TECNOLOGIA DEL

GASNATURAL

RESUMEN

Este artículo presentaconocimientos, entre la academia y laexperiencia, propios de la ingenieríaaplicada al manejo del gas natural,atendiendo la realidad del pais y elinterés expresivo de los docentes yestudiantes de la Universidad Nacionalpor integrarlos en la actividad corrientede estudios, especializaciones,proyectos de grado, investigación deproductos, ingeniería de procesos ycontrol ambiental. Ilustra definicionesbásicas y los usos del gas dentro delmodelo de recuperación de productoslicuables y la masificación para usocomo combustible.

Incluye una guia de algunosproductos quimicos que derivan del gasnatural, no obstante que el destinohacia materia prima petroquimica,aunquedeseable, es secundario en lasprioridades de la estrategia establecidade aprovechamiento de las reservas

probadas de este valioso recurso de laeconomía nacional.

Por otra parte, expone variasnormas como algunos estándar ISOdisponibles en el ICONTEC que tratansobre especificaciones de calidad yensayos de laboratorio referidasespecialmente al transporte porgasoductos y distribución comercialpero aplicables a todas las etapas de laingeniería de los proyectos. Finalmenterecomienda bibliogrofia referente al gasnatural cuya disponibilidad enbibliotecas y laboratorios motivarfan laparticipación de las diversas carrerasde la Facultad de Ingeniería en lasactividades profesionales de estaindustria.

SUMMARY

This work presents technicalthinks to know, between academyandexperience, for applied engineering tohandling ofnatural gas. It is supportedon national reality and expressiveinterest from professors and students ofthis University, in order to integrate

Leonardo Latorre ChacónIngeniero Químico UIS

Magister en Administración EAFITEspecializado en RefUlación de

Petróleos y Gas NaturalUniversidad de Tulsa

Especializado en IngenieríaEconámica y Administración de Empresas/

Universidad de CaliforniaProfesor Asistente Departamemo

de Ingeniería QuímicaUniversidad Nacional de Colombia

them in dayly activities as scientificstudies, specializations, graduatedprojects, product research, processengineering and enviromental works. Itillustrates fundamental definitions andfuntional applications within the modelfor liquified product recovery andmassive usage asfuel gas.

It inc/udes a guidance to somechemical products derived from naturalgas, even desirable, it is of second levelin the implanted strategic hierarchy totake advantage of confirmed reserves ofthis valuable resource.

Moreover, it exposes various rulessuch as ISO standards that are avail-able at ICONTEC with regard to both,quality specifications and testsfortransporting natural by pipelines andcommercial supply system, but appli-cable for al/ stages of project engineer-ing.

Final/y, it recommends bibliogra-phy with regard to natural gas handlingand processing, wich availability atreference library and testing bench

would motivate Engineering Facultyteachers and students to participate inprofessional activitieswhich are properof this industry.

INGENIERIA DEL GASNATURAL

La ingenieria del gas natural es larama de la ingeniería que estudia lastransformaciones físicas y químicas aque se somete el gas natural paraobtener productos y servicios útiles alahumanidad; estudia también la forma enque se pueden elaborar esastransformaciones mediante un procesode transformación eficiente, así como eldiseño y la especificación de los equiposy aparatos con los cuales pueden llevarsea cabo esas transformaciones y la mejormanera de manejarlos y controlarlos.

Para ésto, la ingenieria del gasnatural se basa en los conocimientos queaportan entre otras, las ingenieríasquímica, mecánica, eléctrica, petróleos ysistemas. La toma de decisiones sinembargo, requíere además deconocimientos humanisticos deadministración y economia, para que larealización de estudios de factibilidadeconómica conduzcan a la consecuciónde soluciones óptimas, técnicas ysocioeconómicas.

CAMPO DE LAINGENIERIA DE GASNATURAL

Mediante la planeación de unproceso de aprovechamiento del gasnatural el ingeniero define laoportunidad que brinda el mercado deconsumo, determina el objetivo, yconsidera los recursos fisicos yhumanos, para luego diseñar ydesarrollar la tecnología de lainstalación.

pesados) de 95 ce / m3 de gas (0.7 gall1.000 PCE de gas). La riqueza de un gasnatural, conociendo la composiciónquímica, puede determinarse utilizandolos datos de equívalente de vapor porunidad de volumen líquido de cadacomponente hidrocarburo.Sencillamente, multiplicando la fracciónmolar de cada componente por elequivalente de vapor a líquido ysumando, debido a que es una propiedadaditiva. En caso de un proyecto quecontemple la recuperación de etano del

gas natural, debeincluirse el etano enel cálculo anterior.Incluído el etano, elgas es clasificadorico si el valor delicuables es 2.0 omás galones delíquido por 1.000PCE de gas. Eltérmino «húmedo»en la industria delgas natural, adiferencia de la

DEFINICION DE GASNATURAL

Corriente gaseosa compuesta poruna mezcla de hidrocarburos y nohidrocarburos. Los hidrocarburos sonlos parafínicos que incluyen el metano,etano, propano y otros hidrocarburosmás pesados que a condicionesatmosféricas son gaseosos. Los nohidrocarburos los representan algunosgases inertes tales como nitrógeno ydióxido de carbonoal igual quepequeñas cantidadesde otroscomponentes talescomo ácidosulfhídrico, helio,oxígeno y el vaporde agua.

CLASES DEGAS NATU-RAL

Hay diferentesclases de gas naturalsegún el aspecto aconsiderar.

Gas Acido:cuando el gascontiene más de 6mglm3 (0.26 grano/100 PCE) desulfuro dehidrógeno y GasDulce cuando elcontenido de esecompuesto esmenor de 6.

La ingenieríadel gas naturales la rama de laingeniería queestudia lastransformacionesfisicas y

industria del aire, nosignifica contenidode agua.químicas a que

se somete el gasnatural paraobtenerproductos yservicios útilesa la humanidad.

Gas Seco:cuando el contenidode hidrocarburoslicuables es menor de2.0 galones por milpies cúbicos de gas,incluido el etano, omenor de 0.7incluido propano ymás pesados.

Gas Asocia-do: es un gas produ-cido junto con el

petróleo y separado de él; yGas Rico o Húmedo: es un gas

que contiene una cantidad significativade componentes más pesados que eletano (generalmente expresado comocontenido de propano y más

Gas Libre: aquél producido sinpetróleo crudo. La gran parte del gasnatural del Valle Medio del Magdalenaes gas asociado; mientras que el gas

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natural de la zona del Caribe, como elgas de la Guajira, el gas de Guepajé yAyombe, pertenecen a la clase de gaslibre.

Gas de CondensaciónRetrógrada (contrario a lo normal):es aquel gas del cual condensa líquidocuando es sometido a disminución de lapresión o al aumento de temperatura.

USOS DEL GASNATURAL

disolventes y extracción de aceitesvegetales.

Materia prima petroquimica.

COMBUSTIBLEDOMESTICO, COMERCIALE INDUSTRIAL

El gas natural es distribuido comoun combustibleportuberia desde lasfuentes de producción hasta el domicilio

aunque hacia algunasciudades apartadas 10transportan presionado

El gas natural tienemúltiples usos:

En los propioscampos petrolíferos 10utilizan para fines demantenimiento depresión de losyacimientos,levantamiento artificialdel petróleo de lospozos productores ycombustible deconsumo interno.

Las reservasde gas

confirmadas,que en 1993estaban en

3.800 Giga piescúbicos, ahorallegan para elPlan Nacional

en cilindros.

En el plan de gasnacional, el sistemaprincipal de transporteestá constituido por ungasoducto central quese extiende desde laGuajira hasta el Huila ycuatro gasoductostransversales que desdela troncal proveerán adiversas regiones delpaís.

a los doce milcuatrocientosochenta y dos(12 482) Gigapies cúbicos.

Combustibledoméstico, ventajoso enlos artefactos queincluyen estufas(cocinas)y hornos,lavadoras, secadoras,calentadores de pasopara el agua, aparatos deaire acondicionado.

El primero es elde la Costa Atlántica,desde Ballena hasta eldepartamento deCórdoba, ya construi-

do y en operación hace 20 años. Elsegundo es el ramal de Barrancabermejaa Bucaramanga. El tercero, el ramal deSebastopol, frente a Puerto Berrio, aMedellín. Por último, la conexión desdePuerto Salgar hasta el Viejo Caldas y elValle del Cauca, conocido comosubsistema de Occidente.

Combustible industrial, generadorde calor y potencia, en hornos, calderasy motores a gas estacionarios.

Generación y cogeneracióneléctrica en motores y turbinas a gas, deciclos sencillo y combinado.

Obtención de derivados líquidosincluidos etano, gas licuado del petróleo(GLP o gas propano) y gasolina naturalpara obtención de bencina industrial,

El sistema principal locomplementa la conexión desdeVasconia (Puerto Boyacá) y desde losCampos de Cusiana y Apiay conBogotá.

Las reservas de gas confirmadas,que en 1993 estaban en 3.800 Giga piescúbicos, ahora llegan para el PlanNacional a los doce mil cuatrocientosochenta y dos (12 482) Giga piescúbicos. Incluyen el gas de Cusiana yCupiagua (3600) YVolcanera (5.000datos preliminares). No estánincluidasen estas cifras los recientesdescubrimientos de Floreña y Pauto, enCasanare, y las reservas de Opón, campoque comenzará a explorar próximamentela compañía Amoco.

COMBUSTIBLEAUTOMOTOR

El gas natural se utiliza comocombustible en transporte automotor, aalta presión, como sustituto de lagasolina. Sunúmero octano en elintervalo de 105-130 indica las mejorescalidades antidetonantes, por encima dela gasolina extra. Sin embargo, el menornúmero de átomos de carbón de suscomponentes hidrocarburos,comparados con la gasolina, permitenutilizarlo solamente en terrenos planos.

RECUPERACION DELIQUIDOS DEL GASNATURAL

La licuefacción parcial del gasproduce un condensado o gasolinanatural cruda la cual es fraccionada enlas mismas instalaciones en líquidos quecumplan especificaciones del mercado.

La refrigeración reduce latemperatura con el fin de promover lacondensación. Puede lograrse de variasformas:

1. Combinando compresión delgas natural y posteriorrefrigeración con propano.

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2. Absorción de los componenteslicuables en un aceiteabsorbente (kerosene oequivalente), refrigerandosimultáneamente el gas decarga y el aceite utilizandopropano.

3. Fluyendo el gas natural a travésde un turboexpansor.

4. Fluyendo el gas natural,previamente enfriado orefrigerado, a través de unaválvula de expansión o unchoke de producción.

El equipo de compresión, ambos,recíproco y centrifugo, son ampliamenteusados para manejar el gas natural. Lasprincipales consideraciones son lacantidad de etapas de compresión segúnla relación de compresión, la potenciatotal a consumir y la cantidad de estapotencia que es transferida al gas deproceso.

El uso del ciclo de refrigeración hallegado a convertirse en una prácticanormal en la industria del gas natural. Yel avance en esta tecnología ha permitidola recuperación de etano, en plantasconsideradas prácticamente criogénicas,para suplir la demanda en laproduccióndepolietileno. La necesidad deintercambio de calor con temperaturasde aproximación bastante estrechas,grandes cantidades de áreas y minimascaídas de presión, ha exigido el uso deintercambiadores de calor distintos a losconvencionales de tubo y carcasa, comolos modelos de caja Linde y similares.

La carga o cantidad derefrigerante, la potencia de compresión,la inserción de economizadores y laprevención de hidratos, todos afectadospor la baja temperatura deseable aalcanzar, constituyen los principalesesfuerzos de la ingeniería.

El proceso de absorción,dependiendo de la temperatura (-30grados F hasta temperatura ambiente)ypresión (100 - 900 psia) utiliza un aceiteabsorbente de peso molecular (100-180)bastante superior al peso molecular (20-26) del gas natural de carga.

El método común de expresar lacantidad de aceite absorbente es engalones de aceite por 1.000 PCE de gasy calcularla mediante la siguienteigualdad:

G =A * k * M /(3.16 * d )

Donde:

G= galones de aceite absorbentepor 1.000 PCE de gas

A= factor de absorciónk = constante de equilibrio,

aproximadamente = P / PtM=peso molecularg = densidad relativa del aceite

absorbenteP =presión de vaporPt= Presión de operación del

absorbedor

El aceite rico (mezcla del aceiteabsorbente con los componentesremovidos del gas natural) es luegosometido a la estabilización retirando elmetano y el etano en exceso absorbidos.Luego, el aceite rico continúa aldespojo de los componentes removidosdel gas. El fraccionamiento pordestilación junto con despojo porviahúmeda utilizando vapor de agua, es elmétodo comúnmente seleccionado.

La expansión del gas natural es elproceso inverso a la compresión. Losmedios usados son los turboexpansoresde gas, las válvulas de expansión y loschokes de producción. Si el gas naturales expandido a través de una turbina elcambio de temperatura por unidad decaída de presión, aumenta y un trabajoútil puede obtenerse y disponerlo comofuente de energía para recomprimirunaparte del mismo gas de proceso, generarcorriente eléctrica, accionar bombas yotros usos.

La expansión a través de válvulases un proceso isoentálpico Mf=O ,conocido como el proceso Joule-Thompson. No es posible la realización

El uso del ciclo de refrigeración ha llegado aconvertirse en una práctica normal en la

industria del gas natural. Y el avance en estatecnología ha permitido la recuperación de etano,

en plantas consideradas prácticamentecriogénicas, para suplir la demanda en la

producción de polietileno.

En la determinación de la cantidadde aceite absorbente es necesario decidirqué proporción de cierto componenteliviano, por 10 general propano, esdeseable en la gasolina natural cruda ydeterminar el factor de absorción y laconstante de equilibrio para emecomponente.

de un trabajo y la reducción detemperatura causa la liquefacción parcialdel gas natural.

Independiente de por qué procesolos componentes licuables hayan sidoremovidos del gas natural, loscondensados o gasolina natural cruda es

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sometida a fraccionamiento, tambiénconocido como estabilización, de talforma que los productos finalessatisfagan las especificaciones decalidad.

El número de columnasfraccionadoras depende del número deproductos finales y de la característicade la gasolina natural cruda que sirve decarga. El sistema de una sola torreobtiene por la corriente de fondo unproducto en especificaciones, conloscomponentes restantes de la cargasaliendo por la cima. Este tipo defraccionador es el preferído cuando lagasolina natural o condensadosestabilizados son mezclados al petróleocrudo, en tanques de almacenamiento oentrando a la tubería del oleoducto, ovendida a un consumidor directamenteen carrotanque.

El sistema de dos torres es tipico,una para desetanizar la carga y otra paraproducir una mezcla de propano ybutanos o GLP por la cima y gasolinanatural estabilizada por el fondo.

El sistema de tres torres esempleado para obtener los tresproductos: propano comercial, butanocomercial y gasolina natural. Esconveniente cuando el objetivo de lasinstalaciones incluye la obtención delbutano comercial con destino al procesode alquilación para producir el·alquilatode la gasolina de aviación.

MATERIA PRIMAPETROQUIMICA

La siguiente es una guia dealgunos ejemplos de los derivadosquímicos a partir del gas natural.

El gas natural, por suscomponentes hidrocarburos, empleandoprocesos de deshidrogenación, pirólisis y

La consolidacióndel sistema

termoeléctrico estápermitiendo al país

resolver elproblema de

racionamiento deenergía ocasionadoen los sistemas de

plantashidroeléctricas, de

excesivadependencia de las

condicioneshidrográficas y

meteorológicas parasu funcionamiento.

similares permite obtener etileno, propi-leno, butileno e isobutileno.

El etileno es materia prima paralos procesos de obtención de polietileno;etanol y etil mercaptanos; alfa alcoholesy eteres de etilen glicol; acetaldehido,ácido acético, lisina y vinil acetato;óxido de etileno, etilen glicol, ácidooxálico; etanol aminas y etilen diaminas;el óxido de etileno mezclado conalcoholes secundarios conduce a losetoxilatos; cloruro de vinilo y cloruro depolivinilo; y cloroetileno.

La mezcla de etileno ypropilenoes materia prima en procesos deobtención de cauchos.

El propileno 10utilizan comocarga en la producción depolipropileno;isopropanol, acetona y metil isobutilcetona; a1i1 alcohol y glicerina; ácidoacrilico, etil acrilato y ésteres acrilicos;óxidos de propileno; butiraldehido yetilenhexanol; acrilonitriloyadiponitrilo, y éste mezclado con ácidoadipicoproduce hexametilendiamina

El butileno alimenta los procesosde producción de butanol secundario; yel isobutileno, los procesos de obtenciónde ácido metacrilico y metil metacrilato;butanol terciario; poliisobutileno yneoácidos.

El proceso de reformado convapor de agua a alta presión, del gasnatural previamente desulfurizado, enpresencia de niquel como catalizador,produce el denominado gas de sintesisque contiene hidrógeno y óxidos decarbono al igual que un 20% de metanoresidual.

Del gas de síntesis asi formado, elhidrógeno es actualmente utilizado en lahidrogenación de gasóleos y destiladospara bases lubricantes, en los procesosdel Complejo Industrial de Refinación yPetroquímica de Ecopetrol enBarrancabermeja. Y por la industria defertilizantes en la obtención deamoníaco.

El gas de síntesis, mezclado congas natural fresco y desulfurizado, puedeservir de carga a un posterior reformadocon oxígeno, produciendo metanol.

Por una parte, del amoníacoderivan aminas, úrea, ácido nítrico ynitrato de amonio.

ypor otra, del metanol derivanfonnaldehido, metilformato, cloruro demetilo, etanol, anhidrido acético y metilaminas.

INSTALACIONESTERMOELECTRICAS

La consolidación del sistematermoeléctrico está permitiendo al paísresolver el problema de racionamientode energia ocasionado enlos sistemas deplantas hidroeléctricas, de excesivadependencia de las condicioneshidrográficas y meteorológicas para sufuncíonamíeato.

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Las recientes plantastermoeléctricas de Las Flores, enBarranquilla, para generar 250 MW,donde se realiza la combustión de gasnatural proveniente de La Guajira;Gualanday, en el Tolima, consumiendogas natural de los campos de SanFrancisco y Montañuelo, y latermoeléctrica de Ocoa en Villavicencio,donde se realiza la combustión de gas deApiay y Cusiana, muestran el desarrolloenergético nacional con fundamento enel gas natural.

Estas centrales termoeléctricas dealta tecnología, operan en ciclocombinado. Consisten en laturbo generación de vapor, con todas lasoperaciones auxiliares de generación conrecuperación de calor de los gases decombustión del gas natural del ciclosencillo, y condensación de superficie.En este paso se llega a obtener unaeficiencia del combustible del 48 porciento en comparación con otrasinstalaciones en las cuales este indicealcanza sólo un 32% como nivelmáximo.

La generación de 250 MWconsume 28 millones de pies cúbicos degas natural y la movilización de 53 milgalones por minuto de agua.

El agua utilizada, proviene debocatomas localizadas en los ríos delárea de influencia; el agua llega a laplanta y es sometida a los procesos deadecuación para generación de vapor,que incluye las operaciones defloculación, dosificación de quimicos,desmineralización y filtración con carbónactivado.

GAS NATURALY CONTROLAMBIENTAL

El control de estas emisionesgaseosas puede ser confirmado porfirmas especializadas en realizar este tipode estudios sobre las emisiones de gasestóxicos a la atmósfera. Estas firmasespecializadas expiden un documentoque certifica los resultados de losestudios realizados.

En las instalaciones del gas naturalaplican las modernas tecnologías decontrol ambiental de emisiones de gasesa la atmósfera, de acuerdo con lasnormas del Ministerio del MedioAmbiente.

CONTROL DECALIDAD

La inyección de vapor a la turbinageneradora de energía eléctrica ya lasteas hace que se reduzcan las emisionesde óxido nitroso (NOx), llevándolos a unvalor muy por debajo de las regulacionesmantenidas por las autoridadescompetentes.

Entre las normas de calidadsobresalen las aplicables al transporte degas natural por gasoduetos referente alas especificaciones que debe cumplir elgas natural y las pruebas que lassoportan en el momento de la entrega aldueto:

ESPECIFICACIONES SI SU

Contenido de agua máximo 97mg!m3 6Lb/MPCE

Contenido de dióxidode carbono máximo 4%vol 4 % vol

Contenido de nitrógeno 3 % vol 3 % vol

Contenido de oxígeno1 % vol 1 % volmáximo

Contenido de ácidosulflúdrico máximo 6mg/cm3 0.25 grano I 100 PCE

Contenido totalde azufre máximo 23 mg/m3 1 grano I 100 PCE

Contenido de inertes máximo(dióxido de carbono,

5 % volnitró geno y oxígeno) 5 % vol

Contenido de hidrocarburos Cricondentérmicolíquidos fijado para cada caso idem

Poder calorífico brutomínimo 35.4MJ 1m3 950 BTU I pie3

Poder calorífico brutomáximo 42.8MJ/m3 1150 BTUlpie3

Temperatura de entrega49 "C 120 grados Fmáxuna

Temperatura de entrega4.5 -c 40 grados Fnnmma

Libre de gomas, polvos y material en suspensión

11'~~~ _. INGENIERIA E INVESTIGACION

Todos los datos referidos a metrocúbico o pie cúbico de gas son acondiciones estándar, es decir a 101.3kPa (14.6960 psia) y 15.6 -c (60 gradosF).

TOXICIDAD

La presencia de sulfuro dehidrógeno y monóxido de carbonocomunican el carácter tóxico al gasnatural. El sulfuro de hidró geno es ungas incoloro, tiene olor desagradable,

1. La presencia desulfuro de hidrógeno ymonóxido de carbonocomunican el caráctertóxico al gas natural.

2. Las concentracionespermisibles de sulfurode hidrógeno son de 10partes por millón departes de aire paraexposición controlada.

3. La concentraciónmáxima permisible demonóxido de carbonoen el aire es de 50partes por millón.

extremadamente venenoso, tan mortalcomo el cianuro de hidrógeno. Por otraparte, el monóxido de carbono es un gasincoloro e inodoro, inflamable yprodnceacción tóxica sobre la sangre; el manejode este gas debe hacerse en áreas muybien ventiladas y usar filtro para CO.

Las concentraciones permisiblesde sulfuro de hidrógeno son de 10partespor millón de partes de aire paraexposición controlada.

En el rango de 70 a 150 partes pormillón de partes de aire, el sulfuro dehidrógeno causa sintomas ligerosdespués de exposición de varias horas.

Entre 150 a 300 es laconcentración que puede ser inhaladadurante una hora sin consecuenciasserias.

Valores entre 300 y 500 sonpeligrosos después de exposicióndurante 30 minutos a una hora. Y entre500 y 800 partes de sulfuro dehidrógeno por millón de partes de airees fatal en exposición de 30 minutos omenos.

La concentración máximapermisible de monóxido de carbono enel aire es de 50 partes por millón.

COMPOSICIONQUIMICA

Mediante el análisiscromatográfico llega a determinarsequé componentes están presentes en elgas natural y en qué proporción. Estainformación suministra los datos paraconocer la calidad del gas, elcumplimiento de las especificacionespara su transporte por gasoducto s y laspropiedades para adelantar el diseño oingeniería de las instalaciones deprocesamiento del gas.

El método para determinar lacomposición química del gas natural porcromatografía de gas está regido por lanorma ISO/CO 10715.

La determinación del contenido desulfuro de hidrógeno, dióxido de

carbono, azufre, nitrógeno y oxigeno enel gas natural mediante cromatografía degases sigue la norma ASTM 0-1945.

PODER CALORIFICO

Al producirse la combustióncompleta del gas natural, que cumpla lasespecificaciones de la tabla anterior,entrega una cantidad de.calor bruta(poder calorifico superior) que oscilaentre un mínimo de 35.4 y 42.8 MJ/m3(950 y 1150 BTU/pie3) en uncalorimetro de laboratorio o en sistemaque logre retomar los productos decombustión a la temperatura de losreactantes (gas natural y oxígeno delaire)en su estado gaseoso a excepcióndel agua formada en el proceso decombustión. En otros términos, laconsideración de un sistema en que hayla condensación completa del vapor deagua de los gases de combustión.

Sin embargo, en las instalacioneso sistemas prácticos de combustióncompleta de una cantidad de gas, el aguaresultante de la combustión permaneceen estado de vapor como los demásproductos de la combustión. Al diseñarloy calcular el consumo de gas combus-tible, es necesario descontar el calorlatente (aproximadamente 100 BTU/pie3) de vaporización del agua, dedonde resultan los valores de podercalorifico neto (inferior).

El método para determinar elpoder calorifico bruto está regido por lanorma ASTM 0-3588. La especificaciónde poder calorifico la establecen con el[m de satisfacer los requisitosenergéticos del consumidor a un costocomercialmente aceptable y quedaconvertida en parte integral del negociode transporte y distribución de gasnatural y en algunos contratos decompraventa

_____ ~~~II·INGENIERIA E INVESTIGACION .

CONTENIDO DE AGUA

El contenido de agua en el gasnatural se determina por el método KarlFisher según la norma ISO 10101.

La especificación de contenido deagua en el gas natural es necesaria paraprevenir la condensación de agua libre yla formación de hidratos en losgasoducto s y en general en las plantas deproceso principalmente en las queoperan a bajas temperaturas. Seestablece como la masa de agua porunidad de volumen de gas, presente enéste.

El gas natural al extraerse delsubsuelo y llevarlo a lo superficie tieneuna capacidad para soportar aguaconocida como contenido de agua desaturación. La cantidad de agua desaturación depende de la composiciónquímica del gas o en otros términos de ladensidad relativa (gravedad especifica),así como de la presión y temperatura deflujo de la corriente gaseosa.

Las condiciones que determinan elmáximo contenido de agua son lamáxima presión de operación de la líneao del proceso y la temperatura mínima ala cual puede estar sometida la corrientede gas.

Un medio índirecto de expresar elcontenido de agua es a través de latemperatura o punto de rocio de agua.Representa la temperatura a la cual, auna presión dada, aparece una cantidadinfinitesimal de agua líquida.

En el diseño de la mayoría de lossistemas es necesario prever la remociónde agua y prevención de hidratos. Elhidrato es un sólido pero de estructuradiferente al hielo el cual es de estructurasólida cristalina; es una forma decompuesto químico que puede existir enforma estable pero no es el resultado de

una verdadera reacción quimica de lasmoléculas que íntegran el hidrato.

El hidrato es como un enrejadocon una serie de espacios abiertos ohendiduras. Puede ser un sólido establesi estos espacios los llenan las moléculasde gas. Los espacios o íntersticiospueden acomodar moléculas de metano,etano, propano, sulfuro de hidrógeno,dióxido de carbono y moléculas que seande tamaño similar al de estoscompuestos. Técnicamente, ningúncompuesto molecular más grande que elisobutano puede acomodarse. Por talrazón, los hidratos más conocidos sonlos de metano (CH.6HO), etano,propano y butano normal. Loscomponentes hidrocarburos restantes noforman hidratos pero, si están presentes,aumentan la tendencia de aquellos yanombrados a formarlos. Cuando en elhidrato adicionalmente está presente eldióxido de carbono, recibe el nombre dehidrato triple y equivale a grandesdificultades operacionales de lossistemas.

Con el fin de diseñarinstalaciones deprocesamiento o

satisfacerespecificaciones decomercialización delgas y transporte por

gasoductos esnecesario determinar

el contenido dehidrocarburos

licuables.

Los glicoles y alcoholes ínhiben laformación de hidratos cuando sonínyectados al gas natural enproporciones adecuadaspredeterminadas. A veces, la solaínhibiciónno es suficiente y el diseñopuede exigir la deshidratación del gasnatural. Algunos procesos usan ladeshidratación por absorción con glicolo metanol o la adsorción con tamizmolecular, alúmina o carbón activado.

CONTENIDO DEHIDROCARBUROSLICUABLES

Con el fin de diseñar ínstalacionesde procesamiento o satisfacerespecificaciones de comercialización delgas y transporte por gasoducto s esnecesario determinar el contenido dehidrocarburos licuables. Una de lasespecificaciones comunes es latemperatura o punto de rocío máximode hidrocarburo.

El punto crícondentérmico es lamáxima temperatura de punto de rociopor encima de la cual no existen dosfases. Representa la temperatura a lacual, a una determinada presión, seproduce la condensación de loshidrocarburos; o sea, la temperatura a lacual, a una presión dada, comienzan acoexistir dos fases.

La especificación del puntocrícondentérmico fija la temperaturalímite de punto de rocío(crícondentérmico) del hidrocarburo. Esla temperatura a la cual se forma laprimera gota infinitésima dehidrocarburo líquido de la mezclagaseosa y depende de las condiciones deoperación del gasoducto.

El método teóríco, deaproximación o prueba y error, paracalcular el punto de rocío de

hidrocarburo involucra determinar lapresión de convergencia, suponerunatemperatura yen complemento con lapresión de flujo, leer los diferentesvalores de la constante de equilibriopara cada componente de la mezcla.Finalmente deterininar la sumatoria delos valores y / k Ycuando ésta sea iguala uno (l.0), entonces, la temperaturasupuesta corresponde a la temperaturade rocio; y es la fracción molar de cadacomponente en la mezcla gaseosa.

La presión de convergencia es lapresión a la cual todos los valores de laconstante de equilibrio k convergen a launidad, a la temperatura del sistema. Unmétodo para deterininar los valores deconstantes de equilibrio k para cada unode los componentes del gas natural sonlas gráficas del manual GPSA(sigla inglesa de gas processor supplyassociation) .

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