basico de gas natural

PROFESOR: Ing. Giovany Bracho Asignatura: Ingeniería de Gas

Básico de Gas Natural Hidrocarburos estables: Metano, etano, propano, iso-butano, nornal-butano. Iso-pentano, normal-pentano, y heptano, etc; en algunos casos se puede detectar hasta dodecano (C12). Impurezas o no hidrocarburos: Vapor de agua, Nitrógeno, Monoxido de Carbono, Dióxido de Carbono, Sulfuro de hidrógeno, Dióxido de Azufre, Mercaptano, Sulfuro de carbonilo y helio, etc Gas saturado: Es un gas natural que contiene el máximo de vapor de agua que puede absorber dicho gas, a una determinada presión y temperatura. Definición de gas: Un gas se define como un fluido de baja densidad y viscosidad que no tiene un volumen definido, pero se expande completamente llenando el recipiente que lo contiene. Gas Natural: Es una mezcla de hidrocarburo gaseoso, producidos por la transformación lenta de la materia orgánica vegetal y animal. Esta formado por los miembros más volátiles de la serie parafinica de hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de etano, propano y butano y finalmente, puede contener cantidades muy pequeñas de compuestos más pesados. Además es posible conseguir cantidades variables de gases no hidrocarburos, como, CO2, H2S, N2 He y H2O. Y por ultimo Arena. Gas condensado: Es una mezcla de hidrocarburos parafínicos livianos, que se mantiene líquida a condiciones de yacimiento, pero a condiciones ambientales su estado es gaseoso. Gas libre: Se encuentra en formaciones porosas, asociado solo al agua de formación, aunque tradicionalmente por razones puramente comerciales se considera gas libre a aquel gas que está asociado a hidrocarburos líquidos en una relación de: un barril o menos, de líquido por cada cien mil pies cúbicos

normales de gas (RGP 100.000). Comportamiento ideal: El gas ideal o perfecto se define como el gas cuyo volumen se reduce a la mitad cuando la presión de duplica manteniendo la temperatura constante o cuya presión se duplica si manteniendo la volumen constante duplicamos su temperatura absoluta.


Teoría Cinética de los gases: Esta teoría enuncia que un gas está compuesto de un gran número de partículas llamadas moléculas, para un gas ideal el volumen de esas moléculas es insignificante comparado con el volumen total que ocupa el gas. También se asume que esas moléculas no tienen fuerza de atracción ni de repulsión entre ellas, además, que todas las colisiones o choques son perfectamente elásticas. Basados en esta ley se deriva una expresión matemática llamada ec. De estado que expresa la relación existente entre Presión, Volumen y Temperatura (PVT). Esta relación se conoce como ley del gas ideal. Matemáticamente se expresa: PV = nRT; Donde: P; Presión del sistema, Lpca. Atm V; Volumen del sistema, Pie3. L n; Número de moles, Lb-mol. Mol T; Temperatura del sistema, ºR. ºK R; Cte universal de los gases R= 10.73 (Lpca pie3)/(Lb/mol ºR) R= 0.082 (atm L)/(mol ºk)

Ya que M= 𝑚

𝑛 entonces PV=

𝑚

𝑀 *RT

ρg = 𝑚

𝑉 Entonces ρg =

𝑀𝑃

𝑅𝑇

Donde: M: Peso molecular, Lbs/Lb-mol.

ρg = Densidad del gas Lbs/PC.

Vol especifico =V/m = RT/(PM)

g = (ρg / ρaire)P,T = Mg/Maire

Componentes: se compone de la serie de los hidrocarburos parafínicos: Metano, etano,……, propano,…, e impurezas. Formula química: CnH2n+2 Para n=1 CH4 Metano C1 Para n=2 C2H6 Etano C2 C 7+ seudo componente, mezcla de compuestos.


Clasificación: un gas se puede clasificar:

Según su origen: Gas asociado: Se encuentra en formaciones geológicas consolidadas o no, asociado al petróleo de formación, o bien en la parte superior del yacimiento. Se le llama RGP a la relación matemática de pies cúbicos de gas a condiciones normales por cada barril de petróleo producido

Gas no asociado o libre: es aquel que se mantiene en estado gaseoso durante su vida productiva y no depende de una fase liquida

Según su riqueza: Gas rico: Es un gas natural con alto contenido de compuestos pesados en forma gaseosa ( C3+) y por lo tanto con alto poder calórico. De él se puede obtener cantidades apreciables de hidrocarburo liquido a cond. Normales.

Gas pobre: Es un gas natural con alto contenido de metano (C1), por encima del 85% y por lo tanto bajo poder calorífico. Por lo tanto no se obtiene cantidades apreciables de hidrocarburo líquido, se mantiene en fase gaseosa durante su vida productiva.

Según su contenido de Liquido: Gas seco: Es un gas natural que solo contiene hidrocarburos en forma gaseosa,

por lo general tiene un alto porcentaje de los hidrocarburos livianos. C1, C2. Por

lo tanto no contiene cantidades apreciables de vapor de agua (<= a 7 Lbs

de H20/mmpcn).

Gas húmedo: Es un gas natural que contiene compuestos pesados en

forma de neblina (liquido) o cantidades apreciables de vapor de H2O

Según su acidez: Gas agrio: es aquel que contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrógeno y por lo tanto es muy corrosivo.

Gas dulce: Es un gas natural sin contenido de impurezas ácidas de Co2, H2S,

etc. aunque comercialmente se acepta hasta 0.25 granos/100 pcn, (1 lb = 7000

granos).

Según su almacenamiento: GNL: Compuesto predominantemente por metano, que ha sido licuado por enfriado a Patm, para facilitar su transporte y almacenamiento y su posterior comercialización.

GNC: Gas natural. Pobre almacenado a alta presión en estado gaseoso en

un recipiente utilizado como combustible.


Según su almacenamiento: Gas licuado de petróleo (GLP): Es una mezcla de hidrocarburos en estado líquido, formada especialmente por propano y butano, que se mantiene líquida a temperatura ambiental y presiones moderadas (> 200 lpcm), pero a condiciones ambientales es un gas. Gasolina Natural (GN): Es una mezcla de hidrocarburos pesados, entre

pentános y heptano, que se mantiene líquida a condiciones ambientales,

estos hidrocarburos se obtienen del gas natural

Gas Natural Liquido (GNL) :Es un gas natural licuado, que se mantiene

en éstas condiciones a presión atmosférica y –162 °C , ocupando un

volumen 600 veces menor, generalmente es un gas pobre con alto

porcentaje de metano

Otros componentes de naturaleza acida son: el sulfuro de carbonilo (COS) el cual es un compuesto inestable, corrosivo y toxico que se descompone en CO2 y H2S; los mercaptanos de formula general RSH, donde los más comunes son el metil y etil mercaptano reconocibles por su fuerte olor y poder corrosivo

Presión de operación (Pop): Es la presión a la cual se está llevando a cabo el proceso. Presión critica ( Pc): Es la menor presión a la cual no se puede licuar un gas por mas que se baje la temperatura

Presión reducida (Pr): Es la relación entre la presión de operación y la presión crítica, Temperatura de operación (Top): Es la temperatura a la cual se está llevando a cabo el proceso. Temperatura critica (Tc) : Es la máxima temperatura a la cual no se puede licuar un gas por mas que se suba la presión.

Temperatura reducida (Tr): Es la relación entre la temperatura de operación y la temperatura crítica. Punto de rocío (Trocio): Es la temperatura a la cual comienza a condensarse el vapor de agua presente en el gas, cuando la temperatura está declinando a presión constante.


Fluido multicomponentes

Debido a que el gas natural es una mezcla de componentes de hidrocarburos. Las propiedades físicas y químicas pueden ser calculadas de las propiedades físicas y químicas de cada componente en la mezcla, utilizando regla de mezcla apropiada, por lo que la composición del GN se expresa en términos de: fracción molar, por peso y volumen. Fracción molar: La fracción molar de un componente en particular (i) se define como El numero de n moles de gas de ese componente dividido para el número total de moles de todos los componentes de la mezcla. Fracción por molar:

Yi= 𝑛𝑖

𝑛𝑡 =

𝑛𝑖

∑ni .

Fracción por peso:

Wi = = 𝑚𝑖

𝑚𝑡 =

𝑚𝑖

∑mi

Fracción por volumen:

Vi = = 𝑉𝑖

𝑉𝑡 =

𝑉𝑖

∑Vi .

Es conveniente en muchos cálculos de ingeniería convertir de fracción por

peso a molar y/o viceversa. El procedimiento es el siguiente: Yi Wi

MEZCLA DE GASES Paso 1. n= 1 Lbmol Paso 2. yi = ni

Paso 3. Ya n = 𝑚

𝑀 mi = Yi * Mi

Paso 4. Wi = 𝑚𝑖

∑mi =

𝑌𝑖∗𝑀𝑖

∑𝑌𝑖Mi

Similarmente:

Yi = 𝑊𝑖/𝑀𝑖

∑Wi /Mi =


Regla de mezclas:

Regla de Kay:

Mg = ∑(Yi

Mi) ; sPc = ∑Yi ∗ Pci ; sTc = ∑Yi ∗ Tci

Regla de Stewart-Burkhardt-Voo:

sPc= 𝑠𝑇𝑐

𝐽 J=

1

3 ∑Yi *

𝑇𝑐𝑖

𝑃𝑐𝑖 +

2

3 ∑Yi *(

𝑇𝑐𝑖

𝑃𝑐𝑖)1/2 2

sTc= K2

𝐽 K=

∑𝑌𝑖Tci

(Pci )1/2

Condiciones critica del C7

+

sPc C7+ =1188 - 431Log(MC7 -- 61.1)+[2319 - 852Log(C7

+ --53.71)] (δC7+ - 0.8)

sTc C7

+= 608-364 Log(MC7+ -- 71.2) + { 2450Log(C7

+ -- 3800)} * Log(δC7+ )


Tabla de propiedades física de componentes de un gas Gpsa

Figura 23-2 Pagina 23-2, 23-3, 23-4 del GPSA


Condiciones Seudocríticas de un gas natural a Través de su gravedad específica. Gas natural:

sTc= 168 + 325 δg - 12.5 δg2

sPc= 677 + 15 δg - 37.5 δg 2

Gas Condensado:

sTc= 187 + 330 δg - 71.5 δg 2

sPc= 706 - 51.7 δg - 11.1 δg

δg= gravedad especifica del gas


GAS TÍPICO POR ZONA

COMPOSICON GENERAL DE UN GAS


COMPORTAMIENTO DE UN GAS REAL

Comportamiento real de un gas : Las moléculas de los gases reales presentan dos tendencias; Se apartan entre si por su constante movimiento cinético y se atraen por las fuerzas eléctricas existentes entre ellas. A P y T bajas las moléculas están distantes haciendo estas fuerzas insignificantes por lo que el gas se comportaría de una manera ideal. Básicamente la magnitud de la desviación de los gases reales de la condición de gas ideal aumenta con incrementos de P y T y varía significativamente con la composición. Para expresar una relación más exacta entre las variables P, V y T, se introduce un factor de corrección llamado: simplemente Factor de compresibilidad denotado con la letra Z. PV=nZRT, donde Z es una cantidad adimensional con lo cual se corrige el comportamiento de los gases para ajustarlo a las condiciones reales o actuales y expresa como realmente se comportan los fluidos compresibles y se define como la relación del Volumen real de n moles de gases a P y T entre Volumen ideal del mismo número de moles a la misma P y T.

Z= 𝑽𝒓𝑽𝒊

; para un gas ideal; Z=1.

Para un gas real 0 < Z < ó > 1, un rango común; 0.6 < Z <= 1.3. Determinación experimental de Z: El valor de Z a una P y T dada puede ser determinada experimentalmente midiendo el Vr de alguna cantidad de gas y resolviendo la ecuación anterior. Teoría de los estados correspondientes: Es vistas en términos de P y T reducidas. El término reducido significa que cada variable se expresa como una relación de sus valores críticos. Estas condiciones reducidas se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

sPr = 𝑝

sPc sTr =

𝑇

sTc sVr =

𝑉

sVc


Reglas para determinar el factor de compresibilidad aplicando KAY

Kay (1936): Punto seudocrítico: Kay introdujo en 1936 el concepto de valores seudocríticos que pueden ser usados en lugar del valor real de la Pc y Tc de la mezcla de hidrocarburo.

sPr = 𝑝

sPc sTr =

𝑇

sTc

Métodos para determinar Z: El Factor de compresibilidad para el gas natural ha mostrado que éste puede ser generalizado con bastante exactitud por la introducción de los conceptos de sPr y sTr Método de Standing y Katz; presenta un grafico de Z en función de sPr y sTr Este grafico es para gas dulce.


Figura 23-4 Pagina 23-12 del GPSA

En el grafico se puede observar que si entramos al grafico con una presión seudorreducida de 11 y cortamos las curvas de temperatura seudorreducida de 1.40 obtenemos un factor de compresibilidad de 0.71


Correcciones por acidez

Se corrige por acidez siempre y cuando exista componente acido como H2S y Co2.

Corrección por acidez: Standing y Katz modificado Wichert y Aziz sTc’= ( ∑ Yi * Tci ) - fsk fsk= 120(A 0.9 – A1.6) +15(B 0.5 –B 4) A= YH2S+ YCO2 B= YH2S

sPc`=∑ YiPci ∗𝑠𝑇𝑐`

(∑ YiTci ) +𝐵 1−𝐵 ∗fsk

Método analítico Papay

Z = 1- 3.52∗ 𝑠𝑃𝑟

10(0.9813 ∗𝑠𝑇𝑟 ) + 0.274 ∗𝑠𝑃𝑟 2

10(0.8157 ∗𝑠𝑇𝑟 )


Propiedades Termodinámicas: Entalpía: se refiere a la cantidad de energía de un sistema termodinámico Que este pueda intercambiar con su entorno. Por ejemplo en un reacción química @ presión. Constante, el cambio de entalpía es el Calor absorbido o desprendido en la reacción.

H= 𝐻𝑚º - ( 𝐻𝑚

º - H)

𝐻𝑚º = ∑ Yi Hi ,

Hi se toma de la Fig 24-3,4,5 pagina 24-5, 24-6, 24-7

𝐻𝑚º - H= RTc

𝐻º − H

𝑅𝑇𝑐

º

+ Wm 𝐻º − H

𝑅𝑇𝑐 `

𝐻º − H

𝑅𝑇𝑐

º

Figura Número 24-6 Página 24-8 Del GPSA

𝐻º − H

𝑅𝑇𝑐 ` Figura Numero 24-7 Pagina 24-9 Del GPSA


Entropia

Figura Número 24-18 Página 24-20 Del GPSA Figura Número 24-20 Página 24-22 Del GPSA Figura Número 24-21 Página 24-23 Del GPSA

Figs: 24-20 figs: 24-21

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