=66
6#?@6
6#9C2
6#=98
n-C4
6#686
6#686
6#696
6#=?6
6#776
6#@96
6#==6
6#?8?
6#@=2
i -C5
6#663
6#686
6#686
6#8?6
6#836
6#8?6
6#836
6#283
6#272
n-C5
6#66C
6#686
6#666
6#8=6
6#896
6#8@6
6#8C6
6#232
6#299
C6
6#669
6#666
6#666
6#6?6
6#676
6#866
6#676
6#8=8
6#8@=
C 78
6#683
6#666
6#666
6#696
6#626
6#6C6
6#626
6#867
6#88C
866
866
866
866
866
866
866
866
866
8C#2@93
8@#@@63
8C#@=C?
8@#?938
8@#7?6C
8?#6869
8@#?392
8?#2C37
8?#6=2@
6#3?77
6#738C
6#7878
6#7397
6#7=32
6#7372
6#73=2
6#773=
6#73C9
8.623
8.683
8.6C?
8.828
8.88C
8.8=C
8.8=3
8.82?
8.879
6#8822
6#83C8
6#2C@7
8#26?3
8#2=9C
8#=C?8
8#=??6
8#39?@
8#379C
T&TAL (' GE (c G(' 9 S
No existe H 2 S en ninguno de los campos
1uenteF ,rtículo “Notas sobre el uso de la cromatografía” # 0ng. ;arcía I. ;artínez -+ttpFJJKKK.gas/ training.comJ,rticulos.+tml4
DondeF PM GE GPM Pc
= = = =
Peso molecular de la mezcla gaseosa Gravedad Específica de la mezcla gaseosa Galones por mil pies cúbicos de gas Poder Calorífico de la mezcla gaseosa
34
"os campos de la Tabla/9.2 están ordenados de acuerdo a su contenido de licuables -$%;4. En este caso el (ampo !ío $rande tiene el alor más ba5o de licuables# esto se contrasta con su composición a que el componente predominante es el ;etano que conforma más del ?2G de la mezcla si a este se le a:ade el porcenta5e de Etano# fácilmente superan el ?7G. %or otro lado# el (ampo Sirari produce un gas rico en licuables# o sea su alor de $%; es más alto que el resto de los campos# 8#379C. Se puede er que los componentes más pesados -(9B4 tienen un porcenta5e de participación razonable en la mezcla# más de 3G# lo cual faorecen al incremento del $%; en comparación con los otros campos. 'n gas natural con alto contenido de licuables se encuentra normalmente en )acimientos de $as/(ondensado Jo )acimiento de $as ,sociado con petróleo liiano. , continuación se presenta algunas terminologías relacionadas con la palabra “$as &atural” que es necesario conocerlas para eitar confusiones 2. Gas Natural # es una mezcla de +idrocarburos liianos# donde el principal componente es el metano en un porcenta5e del orden del @6G. El porcenta5e restante está constituido por etano# propano# butano otros +idrocarburos más pesados tales como pentanos# +exanos +eptanos. Gas Natural Seco# iene a ser el metano con peque:as cantidades de etano. Es el gas que se usa como combustible de insumo en la industria Líquidos del Gas Natural # es una mezcla de propano# butanos# pentanos otros +idrocarburos más pesados. Es un producto intermedio en el procesamiento del gas natural. Gas Licuado de Petróleo (GLP)# es una mezcla de propano butano. Se transporta en tanques balones para utilizarse como combustible doméstico *ltimamente se amplió su uso al parque automotor.
2
“Ventajas del uso del Gas Natural en la Industria” # ;inisterio de Energía ;inas > Dirección $eneral de
35
Gasolina Natural # es una mezcla de pentano# +exano otros +idrocarburos más pesados. Se usa en las refinerías para la preparación de gasolinas de uso automotor como materia prima para la petroquímica. Gas Natural Comprimido (GNC)# es el $as &atural Seco comprimido a 2.?66 psi. Se almacena en cilindros a alta presión se usa como combustible alternatio en reemplazo de las gasolinas. Gas Natural Licuado (GNL)# es el $as &atural Seco que +a sido licuefactado mediante un proceso de enfriamiento# en el cual se disminue su temperatura +asta /876 H( con una reducción de su olumen en aproximadamente seiscientas eces. De esta manera el gas natural puede ser exportado a traés de “barcos metaneros” a los centros de consumo.
ECUAC*&NES (RACT*CAS (ARA +ETER'*NAR LA R*QUE:A EN L*CUABLES ; EL (&+ER CAL&R*)*C& +EL GAS NATURAL "as ecuaciones que audan a calcular la riqueza en licuables el poder calorífico del gas natural son de gran importancia a la +ora de ealuar el uso que se dará al gas producido de cualquier campo. , continuación se expondrán las ecuaciones que llegan a determinar estos parámetros que posteriormente se utilizaran para ealuar el gas producido del (ampo San ,lberto.
L*CUABLES +EL GAS NATURAL "os licuables del gas natural también se conocen con el nombre de “!iqueza del $as &atural”. Se define como el n*mero de galones de líquido que puede obtenerse de 8.666 pies c*bico normales de gas natural procesado. Se expresa generalmente por el símbolo $%;. (omo se pudo obserar en la Tabla/9.8# los componentes +idrocarburos del gas natural a partir del %ropano en adelante conforman los licuables del gas natural. Estos productos pueden ser recuperados en una planta separadora de gas natural si estos licuables son procesados
36
en una planta fraccionadora se obtienen subproductos que son el $"% la $asolina &atural. En la práctica es com*n recuperar en estado líquido# *nicamente el propano compuestos más pesados de un gas# no es com*n considerar el metano etano al calcular el contenido de líquido# $%;# de un gas# a pesar de ello se puede incluir en las muestras comerciales de gas natural# el alor de ( 2B el cual puede ser un indicador *til en algunas ocasiones. Es bueno recordar que se parte de la suposición de que los componentes que integran el propano elementos más pesados son totalmente recuperados como líquido# aunque en la práctica# solo se recupera un porcenta5e de esta cantidad. En la medida en que los sistemas criogénicos tecnológicamente#
-a mu
ese
ba5as
porcenta5e
temperaturas4 recuperado
+an +a
me5orado aumentado
considerablemente# razón por la cual se suele +ablar de recuperación profunda de los líquidos del gas natural -más del ?@G4 9.
CALCUL& +EL C&NTEN*+& +E L*CUABLES
3
“(aracterísticas comportamiento de los +idrocarburos”# %érez %alacio !amiro ;artínez ;arcías I.# ;aracaibo/ Lenezuela# 8??=# %ág. @3. 4 “Gas Processors Suppliers ssociation !GPS"” # 88a edición# ersion 2666# Sección 87.
37
,demás# 8 lb/mol de gas ocupa un olumen de 9C?#=? pcn. %or tanto# para el propano su alor de $%; esF
GPM C 3 = GPM C 3 =
ρ C
3
379,49 10,433 379,49
×1.000 ×1.000
GPM C 3 = 27,49
Similarmente
se
+ace
para
cualquier
componente
conociendo su densidad liquida a condiciones normales. En la Tabla/,.9.8 de la sección ,&EM/, se presenta las propiedades físicas de todos los componentes del gas natural. "a Ecuación/2.8 es utilizada para calcular de manera general la cantidad de galones de líquido que se obtendrían de mil pies c*bicos de una mezcla de gas natural conociendo la composición molar del mismo. 1× 10
n = × ∑ yi × ρ i ÷ 379,49 i = 3 3
GPM
n GPM = A × ∑ yi × ρ i ÷ [ GPM ] ............................(2.1) i=3
DondeF y i = Fracción molar de cada componene !i"
= #ensidad molar del componene !i"$ %gal&mol' A = Consane de conversión( )$*+,--,,./0)
ρ i
CALCUL& +EL C&NTEN*+& +E GAS L*CUA+& +E (ETR&LE&
38
métricas -Tm4. ) cuando este se distribue al consumidor minorista# su enta se realiza en Nilogramos -Ng4. 'na modificación a la Ecuación/2.8 permite conocer el olumen de $"% que contiene la corriente de gas natural. (abe aclarar que la unidad de -m 94 está referida al olumen de $"% en estado líquido. 1×10
4 G1P = × 2g × ∑ yi × ρ i ÷ 379, 49 × 264,17205 i =3 6
4 G1P = 3 × 2 g × ∑ yi × ρ i ÷ m 3 d ......................(2.2) i =3
DondeF 2 g = Caudal de la corriene de gas medido a condiciones
es4ndar$ %MMpc&d' 3 = Consane de conversión( /$/5.//5,.+,5
%ara conocer la cantidad de masa# Nilogramos -Ng4 de $"%# se tiene que cambiar la densidad por el peso molecular ariar una constante en la Ecuación/2.2. "a ecuación resultante sería la siguiente. 1× 10
3
G1P =
379,49 × 2,2046226
4 y × PM ∑ i i ÷ i =3
× 2g ×
4 G1P = C × 2 g × ∑ yi × PM i ÷ [ 6g d ] .....................(2.3) i =3
DondeF PM i = Peso Molecular del componene !i" C = Consane de conversión( -$-/,)*0+-/+-
;ultiplicando la Ecuación/2.9 por el factor de conersión de Oilogramos a toneladas métricas -Tm4 se tieneF
39
4 G1P = # × 2 g × ∑ yi × PM i ÷ [ 7m d ] .....................(2.4) i =3
DondeF # = Consane de conversión( -$-/,)*0+-/+-8-9:+
CALCUL& +EL C&NTEN*+& +E GAS&L*NA NATURAL
n × 2 g × ∑ yi × ρ i ÷ G; = 379, 49 × 42 i =5 6
n G; = E × 2 g × ∑ yi × ρ i ÷ [ 3bl d ] ........................(2.5) i =5
DondeF E = Consane de conversión( *)$5.90.*.).)
(&+ER CAL&R*)*C& +EL GAS NATURAL5 ;uc+as negociaciones de enta de gas natural se +acen con base al %oder (alorífico del mismo# a que el precio total de la negociación dependerá de la cantidad de energía total que se enda# en AT'. Esta misma equialencia se utiliza en el contrato de compra/enta de gas natural firmado con el Arasil. Este %oder (alorífico está directamente relacionado con la riqueza del gas# por tanto cuanto maor sea la cantidad de elementos licuables 5
“#$e properties of petroleum fluids” # Pilliam D. ;c(ain# 8??6# %ág. 8@C/8?6.
40
que contenga el gas maor será el %oder (alorífico. ,l %oder (alorífico también se lo denomina “%otencia (alorífica”. El %oder (alorífico de un gas natural es la cantidad de calor producido cuando el gas es quemado completamente. Este alor generalmente es expresado en 'nidad Térmica Aritánica por pié c*bico de gas# AT'Jpc. "a industria petrolera utiliza cuatro ad5etios para describir el %oder (aloríficoF +*medo -Ket4# seco -dr4# superior -gross4# e inferior -net4. (uando se utiliza con el %oder (alorífico la palabra +*medo o seco se refiere a las condiciones del gas antes de su combustión. “H%medo” significa que el gas está saturado con apor de agua# aproximadamente 8#C3G olumen. ) “Seco” significa que el gas no contiene apor de agua. ,lgunas eces# el término totalmente seco es utilizado. "as palabras superior e inferior se refieren a la condición del agua de combustión después de producida la quema. El Poder &alorífico Superior # también llamado %oder (alorífico Total# es el calor desprendido
por la combustión completa a presión constante# condensando el apor de agua producto de dic+a combustión. El Poder &alorífico Inferior es definido similarmente# excepto que el agua de combustión permanece en fase apor a condiciones estándar. "a diferencia entre el %oder (alorífico Superior e 0nferior es el calor de aporización del agua de combustión. El alor frecuentemente utilizado en la industria petrolera es el poder calorífico superior -seco4. Esto se refiere a la combustión completa de un gas totalmente seco con el agua producida durante la combustión condensada +asta alcanzar el estado líquido. "as constantes físicasF %oder (alorífico Superior %oder (alorífico 0nferior# se presentan en la Tabla/,.9.8 de la sección ,&EM/, para los
41
componentes característicos del gas natural en términos de AT'Jpc de gas ideal a condiciones estándar. "os alores de dic+a tabla están dados en “base seca”. El %oder (alorífico de un gas ideal es calculado mediante la siguiente ecuaciónF n
Pcideal = ∑ yi × Pci ..........................................(2.6) i =1
DondeF Pci = Poder calorífico del componene !i"$ %37<&pc'
"a anterior ecuación puede ser utilizada para calcular el %oder (alorífico Superior o el %oder (alorífico 0nferior. En cualquiera de los casos# el alor debe ser conertido de un gas ideal +acia gas real a condiciones estándar. Esto se realiza diidiendo el poder calorífico ideal por el factor de compresibilidad del gas a condiciones estándar. Pc =
Pcideal ......................................................(2.7) z
DondeF z = Facor de compresibilidad del gas
El factor de compresibilidad de una mezcla gaseosa# a condiciones estándar -8=.7?7 psi 76 H14# puede ser calculado utilizando el factor “z” que corresponde a los componentes que interienen en la mezcla. "os mismos se encuentran en la Tabla/,.9.8 de la sección ,&EM/,. ,plicando la siguiente ecuación se determina este factor.
z = 1 − ∑ yi i
2
1− z i ÷ .....................................(2.8)
DondeF 42
z i = Facor de compresibilidad del componene !i"
El cambio del %oder (alorífico del gas ideal al gas real generalmente es menos de 6#3G normalmente es ignorado. El %oder (alorífico 0nferior Seco puede ser conertido a %oder (alorífico 0nferior <*medo aplicando Pchumedo
= ( 1 − 0, 0175 ) × Pc seco .........................................(2.9)
Donde 6#68C3 es la fracción molar del apor de agua saturado en el gas a condiciones estándar. El %oder (alorífico Superior Seco puede ser conertido a %oder (alorífico Superior <*medo medianteF Pchumedo
= ( 1 − 0, 0175 ) × Pcseco + 0, 9 .............................(2.10)
Donde 6#? da cuenta del calor liberado -AT'Jpcn4 durante la condensación del apor de agua# el cual estaba en el gas antes de la combustión.
43
