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INGENIERIA DEL GAS NATURAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERAINGENIERA DE PETROLEOSSEMESTRE: SEXTO AO 2014 PROFESOR: Ing. Fausto Ramos Aguirre M.Sc. - MGHMATERIA

1EL GAS NATURAL, DEFINICIONES Y CARACTERIZACINEl gas natural es una mezcla homognea, en proporciones variables de hidrocarburos parafnicos, denominados Alcanos, los cuales responden a la frmula CnH2n+2 . Estos hidrocarburos, tienen por nombre, tambin Hidrocarburos Saturados. El gas natural es un combustible fsil formado por un conjunto de hidrocarburos que, en condiciones de reservorio, se encuentran en estado gaseoso o en disolucin con el petrleo. Se encuentra en la naturaleza como gas natural asociado cuando est acompaado de petrleo y como gas natural no asociado cuando no est acompaado de petrleo.El principal componente del gas natural es el metano, que usualmenteconstituye el 80% del mismo. Sus otros componentes son el etano, elpropano, el butano y otras fracciones ms pesadas como el pentano, elhexano y el heptano.2Generalmente contiene 1% de impurezas como son el nitrgeno, bixido de carbono, helio, oxgeno, vapor de agua y otras que son tambin de combustin limpia.

A la presin atmosfrica y a igualdad de volumen, el gas natural tiene un contenido energtico menor que el petrleo (mil cien veces menor), pero al comprimirse su contenido energtico se incrementa, razn por la cual se transporta a presin. El metano tiene gran variedad de usos. Principalmente sirve como insumo o combustible en la actividad industrial o como combustible en las plantas trmicas generadoras de electricidad.

El etano puede ser convertido en etileno y constituirse en insumo para la industria qumica.

3El propano y el butano se encuentran en estado gaseoso a temperaturas y presiones normales. La mezcla del propano y del butano, sea en estado gaseoso o en estado lquido (si se enfra por debajo de 42 grados Celsius), se denomina Gas Licuado de Petrleo (GLP) y se comercializa en balones para su utilizacin en cocinas, calentadores y en otros usos industriales.

Es importante diferenciar entre el Gas Licuado de Petrleo (GLP) y lo que se denomina Lquidos del Gas Natural (LGN) que se refiere a la combinacin de propano, butano, pentano, hexano y otros condensados presentes en el gas natural.

Los hidrocarburos ms pesados como el pentano (C5 H12), el hexano (C6 H14), y el heptano (C7 H16) pasan con facilidad al estado lquido y son lo que se conoce como gasolina natural o condensados.4As como el trmino GLP (propano y butano) es diferente al trmino LGN (que se refiere a los lquidos contenidos en el gas natural), existe el trmino GNL que se refiere al Gas Natural Licuado.El Gas Natural Licuado (GNL), compuesto bsicamente del gas metano, es sometido a un proceso criognico* para bajar su temperatura hasta -161 grados Celsius para licuarlo y reducir su volumen en una relacin de 600 a 1 con el objeto de transportarlo hacia los centros de consumo.Los reservorios de gas natural, al igual que los reservorios de petrleo, estn formados por rocas porosas y permeables ubicadas en el subsuelo. Un conjunto de reservorios similares constituye un yacimiento de gas.5Principales Componentes de una Muestra de Gas natural

6Composicin y Porcentaje molar de una Mezcla de Gas Natural

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TAREA: Del manual de la GPSA tomo E01, consultar las definiciones de los siguientes trminos:Absorcin, adsorcin, gas cido, amina, gas asociado, gas blanket, cromatografa, proceso Claus, cricondentermo, densidad critica, presin critica, temperatura critica, constante de los gases (R), gas lift, relacin GOR, destilacin, hidrato, LPG, McF, MMcF, efecto Joule Thompson, gas natural, gasolina natural, condensacin retrograda, gas rico, crudo rico, presin de vapor red, liquido saturado, vapor saturado, scf, SNG, gas amargo, gas dulce, splitter, turboexpansor, compuesto insaturado, stripper, cabeza de pozo (wellhead), gas hmedo, columna empacada, reflujo, razn de reflujo, GPM.CHILLER .8

Clasificacin del Gas Natural En funcin de la Composicin Siendo la composicin del gas natural un parmetro de gran importancia, se utiliza para la clasificacin del mismo y quedan:

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Ver pagina 31 del curso de GASOTECNIA unidad 115

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20CROMATOGRAFA DE GASESAnlisis del Gas Natural.- Se debe tener en cuenta que cuando se determina la composicin del gas natural, no solo se cuantifican los hidrocarburos presentes, sino tambin las impurezas, como Agua, Dixido de Carbono y Sulfuro de Hidrgeno. Es posible que tambin haya presencia de arenas, las cuales producen erosin. En las muestras pueden, haber tambin parafinas y asfltenos, los cuales se depositan y crean problemas de taponamiento. Si el agua esta en forma lquida y hay presencia de gases cidos, de seguro aumentar la corrosin. Adems de la posible formacin de hidratos Las tomas de muestra deben hacerse por procedimientos que aseguren que la misma sea representativa del gas. Debern purgarse convenientemente los recipientes. En caso de extraerse de caeras a presin menor que la atmosfrica, deber hacerse desplazando el mercurio del recipiente para muestra. Si se trata de un gas licuado deber cuidarse que al extraer la muestra no se produzca una destilacin fraccionada. 21a.- Fraccionamiento a Baja Temperatura.- Este proceso, por lo general se realiza en el Aparato Podbielniak que es una columna de laboratorio rellena para la destilacin fraccionada de gas natural. b.- Espectrmetro de Masa.- Este mtodo se basa en la deflexin de su trayectoria que sufren las molculas ionizadas de un gas muy diluido, en un campo magntico. La ionizacin se efecta en una cmara de ionizacin. c.- Espectrmetro de Absorcin Infrarroja.- Este es un aparato similar a un espectrmetro comn, pero utiliza rayos infrarrojos cuya refraccin con gases y otros medios incoloros es ms pronunciada y caracterstica que la de los rayos de la luz visible. Los distintos componentes son identificados por comparacin de sus aspectos con espectros patrones de productos puros, determinados en el mismo aparato o publicados en la literatura. La espectrometra infrarroja es particularmente til para distinguir entre molculas saturadas del grupo (parafnicos) y no saturadas (olefinas, etc.). 22Cromatografa.- La palabra Cromatografa significa Escribir en Colores ya que cuando fue desarrollada los componentes separados eran colorantes. Los componentes de una mezcla pueden presentar una diferente tendencia a permanecer en cualquiera de las fases involucradas. Mientras ms veces los componentes viajen de una fase a la otra que se denomina particin se obtendr una mejor separacin.

Las tcnicas cromatogrficas se sustentan en la aplicacin de la mezcla en un punto, denominado Punto de Inyeccin o Aplicacin seguido de la influencia de la fase mvil. Clasificacin de la Cromatografa a.-Cromatografa en Columna.- En este caso se utilizan columnas de vidrio rellenas de Almina , Slica u Oxido de Magnesio. 23Principales componentes del gas natural

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Cromatografo de gases en taladro de perforacin, para anlisis de gases en el sitio mientras se perforaCromatografo de gases en laboratorioRealizar una consulta mas amplia acerca de la cromatografa de gases25b.- Cromatografa en Capa Fina.- En este tipo de cromatografa se utiliza una placa de vidrio recubierta con fase estacionaria manteniendo un pequeo espesor constante a lo largo de la placa. c.- Cromatografa en Papel.- El proceso es bsicamente el mismo que la cromatografa en capa fina, solo que se usan tiras de papel cromatogrfico en la cuba cromatogrfica. d.- Cromatografa de Lquidos de Alta Eficiencia.- Es parecida a la Cromatografa en Columna, slo que se aplica el flujo a presin, con valores de entre 1500 a 2200 lpca, el tamao de partcula es entre 3 y 10 micras, la longitud de la columna es entre 5 y 25 cm y requiere de equipo sofisticado. En la cromatografa ocurren dos fenmenos muy importantes y que son prcticamente los rectores del proceso de separacin. Estos procesos son la adsorcin y la absorcin. 26Cromatografa de Gases La tcnica ms utilizada para el anlisis del gas natural es la cromatografa en fase gaseosa. De acuerdo a esta tcnica, la muestra se vaporiza y se distribuye entre las dos fases utilizadas para generar la Separacin la fase mvil, o gas de arrastre, que transporta la muestra, y la fase estacionaria que retiene selectivamente las molculas de los componentes que se separan. Esta fase es un slido granular, mojado por un lquido, responsable de la separacin, empacado dentro de un tubo denominado columna. El gas de arrastre debe ser inerte, para evitar reacciones con el empaque de la columna o con la muestra. Los gases ms comnmente utilizados son Helio, Nitrgeno e Hidrgeno. 27Definicin de La adsorcin.- es la retencin de una especie qumica en los sitios activos de la superficie de un slido, quedando delimitado el fenmeno a la superficie que separa las fases o superficie interfacial. La retencin superficial puede ser de carcter fsico o qumico, cuando es fsico por lo general el proceso es reversible, mientras que si es qumico el proceso de seguro es irreversible. La adsorcin depende de la naturaleza de la sustancia adsorbida, de la temperatura y estado de subdivisin del adsorbente, y de la concentracin. Definicin de La absorcin.- es la retencin de una especie qumica por parte de una masa y depende de la tendencia, que tenga la masa a formar mezcla o reaccionar qumicamente con la misma. Los mtodos "cromatogrficos" son de gran utilidad en la determinacin cualitativa y cuantitativa de los gases. 28los mismos se basan en la diferente velocidad e intensidad con que distintos materiales son absorbidos y adsorbidos, por un adsorbente dado. Por ejemplo, si una solucin que contiene varias sustancias es pasada lentamente a travs de una columna de material absorbente, cada sustancia aparece en un nivel distinto de la columna. Ilustracin de una Cromatografa Gaseosa

29La muestra del gas mezclado con un "gas portador", que puede ser helio o hidrgeno etc. ("fase mvil") es pasada a travs de una columna de un slido inerte, poroso, granulado, tal como polvo de ladrillo refractario ("soporte"), cuya superficie est cubierta con una fina pelcula de un lquido absorbente no voltil, tal como silicn o dioctil-ftalato. ("fase estacionaria"). En su pasaje a travs de la columna, los distintos componentes del gas son absorbidos con distinta velocidad e intensidad sobre la fase estacionaria y despus desorbidos gradualmente por la corriente del gas portador puro. Con dimensiones y velocidades apropiadas, se consigue una separacin completa del gas en sus componentes. En los ltimos aos, la utilizacin de los mtodos cromatogrficos para el anlisis de gases ha ido en auge, por la rapidez y relativa sencillez de los procedimientos. 30La tcnica de mayor utilidad para determinar la composicin del gas natural es el Anlisis Cromatogrfico. Los cromatgrafos son equipos provistos de columnas construidas con acero inoxidable o de plstico, las cuales estn rellenas de sustancias que atraen individualmente a cada uno de los componentes en funcin de su composicin, de tal forma que a medida que el gas avanza dentro de la celda de medicin, cada componente se adhiere a la superficie de la sustancia utilizada como relleno y se queda retenida por un determinada lapso. Eso permite que se vayan separando los diferentes componentes que componen la muestra. A la salida hay un detector que indica la presencia de un componente puro. En la figura 2 se presenta un diagrama de un anlisis Cromatogrfico para una muestra de gas natural. 31Anlisis Cromatogrfico para una muestra de gas natural

32UNIDADES DE MEDIDA EN EL GAS NATURALTanto para las actividades de produccin como para las de comercializacin del gas natural, es necesario utilizar un sistema de medidas que sea conocido y aceptado por todos los involucrados en tales actividades.

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