Tema 1 Introduccion Al Gas Natural

INTRODUCCIÓN AL GAS NATURAL  •Se conoce como gas natural a una corriente gaseosa compuesta por una mezcla de hidrocarburos, principalmente metano (CH4) que incluye incluye por lo general etano, propano y otros hidrocarburos mas pesados, pesados, al igual igual que gases inertes y posibles compuestos de azufre, como impurezas, vapor de agua, gas gas carbónico carbónico (CO2), N, H2S y He.

•El gas natural puede encontrarse asociado con el crudo a ser extraído de un pozo o estar libre (no asociado) cuando se encuentra  yacimiento.

solo en el

•El gas natural se define de acuerdo a su composición y sus propiedades fisicoquímicas que son diferentes en cada yacimiento y su procesamiento busca enmarcarlo dentro de límites de contenido de componentes bajo una norma de calidad establecida.

Gas...

¿Gas Natural? 

• Es un gas combustible que no tiene olor, color ni forma. • Cuando se lo quema da mucha energía, es usado en   plantas térmicas para producir electricidad.

• Cuando el gas es usado en plantas termoeléctricas y es  quemado, sus emisiones son bajas en gases dañinos.

• Es una mezcla de gases de hidrocarburos, compuesta  mayormente por metano. La mezcla del gas natural  difiere mucho de un lugar a otro, de un pais a otro. • La siguiente formula es la mas común en su forma  natural:   –   –   –   –   – 

Metano Etano Propano Butano Dioxido de C

de de de de de

70% 0% 0% 0% 0%

a a a a a

La composición del gas natural  90 %  es muy importante, ya que otros  20%  negocios se derivarán de el. 20 %  Se debe saber la composición  20%  exacta del gas natural para  8 % 

Gas...

¿Gas Natural? 

• Es un gas combustible que no tiene olor, color ni forma. • Cuando se lo quema da mucha energía, es usado en   plantas térmicas para producir electricidad.

• Cuando el gas es usado en plantas termoeléctricas y es  quemado, sus emisiones son bajas en gases dañinos.

• Es una mezcla de gases de hidrocarburos, compuesta  mayormente por metano. La mezcla del gas natural  difiere mucho de un lugar a otro, de un pais a otro. • La siguiente formula es la mas común en su forma  natural:   –   –   –   –   – 

Metano Etano Propano Butano Dioxido de C

de de de de de

70% 0% 0% 0% 0%

a a a a a

La composición del gas natural  90 %  es muy importante, ya que otros  20%  negocios se derivarán de el. 20 %  Se debe saber la composición  20%  exacta del gas natural para  8 % 

CADENA DE  VALOR  DE GN 

EXPLORACION

EXTRACCION

TRATAMIENTO

TRANSPORTE

GASODUCTOS

ALMACENAMIENTO 

BUQUES DE GNL 

DISTRIBUCION

Los tipos más comunes de gas natural que existen son los siguientes:

•Gas Acido: gas que contiene contiene más de 6mg/m3 de H2S •Gas Dulce: gas que contiene menos de 6mg/m3 de H 2S •Gas húmedo: Gas con un contenido de humedad mayor a 14 cc. de agua por mc de gas. •Gas seco: Gas con un contenido menor a 14 cc. de agua por mc de gas. •Gas Rico: Gas que contiene una cantidad significativa de compuestos mas pesados que el etano, alrededor de 95 cc de C3+ por mc de gas.

•Gas Pobre: Gas que contiene pocas cantidades de propano y mas pesados. Es importante hacer notar que el gas natural boliviano esta exento de sulfuro de hidrogeno y otros elementos ácidos, pero la presencia de altas cantidades de dióxido de carbono CO 2 es muy ofensivo en otras áreas de

GASES COMBUSTIBLES Se denomina gas combustible a aquellos fluidos que combinados con el oxigeno en condiciones adecuadas entran en combustión de calor o luz de intensidad variable en función de los componentes que lo integren. Existen diferentes tipos de gases combustibles que llevan en su estructura compuestos moleculares derivados del gas natural o petróleo tales como:

•G.N.

(densidad =0.6) •G.L.P. (densidad = 1.6) •Gas de Refinería •Gases manufacturados

predominio de C, H 2,O2,N2 y S

Los compuestos químicos que constituyen cada gas son:

•Combustibles (C 1, C2, C3………….) •Comburente (O2) •Elementos inertes (CO, N 2, etc.) •Elementos no inertes (CO2, H2S, He, etc.) CH4 + 2O2 -------- CO2 + 2H2O

Gas natural Arde a T > 1.930 ºC Combustible

Aire

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL GAS NATURAL  • • • • • •

Asociado o no asociado Contenido de metano aproximadamente de 80-95 %, dependiendo del reservorio o yacimiento. Contiene vapor de agua los cuales forman HIDRATOS Contiene contaminantes como compuestos de azufre, H 2S, CO2, CO, etc. No contiene olefinicos los cuales originan el petróleo. Su poder calorífico es variable, según a la composición de sus moléculas, encontrándose en un rango de 0.900  –  1.000 BTU/PC.

•

Su densidad es de 0.6  –  0.7, dependiendo de los hidrocarburos condensados.

•

Su proceso se basa principalmente en: - Deshidratación - Endulzamiento - Extracción de licuables

•No es posible almacenarlos debido a su temperatura critica Tc = -82 ºC, y para licuarlo es necesario mínimamente bajar criogénicamente a dicha temperatura.

•Su presión critica de almacenamiento es de Pc = 45.26 Bar = 656.4 PSI

•El GNL es el gas natural licuado a temperaturas de -161 ºC, para la exportación. Al licuarlo se reduce en volumen de gas a casi 600 veces su volumen.

•GNV gas natural vehicular, almacenamiento en cilindros especiales para vehículos.

•GNE gas natural enfriado previo tratamiento criogénico. •GTL conversión a gasolina Método Fisher Troops. •Valor agregado: se refiere a la utilización del gas natural con industrialización del mismo para: - Planta de GTL  - Petroquímica

EJEMPLO:

OBTENCIÓN DE FERTILIZANTES 1. CH4 + H2O 3H2 + CO 2. Extraer el CO mediante métodos de catalizacion 3. 3H2 4. Reacción del N2 + 3H2 2NH3 Amoniaco comercializable 5. Amoniaco + UREA FERTILIZANTE

UREA + CO2

FERTILIZANTE

NITRATO DE AMONIO FERTILIZANTE EN LA INDUSTRIA AGRÍCOLA. FIERRO Y ACERO PLÁSTICOS

G.N. FERTILIZANTE

DIESEL 

COMPONENTES DEL GAS NATURAL 

Trabajo Practico En base a las reservas probadas y posibles de gas natural y considerando los compromisos de exportación del país, calcular el tiempo de duración y agotamiento de las reservas, determinadas por la empresa Ryder Scott Co.

P1: 9.94 P2: 3.71 P3: 6.27  TOTAL 19.92 TCF COMPROMISOS DE EXPORTACIÓN: BRASIL  ARGENTINA MERCADO INTERNO OTROS COMPROMISOS

GAS LICUADO DE PETRÓLEO (GLP) El gas licuado de petróleo (GLP) es una mezcla de hidrocarburos de petróleo los cuales son gaseosos a la temperatura y presión ambientales normales. Esta mezcla de gases puede ser licuada aplicándole una presión moderada para facilitar su transporte y almacenaje. El GLP en forma liquida es 250 veces mas denso que en forma gaseosa. El GLP se deriva principalmente del gas natural o de los gases de refinación del petroleo, teniendo una mezcla de gases principalmente de propano y butano o sus derivados. En los cilindros domésticos que contienen mezclas de propano y butano, puede ocurrir una segregación del butano el cual es mas pesado que el propano, esto puede afectar la eficiencia de la combustión haciéndola menos optima, ya que la mezcla del gas se hace mas densa y necesita mas aire para encender el producto que esta en el fondo del cilindro o garrafa. Sus principales características son:

•Son almacenables en estado líquido a presiones moderadas. •Las densidades de sus componentes son: δc4 = 2.01 y δc3 = 1.50 •No ofrecen dificultad mantenerlos líquidos y pueden usarse al estado

•

Para licuarlo requiere de presiones entre 150-300 psi para el propano  y entre 30-60 psi para el butano. Bajas temperaturas y altas Presiones

•

Su poder calorífico es mayor al del gas natural, en un rango de 22.300-28.900 cal/ mc (88-115 BTU/mc)

PC GLP >

PC GN

•

Responde a especificaciones técnicas de densidad, poder calorífico tensión de vapor, etc. los cuales lo hacen almacenables.

•

Es utilizado como combustible para automóviles, su octanaje se encuentra entre 95 y 100 RON. (Research Octane Number  )

El índice de Wobbe es un parámetro importante cuando se quiere mezclar gases combustibles y el aire (en una reacción de combustión), se controla este índice para asegurar la combustión satisfactoria en un quemador. Es además un indicador de intercambiabilidad de combustibles como el gas natural, gas licuado de petróleo, gas de ciudad, gasolina, y con frecuencia se define en las especificaciones de suministro de gas y de trasporte (de los combustibles). El índice de Wobbe puede ser expresado matemáticamente como: Ws =

PCs

√GE Donde: •Ws, es el Índice de Wobbe superior. •PCs es el poder calorífico superior. •GE , es la gravedad específica del gas.

COMO CALCULAMOS EL ÍNDICE DE WOBBE Indice de Wobbe = PC

Indice de Wobbe =

1 GE

3

Kcal/ m (GasOriginal)

1 G. Especifica (Densidad)

INDICE DE WOBBE PARA EL GAS NATURAL ES EL SIGUIENTE

PC = GE =

Indice de Wobbe =

8898 Kcal/ m 0.6

3

8898

1 0.6

COMPONENTE

FRACC. MOLAR

HHV

BTU/PC

C1

0,90

1010

909

C2

0,04

1769,6

70,784

C3

0,03

2516,1

75,483

n-C4

0,02

3251,9

65,038

N2

0,01

3262,3

32,623 1152,93

1446,14 BTU/PC

GAS NATURAL LICUADO Es un gas el cual ha sido enfriado hasta el punto en que se condensa a liquido a temperatura de -161 ºC. en un proceso denominado licuefacción que permite reducir su volumen en 600 veces, entre sus principales características están:

•Es un liquido criogénico, su temperatura esta generalmente por debajo de -73 ºC.

•Liquido puro con una densidad de alrededor de 45 % de la densidad del agua.

•Previamente deben ser extraídos los contaminantes para que no dañen el equipo cuando el gas es enfriado a temperaturas criogénicas.

•Compuesto mayormente de metano •Los procesos mas importantes son: Exploración y Producción Licuefacción ( gas liquido)

Proyecto de Exportación de LNG Planta Instalaciones Marinas Campamento

Almacenamiento de LNG

Adsorbedor de Carbón activado Unidad de Deshidratación del Gas Unidad de Retiro de Gas Acido (CO2)

Antorchas

Unidad de Refrigeración y Licuefacción

Servicios Generales

Almacenamiento de Refrigerantes

Generación Eléctrica

Unidad de Recepción delGas

Capacidad inicial de la planta:

GAS TO LIQUID La transformación de gas en líquidos utiliza el método de Fisher-Tropsch, el cual es un proceso de múltiples pasos con gran consumo de energía, que separa las moléculas de gas natural, predominantemente metano y las vuelve a juntar para dar lugar a moléculas mas largas. El primer paso requiere la entrada de oxigeno O2 separado de aire. El oxigeno es insuflado en un reactor para extraer los átomos de hidrogeno del metano. Los productos son gas de hidrogeno sintético H2 y monóxido de carbono. El segundo paso utiliza un catalizador para recombinar el hidrogeno y el monóxido de carbono dando lugar a los hidrocarburos. Estos pasan a un reactor Fischer-Tropsch donde los catalizadores ayudan a reformar los gases en moléculas de hidrogeno de cadena larga. Los hidrocarburos de cadena larga son separados en una unidad de crackeo y fraccionados para producir diesel u otros combustibles líquidos. El proceso de craqueo utiliza calor y presión para descomponer los hidrocarburos de cadena larga y producir hidrocarburos más livianos.

Aire

Separación

Gas Natural

Procesamiento del Gas

Oxigeno O2

Gas Licuado de Petróleo (GLP)

Metano CH4

CO

Síntesis del Gas

Método Fisher-Tropsch H2

Hidrocarburos de Cadena Larga

GAS DE SÍNTESIS

•Compuestos principalmente por mezclas de CO e H2 para la fabricación de productos químicos

•Se obtiene a partir de C1, C2 o C3.

•Después de la producción del amoniaco, la segunda aplicación en importancia es el Gas de Síntesis es el metanol:

•El metanol se utiliza para la fabricación de fibras de poliéster, acrilato de metilo, acrílicos, etc.

BIOGÁS

•Se produce a partir de la fermentación anaeróbica de residuos de origen orgánico, animal o vegetal

•Su composición es de C4 = 45 - 55 %, CO2 = 40  –  50%, N2 = 2  –  3%, H2H = 1.5- 2%. •Es utilizado en industrias para generar Energía Eléctrica.

•Utilizan biodigestores que son recipientes cerrados para su obtención •El BIOGÁS puede ser utilizado para motores a diesel y gasolina •Utiliza variados filtros.

BIODIESEL  •Es un combustible sustituto del gas-oil para motores diesel, el cual puede ser producido partiendo de materias primas agrícolas (aceites vegetales y/o grasas animales) y metanol o etanol ( estos también pueden ser obtenidos a partir de productos agrícolas)

•El biodiesel posee las mismas propiedades del combustible diesel empleado como combustible para vehículos y puede ser mezclado en cualquier proporción con el diesel obtenido de la refinación del petróleo.

•Algunos datos fisicoquímicos del biodiesel son: Composición del combustible: Ester metálico C12  –  C22. Poder calorífico: 9500 Kcal./Kg. Densidad o peso especifico 0.875-0.900 g/cm . Contenido de Azufre : 0 ³

GAS VIRTUAL (GAS POR MODULOS) Este sistema denominado “Gasoducto Virtual” fundamenta su tecnología en conceptos de diseño totalmente modulares, combinando las últimas tecnologías en compresión y descompresión de gas natural, que permiten la construcción de instalaciones de abastecimiento de gas natural por carretera en forma rápida, sencilla y económica, totalmente escalable en función del crecimiento de la demanda. La versatilidad del “Gasoducto Virtual” esta apoyada en tres emprendimientos tecnológicos de última generación. •Estaciones modulares de compresión de GNC. Microbox •Plantas modulares de regulación de presión •Sistema modular de almacenamiento y transporte de Gas Natural. “MAT”.

CROMATOGRAFÍA DEL GAS NATURAL  La medición cromatográfica permite el conocimiento de la composición de una muestra líquida o gaseosa. La cromatografía en línea abarca un amplio espectro de aplicaciones agrupadas fundamentalmente en: Medición Control de Procesos Medición

A través de la cromatografía se puede conocer la composición de una muestra. A través de la composición se pueden determinar diferentes propiedades de la misma. En medición de hidrocarburos es importante conocer, propiedades tales como el Poder Calorífico, la densidad, el factor de compresibilidad, las concentraciones molares de cada uno de los componentes, etc.

ANÁLISIS DEL GAS NATURAL  En la composición del gas natural no aparecen únicamente los hidrocarburos, sino también las impurezas, como el agua, el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, etc. Adicionalmente, se debe verificar la presencia de arena, que produce la erosión. Las parafinas y los asfáltenos se depositan y crean problemas. Cuando el agua está en forma líquida y en presencia de sulfuro de hidrógeno (H 2S), forma ácidos que corroen las instalaciones. El gas natural no es únicamente la mezcla de componentes paranínficos y de sus respectivas impurezas, sino también las condiciones que aparecen en virtud de cada uno de esos elementos contenidos en el fluido.

La técnica más comúnmente utilizada para saber lo que contiene el gas natural es el análisis cromatográfico. Los cromatógrafos son equipos provistos de columnas construidas con acero inoxidable o de plástico, rellenas de substancias que atraen individualmente a cada uno de los componentes en función de su composición. Así, a medida que el gas avanza dentro del tubito, cada componente se adhiere a la superficie de la sustancia utilizada como relleno y se queda retenida por un determinado lapso. Eso permite que se vayan separando los diferentes componentes que integran la muestra. A la salida de una probeta existe un detector encargado de registrar el momento en el cual pasó un componente puro.

Con los análisis que se hacen en el laboratorio se van identificando los diversos integrantes de la muestra. Cuando ya se ha ensayado el uso de la herramienta, el proceso se vuelve rutinario y el analista identifica con seguridad la composición de cada una de las muestras que le llegan al laboratorio. Otras veces, cuando no se tiene cuidado en identificar componentes como el H2S y se pone en uso la planta, la corrosión puede destruir las instalaciones en muy poco tiempo.

Los componentes metálicos no necesariamente se pueden analizar por cromatografía de fase gaseosa, no obstante, es conveniente advertir que el mercurio (Hg) ataca el aluminio, material que se utiliza para la construcción de los intercambiadores de calor criogénicos comúnmente conocidos como Estos equipos tienen un peso muy fuerte en el “cajas frías”. funcionamiento de la planta tanto por el costo, la cantidad de líquido que se obtiene con este tipo de intercambiadores y el incremento de la eficiencia en el manejo de las torres.

Esquema de un cromatógrafo a gas.

1.- Depósito de Gas y Controles de flujo / Presión. 2 - Inyector (Vaporizador) de la muestra. 3 - Columna Cromatográfica y Horno de la Columna. 4 - Detector.

Instalación típica del Cromatografo

TRABAJO PRACTICO -Funcionamiento de un cromatografo (fase estacionaria, fase móvil, etc.) -Tipos de cromatografos para análisis del gas natural)

FORMACIÓN DE HIDRATOS Los hidratos son creados por una reacción del gas natural con el agua. Son componentes sólidos o semisólidos que forman cristales parecidos al hielo. La presión y real composición del gas natural determinan la temperatura en la que se forman los hidratos en el momento de enfriamiento. Debe haber agua o vapor de agua en el gas natural para que se formen los hidratos. Mientras mayor sea la presión del gas, mas alta será temperatura en la que se formen los hidratos, formándose justo por debajo de  – 32 º F

FORMACION DE HIDRATOS: EFECTOS PRESION Y TEMPERATURA

Los hidratos de gas son acumulaciones cristalinas similares al hielo formadas de gas natural y agua. El bloque constructor de este sólido cristalino es una estructura (“clarato”) en la que moléculas de agua forman una celda cuyo interior está ocupado por moléculas de gas. En condiciones de temperatura y presión adecuadas, el agua que inunda los poros de los sedimentos se congela y atrapa literalmente al metano, de forma que éste se asocia con el agua helada generando un compuesto altamente concentrado. Un metro cúbico de hidrato de metano contiene cerca de 164 metros cúbicos de gas metano por tan solo 0,84 metro cúbico de agua.

El gas se encuentra en forma similar al hielo, pero como todo recurso energético, es producido por la naturaleza, es decir por bacterias. Uno de los peligros que representa esta forma de gas natural es lo que se conoce como "triángulo de las Bermudas", porque -según Esteban Moralesal parecer grandes escapes de la energía al interior de estos depósitos son responsables del hundimiento de algunos buques, de acuerdo a referencias bibliográficas. Estos escapes pueden producirse, por ejemplo, cuando un terremoto libera energía en el fondo marino donde están los yacimientos. Métodos de extracción de gas de los hidratos Se están estudiando tres métodos de extracción de gas natural de los hidratos. Todos esto métodos usan la disociación, un proceso por el cuál un material se descompone en sus partes constituyentes. En el caso de los hidratos de gas disociación, esto usualmente involucra una combinación de liberar la presión y subir la temperatura de manera que los cristales helados se derritan o de lo contrario cambien la forma y liberen las moléculas de gas natural atrapadas.