GAS NATURAL

INTRODUCCION

Es un recurso natural no renovable, que debido a sus caractersticas combustibles se le ha dado una amplia gama de aplicaciones que van desde el uso domstico hasta las diversas ramas industriales. Tiene su origen en la transformacin de la materia orgnica proveniente de animales y vegetales sometida a la accin bacteriolgica, altas presiones y temperaturas durante millones de aos, por efecto del asentamiento de las capas de sedimentos que la contienen.Se encuentra en el subsuelo alojado en los espacios porosos de ciertas rocas, en estructuras geolgicas denominadas yacimientos, generalmente atrapado entre el petrleo y una capa rocosa impermeable. Est formado por hidrocarburos que tienen un punto de ebullicin muy bajo y no tiene un olor especfico. El metano forma aproximadamente el 75% del gas tpico, el etano puede presentarse en porcentajes superiores al 10% y el propano por encima del 3%; pueden estar tambin presentes: butano, pentano, hexano, heptano y octano.Al igual que las emanaciones de petrleo, las de gas han servido a los exploradores, desde el comienzo de la industria, para rastrear posibilidades de hallazgos de yacimientos gasferos o petrolferos.Las emanaciones de gas difieren de las de petrleo en que se disipan en la atmsfera y no dejan huellas visibles sobre el suelo. Sin embargo, si por causas naturales se incendian, su presencia se hace ms notoria y las caractersticas de la llama pueden servir para apreciar para apreciar mejor los aspectos e intensidad del flujo, contenido de agua y matices de la combustin.Las caractersticas del gas, como su composicin molar, comportamiento, compresibilidad, convertibilidad a lquido, poder calorfico, entre otros; ameritan estudios e investigaciones para el mejor aprovechamiento de esta fuente de energa. El gas natural se clasifica de acuerdo a su composicin y a su localizacin en el subsuelo..

Clasificacin de acuerdo a su composicin

Gas Agrio: Es aquel que contiene cantidades significativas de compuestos azufrados, como sulfuro de hidrgeno y mercaptanos; adems, puede contener dixido de carbono, lo cual le confiere propiedades corrosivas.Gas Dulce: Contiene sulfuro de hidrgeno en cantidades menores a 4 ppm y menos del 3% de dixido de carbono.Gas Hmedo o Rico: Es aquel gas natural del cual se puede obtener apreciables cantidades de hidrocarburos lquidos (C3+), debido a que contiene alta proporcin de componentes pesados. Es muy utilizado en la petroqumica y en la elaboracin de la gasolina natural.Gas Seco o Pobre: Esta formado principalmente por metano y etano. Se utiliza directamente como combustible o en proyectos de mantenimiento de presin de yacimientos, tambin en la produccin de hidrgeno.

Clasificacin de acuerdo a su localizacin en el subsuelo

Gas asociado: Es aquel que se encuentra en contacto y/o disuelto en el crudo del yacimiento. Este a su vez, puede ser clasificado como gas de casquete (libre) o gas en solucin (disuelto) y se encuentra como gas hmedo amargo.Gas no asociado: Es aquel que se encuentra en yacimientos que no contienen crudo, a las condiciones de presin y temperatura originales y puede hallarse como gas hmedo amargo, hmedo dulce o seco.Gas condensado: es una mezcla (asociado) con hidrocarburos gaseosos y lquidos en yacimientos de gas condensado. [5]

Composicin del Gas Natural

El gas natural se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas subterrneas. Pero en ocasiones, queda atrapado debajo de la tierra por rocas slidas que evitan que fluya, formndose lo que se conoce como un yacimiento. La composicin del gas natural es una mezcla de compuestos gaseosos en proporciones variables de naturaleza orgnica e inorgnica.

Compuestos Orgnicos: El primero de estos grupos lo constituyen compuestos parafnicos y se rigen por la siguiente frmula general: CnH2n+2 y son miembros de la serie metano en qumica. Este grupo de compuestos orgnicos aporta normalmente ms del 90% en volumen en el anlisis de una muestra de Gas Natural.Las propiedades fsicas de estos componentes siguen un patrn creciente o decreciente, el cual es funcin del peso molecular de cada componente.

Componentes Inorgnicos: Este segundo grupo de componentes que forman el gas natural, representan el 10% de la composicin total del gas y estn conformados normalmente por dixido de carbono (CO2), sulfuro de hidrgeno (H2S), nitrgeno (N2) y en algunos casos helio (He). Adems de estos componentes, tambin se encuentra agua (H2O) en cantidades variables, dependiendo de las condiciones de presin y temperatura a las cuales se encuentra. El nitrgeno es otro componente inorgnico que se encuentra en el gas natural, el cual es inodoro, incoloro e inspido y qumicamente inerte; en altas concentraciones reduce el poder calorfico del gas natural, debido a que es incombustible. Por ltimo vamos a sealar al helio (He), como un componente inorgnico presente en el gas natural, dicho componente es inodoro, incoloro, inspido y qumicamente inerte

La composicin volumtrica del gas natural tiene variaciones segn sea su procedencia; sin embargo, el gas natural se compone en su mayor porcentaje de metano, tambin puede estar compuesto por etano, propano, butano, pentano, hexano, heptano y sus superiores en menor porcentaje.No existe una composicin o mezcla que se pueda tomar para generalizar la composicin del gas natural. Cada gas tiene su propia composicin, de hecho dos pozos de un mismo yacimiento pueden tener una composicin diferente entre s. Tambin la composicin del gas varia conforme al yacimiento ya siendo explotado, es por eso que se deber hacer un anlisis peridico al gas extrado, para adecuar los equipos de acondicionamiento para la nueva composicin y evitar problemas operacionales.Cuando el gas natural es extrado de los yacimientos presenta impurezas las cuales hay que eliminar ya que pueden provocar daos al medio ambiente, corrosin en quipos o disminuir el valor comercial del gas, como puede ser el H2O y CO2.Normalmente se compone de hidrocarburos con muy bajo punto de ebullicin. El metano es el principal constituyente de este combustible, el etano, puede estar presente en cantidades de hasta un 10%, el propano, representa un 3%, el butano, pentano, hexano y octano tambin pueden estar presentes.La composicin de una mezcla de gas natural puede ser expresada tanto en fraccin mol, fraccin volumen o fraccin peso de sus componentes, aunque tambin puede ser expresada en porcentaje mol, porcentaje de volumen o porcentaje en peso.El componente predominante del gas natural es el metano con cantidades ms pequeas de otros hidrocarburos. La siguiente tabla brinda ejemplos de algunos pocos componentes comunes del gas natural.

Componentes del gas natural

COMPONENTEFORMULA QUIMICAUSO

MetanoCH4Reserva de alimentacin qumica y de combustible. Existe como gas.

EtanoC2H6Mezclado con metano, como combustible gaseoso y solo como reserva de alimentacin qumica. Existe como gas.

PropanoC3H8Reserva de alimentacin qumica o combustible liquido. Se requiere almacenamiento de presin.

ButanosC4H10Reserva de alimentacin qumica o combustible liquido. Se requiere almacenamiento de presin.

PentanosC5H12Componentes de condensado. No se requiere almacenamiento de presin.

HexanosC6H14Componentes de condensado. No se requiere almacenamiento de presin.

Sulfuro de Hidrogeno (gas acido)H2SComponente de gas venenoso del gas natural. Removido y convertido en azufre elemental.

Dixido de Carbono (gas acido)CO2Removido del gas natural si se encuentra en exceso con respecto a las especificaciones de venta.

NitrgenoN2Normalmente no removido. Gas inerte sin valor de calentamiento en el gas natural.

AguaH2ORemovida por especificaciones de venta.

Contaminantes del gas natural

El gas natural por su composicin presenta proporciones bajas de algunos contaminantes, tales como los compuestos azufrados (sulfuro de hidrgeno H2S, Sulfuro de carbonilo COS, Disulfuro de carbono CS2, Mercaptanos R-SH, Dixido de Azufre S02, Sulfuro de Alquilo R-S-R, Disulfuro de Alquilo R-S-S-R, Tetrahidriotiofano ThT [(CH2)S]), Nitrgeno N2, Oxgeno 02, Agua H20, Mercurio Hg. Asfaltenos, Agua libre, lodos de perforacin, parafinas, sales (cloruros), slidos en suspensin con tamao de partculas apreciable.Estos elementos suelen aparecer conjuntamente con el gas natural, ocasionando efectos indeseables en las operaciones de acondicionamiento que pueden inducir a situaciones de alto riesgo. Algunos de los efectos de stos contaminantes son

Hidrocarburos

Estos afectan en gran magnitud a los sistemas de deshidratacin ya que disminuyen la capacidad del glicol para absorber el agua; incrementan las prdidas de glicol y la formacin de espuma, como tambin aceleran la formacin del carbn en los equipos tales como rehervidores y filtros.

Sales

En grandes cantidades intervienen como agentes corrosivos de los equipos, a su vez pueden afectar en la regeneracin del glicol disminuyendo su capacidad y ocasionando puntos calientes en rehervidores de glicol. La solubilidad de la sal disminuye a medida que aumenta la temperatura en el rehervidor provocando la precipitacin sobre el tubo de fuego.

Agua

Incrementa las prdidas de glicol y aumenta los costos de regeneracin de glicol por lo que disminuye la eficiencia en el sistema de deshidratacin. Afecta la operacin de los separadores de entrada, ya que mantienen los niveles en los mismos altos y generan drenajes permanentes a la fosa de quema.

Aditivos Qumicos

Pueden ser inhibidores de corrosin y/o antiespumantes. Los excesivos volmenes de espuma en los sistemas de deshidratacin disminuyen el rea de transferencia de calor y por consecuencia la eficiencia de absorcin del agua. Para eliminar el exceso de espuma se recomienda aadir antiespumantes al sistema

Slidos

Promueven la formacin de espuma; contribuyen como agentes erosivos en losequipos y disminuyen la eficiencia en el sistema de deshidratacin

Sulfuro de hidrgeno (H2S) y/o Dixido de carbono (CO2)

En presencia de agua aseguran la existencia de corrosinH2S/CO2 = Alto (menos corrosividad)H2S/CO2 = Bajo (sistema ms corrosivo)

Otros Contaminantes del gas

El posible contenido en el gas de materiales, polvo, y otras sustancias slidas y lquidas, ceras, gomas, constituyentes que formen gomas y compuestos deben ser limitados hasta la medida en que no se excedan los lmites establecidos por las regulaciones sanitarias y ambientales vigentes.

Contenido Lquido de un Gas (GPM)

Se define como el nmero de galones de lquido que pueden obtenerse de 1000 pies cbicos normales de gas. Se expresa generalmente por el smbolo GPM, tambin se conoce con el nombre de Riqueza de un Gas. Es un factor muy usado y debe ser conocido principalmente en problemas relacionados con plantas de extraccin de lquidos del gas natural.Debido a que slo el propano y compuestos ms pesados, pueden en la prctica recuperarse como lquidos, el metano y etano no se consideran al calcular el contenido de lquido del gas natural. Adems, tambin se asume que los componentes ms pesados que el propano son totalmente recuperados como lquido. Para el clculo del GPM debe conocerse el volumen en pies cbicos normales de un componente dado en estado gaseoso, requerido para producir un galn de lquido [6]. Este factor se determina a partir de la densidad lquida y peso molecular de cada componente puro, mediante las siguientes ecuaciones:

Los componentes que se obtienen durante el procesamiento del gas natural, son:

Gasolina Natural: Es un lquido a temperatura y presin ambiente con fuerte tendencia a evaporarse a dichas condiciones, sus componentes bsicos son: pentano, hexano, y heptano. Se utiliza para mezclarla con la gasolina que se produce en las refineras o con el petrleo para mejorar la densidad de este producto y aumentar su valor comercial. Uno de los parmetros importantes en este producto es la Presin de Vapor Reid (RVP), la cual representa la volatilidad de la gasolina.Gas Licuado del Petrleo (GLP): Es una mezcla en proporcin variable de dos componentes del gas natural, propano y butanos, que a temperatura ambiente y presin atmosfrica, se encuentran en estado gaseoso, pudiendo licuarse a esta presin si se enfran hasta -45 F. El GLP se almacena y se transporta en forma lquida. Posee mayor poder calorfico que el GNL, siendo sus vapores ms pesados que los del aire.Gas Natural Licuado (GNL): Est compuesto bsicamente por metano, el cual es sometido a procesos criognicos a fin de bajar su temperatura hasta -258 F para licuarlo y as reducir su volumen en una relacin 600:1, entre el volumen que ocupa en estado gaseoso y el ocupado en forma lquida, para poder transportarlo en grandes cantidades hacia los centros de consumo, utilizando buques cisternas metaneros diseados para tal fin. Posteriormente, el GNL es regasificado en los puertos de recepcin mediante la aplicacin de calor en vaporizadores, para su posterior transporte hacia los centros de consumo industrial, comercial y domstico.Lquidos del Gas Natural (LGN): Son productos originados como consecuencia del tratamiento al cual es sometido el gas natural y estn formados por etano, propano, butano y otros hidrocarburos ms pesados, son utilizados en la elaboracin de productos plsticos, alcoholes, fertilizantes, cauchos y fibras sintticas, entre otros. Tambin son usados en la fabricacin de componentes de alto octanaje para las gasolinas, y como combustible de uso industrial, comercial y residencial; un 34% de la produccin nacional abastece mercados internacionales. Sus propiedades son las del metano lquido, modificadas ligeramente por componentes menores. Una de las propiedades que los diferencian de los lquidos del gas de petrleo es su baja temperatura crtica, cerca de 73 C (-100F). Esto significa que el gas natural no puede licuarse a temperatura ambiente por el simple aumento de la presin, ya que tiene que enfriarse hasta temperaturas criognicas para lograr su licuefaccin, y estar bien aislado para conservarse en estado lquido. Una gran ventaja que tienen los lquidos del gas natural es su almacenaje y embarque, esto se deriva del hecho de que 0,03 m3 (1pie3) de metano lquido a -162C (-260F) es aproximadamente igual a 18 m3 (630 pie3) de metano gaseoso.En los procesos de extraccin de lquidos del gas natural existen etapas de acondicionamiento del gas, las cuales estn conformadas por diferentes equipos diseados para llevar a cabo una funcin especfica