Introduccin a la Ingeniera del Gas Natural1. 1 GENERALIDADESEl gas natural es una mezcla de hidrocarburos parafnicos livianos y varios otros compuestos qumicos presentes en menores cantidades.Una caracterstica importante es que la mayor proporcin del gas natural es gas metano, este compuesto qumico le da una caracterstica global gaseosa en condiciones ambientales. Por este motivo se conoce como gas natural.El gas se acumula en yacimientos subterrneos en regiones geolgicas conocidas como "cuencas sedimentarias de hidrocarburos" y puede existir en ellas en forma aislada o mezclado con el petrleo.

1.2REDES CONCEPTUALES DE GAS NATURALSe clasifican en tres grupos: Redes de Produccin, Redes de Transporte o Transmisin y Redes de Distribucin1.3RECOLECCIN, TRATAMIENTO Y PROCESAMIENTO DE GAS NATURAL

Las plantas de endulzamiento tienen la finalidad de extraer los compuestos cidos del gas, principalmente CO2, H2S y otros compuestos sulfurados, que en contacto con el agua producen corrosin, la reduccin de la vida til de las instalaciones, y en consecuencia un alto riesgo de accidentes.Los mtodos de endulzamiento de gas ms usados son: La absorcin qumica con soluciones de aminas, las cuales extraen los compuestos cidos a elevadas presiones y bajas temperaturas en una torre contactora de absorcin de platos o lecho empacado. Luego en el proceso de regenerado de las soluciones de aminas se liberan los gases cidos y la amina se recircula para comenzar de nuevo el proceso.La absorcin fsica con soluciones de los compuestos cidos, en esta tecnologa, el regenerado se realiza por cambios de presin y no requiere variaciones de temperaturas importantes.La deshidratacin del gas se puede realizar por medio de absorcin con glicoles los que capturan el agua del gas y luego lo liberan en forma de vapor. Las soluciones de glicoles son regenerables y recirculanLa deshidratacin se puede realizar por otros mtodos como la adsorcin por slidos como las mallas moleculares y otras.

El procesamiento de gas por lo general comprende los procesos de extraccin de lquidos y fraccionamiento del gas. Ambos procesos realizan la separacin o disgregacin de los componentes del gas por mtodos diferentes para producir materias primas para la petroqumica, Gas de venta, GLP y gasolinas naturales.

Normalmente, de inicio se realiza la extraccin de lquidos, donde se separan los lquidos del gas natural que se condensan por medio de enfriamiento. El gas separado es transportado para uso como gas de venta o en su caso como materia prima, en la petroqumica del metano. Los lquidos recuperados pasan al proceso de fraccionamiento de gas, donde se realizan cortes en los componentes del gas, es decir se realiza una separacin por medio de la destilacin que aprovecha la diferencia en la temperatura de ebullicin de los componentes para separarlos. Estos productos pueden ser etenos, GLP y gasolinas naturales.Los equipos diseados para la separacin de los remanentes de metano de los lquidos del gas natural, se denominan demetanizadores, los equipos diseados para separar el metano se denominan deetanizadores, los que separan el propano se denominan depropanizadores y as sucesivamenteINSTALACIONES COMERCIALES, INDUSTRIALES Y DOMICILIARIASDespus del City Gate el gas natural tiene que distribuirse hasta los consumidores a travs de redes de ductos que pueden ser abiertas o cerradas. Las redes abiertas son aquellas de configuracin parecida a las races de un vegetal donde el acceso a cada sector slo se puede realizarse en un solo sentido1.4.1 INSTALACIONES DOMICILIARIAS Y COMERCIALES 1.4.2 INSTALACIONES INDUSTRIALESLas instalaciones industriales estn precedidas por la Estacin de Regulacin y Control, en nuestro medio llamamos a esta instalacin Puente de Regulacin. El puente de regulacin efecta las siguientes funciones:Filtra el gas naturalRegula la presin del gas naturalMide el consumo de gas naturalAlivia las posibles sobre presiones del sistema1.5GAS NATURAL VEHICULAR (GNV)El gas natural vehicular o comprimido, es el gas natural que se expende a presin en estaciones de servicio especialmente equipadas, para ser utilizadas como combustible automotor. Las estaciones de servicio para el expendio de GNV son pequeas plantas de compresin y almacenamiento; las que presentan los siguientes elementos o partes:Interconexin a la redAcometidaPuente de regulacin y medicinCompresorBatera de cilindros de almacenamientoDispensers (Surtidores de Carga)1.6GAS LICUADO DE PETRLEO (GLP) A PARTIR DEL GAS El fraccionamiento es una operacin de destilacin, este es probablemente el mtodo ms econmico para separar una mezcla en sus componentes individuales. La separacin es fcil si la volatilidad relativa de los compuestos clave liviano y clave pesado es substancialmente mayor que uno. Los componentes ms livianos (producto de cima), se separan de los ms pesados (producto de fondo1.6.1 TRENES DE FRACCIONAMIENTO DEL GAS NATURALEn los procesos de fraccionamiento del gas se conocen los nombres de varios procesos particulares, se denomina De-metanizadora al equipo de proceso que realiza la separacin del Metano por la corriente de tope mediante el proceso de destilacin, por la parte inferior o de fondo se producen una mezcla de etano y ms pesados1.6.2 PROCESOS DE PRODUCCIN DE GLP (POR MEDIO DE LA EXTRACCIN DE LQUIDOS Y FRACCIONAMIENTO).Cuando se produce Gas Licuado de Petrleo (GLP) a partir del gas natural se procede a realizar la extraccin de lquidos; estos lquidos son sometidos a un proceso de De-etanizado el que separa el gas de venta compuesto por metano y etano de la mezcla de propano y ms pesados.A continuacin se realiza el proceso de De-butanizado el que asla las mezclas de propano y butanos que son los componentes del GLP y produce por el fondo las gasolinas naturales compuestas principalmente de pentanos y ms pesados.

PETROQUMICA DEL METANOEn la actualidad la petroqumica del metano, se ha convertido en una alternativa rentable por la disponibilidad del gas natural en algunas regiones, sus beneficios ambientales.

Principales Mtodos de Separacin entre FasesLos Mtodos de Separacin se basan en diferencias entre las propiedades fsicas de los componentes de una mezcla, tales como Punto de Ebullicin; Densidad; Presin de Vapor; Punto de Fusin; Solubilidad, etc. Los Mtodos Ms conocidos de separacin son: Filtracin; Decantacin; Evaporacin; Cristalizacin, Sublimacin; Destilacin, Extraccin y Cromatografa.

a.- Filtracin El procedimiento de Filtracin consiste en retener partculas slidas por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas, fibras, material poroso o un relleno slido. b.- Decantacin El procedimiento de decantacin consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo, 2 lquidos que no se mezclan, slido y lquido, etc.) siempre y cuando exista una diferencia bien marcada entre las densidades de las fases. La Separacin se efecta vertiendo la fase superior (menos densa) o la inferior (ms densa).c.- Evaporacin El procedimiento de Evaporacin consiste en separar los componentes ms voltiles exponiendo una gran superficie de la mezcla. El aplicar calor y una corriente de aire seco acelera el proceso. d.- Cristalizacin El procedimiento de Cristalizacin consiste en separar componentes a travs de la formacin de cristales o cristalizacin de algunos componentese.- Sublimacin La Sublimacin aprovecha la propiedad de algunos compuestos de cambiar del estado slido al estado vapor sin pasar por el estado lquido. Por ejemplo, el I2 y el CO2 (hielo seco) poseen esta propiedad a presin atmosfrica. f.- Destilacin Este mtodo consiste en separar los componentes de las mezclas basndose en las diferencias en los puntos de ebullicin de dichos componentes. Cabe mencionar que un compuesto de punto de ebullicin bajo se considera voltil en relacin con los otros componentes de puntos de ebullicin mayor. Los fluidos en la cabeza del pozo son una mezcla multicomponente de molculas de hidrgeno y carbono principalmente, donde cada componente tiene diferente densidad, presin de vapor y otras caractersticas fsicas y qumicas. Estos fluidos pueden estar presentes dentro del yacimiento en una o dos fases (lquida y/o gaseosa) a la presin y temperatura de confinamiento; Para establecer las condiciones de separacin mas apropiadas, de acuerdo a las caractersticas de los fluidos producidos, se tiene que considerar las siguientes variables de control: el tipo, el tamao y los dispositivos internos del separador, el tiempo de residencia del aceite, las etapas de separacin, las presiones y temperaturas de operacin y el lugar de instalacin de los separadoresAlta eficiencia en la separacin del aceite y gas. Esta eficiencia en un separador depende fundamentalmente de su diseo. Las caractersticas de los fluidos y los gastos determinan el tipo y las dimensiones del separador para cada caso particular.Mayores ritmos de produccin. Cuando las condiciones de explotacin de los campos productores son favorables, el ritmo de produccin de sus pozos puede aumentarse reduciendo su contrapresin en la superficie. La menor contrapresin, y por consiguiente el mayor gasto, se obtiene colocando los separadores lo mas cercanamente a los pozos, ajustando simultneamente su presin de operacin al valor mnimo que las condiciones de produccin lo permitanMayor recuperacin de hidrocarburos lquidos. Debido a que los hidrocarburos de mayor valor comercial son los lquidos, frecuentemente la eficiencia del proceso de separacin se relaciona con la cantidad de hidrocarburos licuables que contiene la fase gaseosa que abandona los separadores. Para reducir al mnimo esta cantidad de lquidos es necesario generalmente realizar el proceso de separacin en varias etapas; es decir que el lquido desalojado del primer separador pase por otros que operen a presiones reducidas secuencialmente, hasta llegar al tanque de almacenamiento, donde en forma natural se efecta la ltima etapa de separacin, a la temperatura y presin ambienteAceite y gas estabilizado.- A fin de que el aceite no experimente prdidas sustanciales por evaporacin durante su almacenamiento, al ser manejado a condiciones superficiales en las refineras, o al cargar los buques para su exportacin, es necesario estabilizarlo previamente. El aceite se estabilizaAjustando su presin de vapor de modo tal que esta sea menor que la atmosfrica a la temperatura mxima esperada en el medio ambiente.. FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIN DE FLUIDOSLos separadores son dispositivos empleados para la separacin de mezclas de lquido y gas.Las razones principales por las que es importante efectuar una separacin adecuada de lquido y gas, son las siguientes:a. En campos de gas y condensado donde no se cuenta con el equipo adecuado de separacin y adems se quema el gas, una cantidad considerable de condensado que es arrastrado por el flujo de gas tambin es quemado, ocasionando prdidas considerablesb. Muchas veces es necesario transportar el gas a cierta distancia para tratarlo, por lo que, es conveniente eliminarle la mayor cantidad posible de lquido para evitar problemas tales como: i. Corrosinii. Aumento en las cadas de presiniii. Disminucin de la capacidad de transporte de las lneas.Para una operacin eficiente y estable sobre un amplio rango de condiciones, un separador est constituido por los siguientes componentes:a. Una seccin de separacin primaria b. Una seccin de separacin secundaria c. Una seccin de extraccin de niebla d. Una seccin de almacenamiento de lquidos SECCION PRIMARIAEs donde se efecta la separacin de la mayor porcin de lquido de la corriente y reduce la turbulencia del flujo. Esta separacin se efecta a travs de un cambio de direccin mediante una entrada tangencial, la cual imparte un movimiento circular a los fluidos (induciendo una fuerza centrfuga al flujo), reduciendo a la vez, la velocidad de los mismos.SECCION SECUNDARIAEs donde se remueve las pequeas gotas de lquido. La mayor fuerza de separacin en esta seccin es la gravedad, por lo que es importante minimizar la turbulencia y velocidad del gas a la entrada y disponer de una longitud suficiente de separadorSECCION DE EXTRACCION DE NIEBLAEsta seccin remueve las gotas ms pequeas de lquido que no lograron eliminar las secciones primaria y secundaria. El choque y/o fuerza centrfuga son los mecanismos de separacin en esta parte del separador.SECCION DE ALMACENAMIENTO DE LIQUIDOSEn esta seccin se almacena y descarga el lquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador debe tener suficiente capacidad para manejar posibles baches de lquido, de tal manera que el lquido separado, no sea arrastrado por la corriente de gas.PRINCIPIOS DE SEPARACIN Los principios fsicos bsicos para la separacin son:1. Insolubilidad entre los fluidos: El estado gaseoso y el lquido en condiciones estables de temperatura y presin, as como el agua y el petrleo, no son solubles, es decir que si bien se mezclan, no son miscibles, conservando su estructura original.2. Diferencia de densidades.- se separan por diferencia de pesos3. Decantacin.-Es el efecto de la gravedad sobre los diferentes pesos de los fluidos a separar, haciendo que el ms pesado tenga la tendencia a acumularse en lo ms profundo.Cantidad de Movimiento Las fases fluidas con diferentes densidades tienen diferentes cantidades de movimiento. Si una corriente bifsica cambia de direccin bruscamente, la cantidad de movimiento se incrementa y no permite que las partculas de la fase pesada se muevan tan rpido como las fases livianas las partculas de la fase ligera, este fenmeno provoca la separacin de los fluidos petrolerosCoalescencia Las gotas muy pequeas no pueden ser separadas por gravedad. Estas se unen, por medio del proceso de coalescencia, para formar gotas mayores, las cuales se acercan lo suficiente como para superar las tensiones superficiales individuales y poder de esta forma separarse por gravedad. a.- Hacer una primera separacin de fases entre los hidrocarburos de la mezcla del fluido petrolero, en este caso, el proceso de separacin entre los hidrocarburos, esencialmente lquidos y gaseosos.b.- Refinar el proceso mediante la recoleccin de partculas lquidas atrapadas en la fase gaseosa Cuando el proceso de separacin ocurre entre la fase gaseosa y lquida, la funcin del separador ser: Refinar el proceso de separacin mediante la recoleccin de partculas lquidas atrapadas en la fase gaseosa, y partculas del gas atrapadas en la fase lquida.c.- Liberar parte de la fase gaseosa que haya quedado atrapada en la lquida, lo cual se relaciona con el tiempo de residencia del lquido, en el fluido petrolero, que s esta separandod.- Descargar por separado la fase lquida y gaseosa, que salen del separador, con el objetivo de evitar que se vuelvan a mezclar, lo que hara que el proceso de separacin sea de una baja eficiencia.e.- evitar los problemas de turbulencia Cuando el separador se ha diseado para las fases gas-lquido, la turbulencia que ocurren en la seccin ocupada por el gas debe ser minimizada.f.- La acumulacin de espuma y partculas contaminantes deben ser eliminadas.g.- Las salidas de los fluidos deben estar previstas de controles de presin.h.- Las regiones de acumulacin de slidos deben tener prevista la remocin de estas fases.Para evitar presiones excesivas el separador debe tener vlvulas de alivio, por ejemplo debe tener lneas obstaculizadoras. Para realizar controles visuales del proceso de separacin el recipiente debe estar provisto de manmetros, termmetros, controles de nivel, etc. Para facilitar la inspeccin y mantenimiento el separador debe tener bocas de visitas.FACTORES QUE AFECTAN A LA EFICIENCIA DE SEPARACIONC) Presin de Separacin.- La presin de separacin afecta a la capacidad de los separadores, al aumentar la presin de separacin, aumenta la capacidad de separacin de gas y viceversa. D) Temperatura de SeparacinE) Densidad del Liquido y Gas.- Estos factores afectan la capacidad de manejo de gas en los separadores ya que la capacidad es directamente proporcional a la diferencia de densidades e inversamente proporcional a la densidad del gasF) Viscosidad del GasMECANISMOS DE SEPARACIONSeparacin gravitacional se basa en las leyes de Stokes, pero tambin toma en cuenta los aspectos no ideales y los efectos de la turbulencia. Se calcula la mxima velocidad horizontal y se compara con la velocidad terminal de la partcula de petrleo que asciende. La ley de Stokes se refiere a la fuerza de friccin experimentada por objetos esfricos movindose en el seno de un fluido viscoso en un rgimen laminar de bajos nmeros de Reynolds. Separacin por fuerza centrifuga.- La fuerza centrifuga que se induce a las partculas de lquidos suspendidas en la corriente de gas, varios cientos de veces mayor que la fuerza de gravedad que acta sobre las mismas partculas. Este principio se aplica en la seccin primaria y seccin de extraccin de niebla del separador ( extractores de niebla tipo ciclnico)Separacin por choque: Es el que mas se emplea en la eliminacin de pequeas partculas de lquidos suspendidas en una corriente de gas, chocan con las obstrucciones de los internos del separador donde quedan adheridas.Tiempo de residencia.- es el tiempo que le lleva al fluido pasar por el separador. Para un determinado caudal o flujo, ste tiempo est fundamentado por el volumen disponible. Est dado por el dimetro del separador el largo, y el nivel de lquido de operacin. Cambio de velocidad.- Asociado al principio de inercia, los cambios de velocidad se manifestarn en una reduccin de velocidad de cada una de las fases en forma diferente y consecuente con sus densidades.Cambio de direccin Superficie interfase TIPOS DE SEPARADORESLos separadores de aceite y gas son generalmente de dos tipos: dos fases (bifsico) y tres fases (trifsico).El separador bifsico separa el fluido del pozo en lquido y gas, descargando por la parte superior del dispositivo el gas y el lquido por la parte inferior.El separador trifsico separa el fluido del pozo en condensado, gas y agua, el gas es descargado por la parte superior, el condensado por la parte intermedia y el agua, por la parte inferior del separador.Ambos tipos de separadores pueden ser diseados de las siguientes formas:a. Horizontalesi. Monotubos (De un solo barril) ii. Doble tubo (De dos barriles, uno encima del otro).a. Verticalesb. EsfricosVentajas de los Separadores Verticalesa.- Por lo normal se emplean cuando la relacin gas o vapor- lquido es alta y/o cuando se esperan grandes variaciones en el flujo de vapor/gasb.- Tienen mayor facilidad, que un separador horizontal para el control del nivel del lquido, y para la instalacin fsica de la instrumentacin de control, alarmas e interruptoresc.- Ocupan poco espacio horizontald.- Tienen facilidades en remocin de slidos acumuladosDesventajas de los Separadores Verticalesa.- El manejo de grandes cantidades de lquido, produce fuertes variaciones en la entrada del lquido, lo que obliga a tener separadores con excesivos tamaosb.- requieren de mayor dimetro que los separadores horizontales, para una capacidad dada de gasc.- Requieren de mucho espacio vertical para su instalacin, lo que provoca problemas de carcter econmico, ya que no siempre las instalaciones cuentan con el espacio suficiente, y tienen que comenzar a adquirir terrenos adicionales para la implementacin del separador, y de tal forma que su desempeo sea de alta eficiencia, y que las instalaciones no perjudiquen la utilizacin de otros equipos.Ventajas de Un Separador Horizontala.- Por lo normal se emplean cuando la relacin gas- lquido es bajab.- requieren de poco espacio vertical para su instalacinc.- requieren menor dimetro que un separador vertical, para una capacidad dada de gas de gasd.- Manejan grandes cantidades de lquido, optimizando el volumen de operacin requeridoe.- Los volmenes de retencin facilitan la desgasificacin del lquido y el manejo de la espuma, si se formaDesventajas de los Separadores Horizontalesa.- Cuando existen variaciones a nivel de la fase pesada afectan la separacin de la fase livianab.- Ocupan mucho espacio horizontalc.- Es difcil la remocin de slidos acumuladosDISEO DE SEPARADORESParmetros de soporte. A) Composicin y caractersticas del fluido que se va a separar. B) Condiciones de presin y temperatura a la cual se desea hacer la separacin. Mximos y mnimos durante la operacinC) Separacin terica del fluido a P y T. .- se refiere a la prediccin matemtica de cmo habr de comportarse el fluido cuando est en equilibrio a determinadas condiciones de P y T.D) Caudal (a condiciones normales), composicin y caractersticas del gas y del lquido que se han separadoRECOMENDACIONES DE LA GPSA Y DE LA PDVSA4.- Cada fabricante construye los recipientes siguiendo sus propios lineamientos. El comprador deber velar porque se cumpla la normativa previendo que el equipo satisfaga las condiciones mnimas para la operacin deseada.DISEO DEL SEPARADORa)Clculo del dimetro del separador.Principales parmetros que se emplean para definir el dimetro del separador - Caudal de gas en el tope del separador.- Volumen a condiciones de operacin.- Velocidad crtica del gas dentro del separador.- rea seccional del separador.- Dimetro terico del separador, en funcin del gas.- Seleccin del dimetro comerciab) Altura ocupada por el lquido.- rea del separador seleccionado.- Seleccin del tiempo de retencin del lquido.-Determinacin del volumen de lquido retenido.- Altura del lquido dentro de la unidadc) Dimensionamiento de la unidad. (IGPA).Cuando se dispone del dimetro y la altura ocupada por el lquido, se puede verificar, una y otra vez, las dimensiones del equipo hasta lograr la altura total. La relacin de esbeltez (L/D) se ajusta hasta satisfacer la normativa empleada.

d)Efecto de la densidad del lquido sobre el tamao del separador. La gravedad API del fluido determina el tiempo de retencin que se le debe asignar al petrleo para garantizar que se separe de la fase gaseosa. Un fluido pesado (menor de 25 API) debe tener un tiempo de retencin de cinco minutos; para gravedades entre 25 y 40 API, se reservan tres minutos y, minuto y medio para gravedades mayores de 40 API.e)Diseo fuera de norma.A pesar de que la aplicacin de la norma suele ser obligante, los fabricantes de equipos tienden a establecer sus propios criterios, que en principio persiguen las mayores ganancias.