PROCESO DE EXPANSION DEL GAS NATURAL

PROCESO DE EXPANSION DEL GAS NATURALJAIME GARCIAINGENIERIA DEL GASFUNDACION UNIVERSIDAD DE AMERICAINTRODUCCIONSe busca con este trabajo conocer o explicar el funcionamiento del proceso de Expansin del gas natural tomando como fundamento principal la expansin desarrollada por Joule Thompson para procesos de expansin.Cuando a un gas natural se le hace pasar a travs de una vlvula adiabtica para realizar un proceso de expansin algunas veces la temperatura disminuye durante el proceso en la mayora de los casos aunque se ha observado que en ocasiones tambin la temperatura puede aumentar.El calentamiento o enfriamiento depende de tres factores que son:Composicin del gas naturalCondiciones iniciales de presin y temperatura a la vlvulaValor de cada de presinPROCESO DE EXPANSION ISOENTALPICA

El proceso de expansin Joule Thompson o estrangulamiento es un proceso en el cual la entalpia del fluido permanece igual por lo que o hay transferencia de calor entre el sistema y el alrededor y tampoco hay trabajo, por ende la temperatura cambia cuando a presin cae.Se aplica la 1 ley de la termodinmicaU2-U1= Q+W y como Q =0W= P1V1 P2V2 entonces reajustando la ecuacinU2+P2V2 = U1 +PIV1 y como se tiene que H = U+PV entoncesH1= H2 por ende con esto se demuestra que es un proceso isoentlpico, adicionalmente se tiene que mU= (dT/dP)hEsta ultima ecuacin representa el cambio de temperatura por unidad de cambio de presin a entalpia constante y se le conoce como el coeficiente de Joule-Thompson.E valor de este indica si se esta produciendo un calentamiento o un enfriamientoCURVA DE INVERSION TIPICA JOULE THOMPSON

Los puntos donde el coeficiente de Joule Thompson vale 0 se conocen como puntos de inversin un ejemplo es el punto C.La curva de inversin separa dos regionesRegin de Enfriamiento: valores de coeficiente positivos, cualquier cada de presin aqu produce una disminucin de temperatura ejemplos C, B o ARegin Calentamiento: valores de coeficiente negativos aqu las cadas de presin producen aumento de temperatura del gas, ejemplos E,D o CCOMPORTAMIENTO DE EXPANSION DE GAS NATURALConociendo la presin del gas se realiza el siguiente procedimiento para ver el comportamiento durante la expansin de dicho gas:Construir la grafica P,T para el gas correspondiente con su respectiva curva de inversin.Calcular el valor de la entalpia del gas con las propiedades del gas y los valores de P1, T1 y V1, este valor de H permanece constante.Bajando la presin y manteniendo H constante por mtodo de ensayo y error se construye una lnea isoentlpica a partir del punto inicial hasta el punto de presin final, y en este punto se puede conocer el valor de la temperatura final.En la figura se puede observar la curva de inversin para el N2, H2 y el Helio cada uno de distinto comportamiento.

METODO DE ANALISIS SIMPLIFICADO

APLICACIN DEL EFECTO DE JOULE THOMPSONLa absorcin, y los procesos de refrigeracin, entre los cuales uno de ellos corresponde a la refrigeracin por expansin isoentlpica. Ambos mtodos permiten recuperar casi toda la fraccin pesada de los lquidos, sin embargo las fracciones livianas como el etano, son ms difciles de extraer mediante la absorcin. Los procesos de refrigeracin, sin embargo, permiten la separacin de las fracciones ms livianas de los lquidos, al producir la condensacin de las mismas por una disminucin de la temperatura. Se tiene que la expansin isoentlpica a travs del efecto Joule-Thomson (JT) como parte de los procesos de refrigeracin es uno de los mtodos ms sencillos para realizar dicho enfriamiento.En la figura 1.3 se muestra un esquema de este tipo de plantas, las mismas se caracterizan por el uso de una turbina de expansin, en sustitucin del enfriador y de la vlvula JT usada en la refrigeracin mecnica y la auto-refrigeracin respectivamente, por lo cual son conocidas como plantas turbo-expansoras.

DEMOSTRACION DE CONDICIONES ISOENTALPICAS EN EL PROCESO

EXPANSION ISOENTALPICALos clculos de flash permiten a su vez determinar la entalpa a las condiciones de saturacin (punto de burbuja y punto de roco). La entalpa de un fluido puede ser calculada por la suma de dos contribuciones, principalmente la entalpa de gas ideal Hig, y la entalpa residual Hres:

Donde T0 es la temperatura de referencia, escogida arbitrariamente, y H0ig es la entalpa de gas ideal calculada a esa temperatura. CPig es la capacidad calrica de gas ideal la cual se obtiene de la ecuacin:

CICLO DE COMPRESION DE UN GAS

EXPANSION ISOENTROPICA

PROCESOS GENERALES CON GAS NATURAL

COSTOS APROXIMADOS POR ETAPAS EN PRODUCCION DE GAS NATURAL

LICUEFACCION

DESHIDRATACIONSe deshidrata y se filtra el gas para llevarlo a valores inferiores a 1 ppm, la funcin principal de este proceso es prevenir la formacin de gases hidratados reduciendo la corrosin en las lneas de flujo.Los mtodos que mas se usan son:Enfriamiento directo: el agua saturada en el gas natural disminuye con el incremento de presin o la disminucin de temperatura.Absorcin de agua en glicoles: se hace pasar el gas por un filtro de glicol normalmente TEG el cual se combina con el agua. La corriente de glicol debe ser recargada constantemente ya que algo de TEG podra reaccionar y formar molculas no deseadas.Adsorcin de agua por solidos

TRATAMIENTOEste proceso es usado para la remocin de gases cidos CO2 H2S y otros componentes de azufre esto incluye:Solventes: para tratar gases cidos.Absorbentes: que funcionan como filtros moleculares para remover rastros de componentes de azufre.Separacin por destilacin: El Co2 se puede separara usando el mtodo Ryan Holmes en el que se usa vapor de NGL para suprimir el frio del Co2.Procesos Redox: Se busca la oxidacin de HS para producir sulfuro elemental, se usa por lo general xidos de zinc para la desulfurizacion del gas.

RECUPERACION DE AZUFREUn solvente remueve HS Co2 y otros componentes de azufre y parte de Co2. el sulfuro elemental es recuperado gel gas solvente de regeneracin a partir de una combinacin de los procesos Claus y Scot.Los procesos mencionados hasta ahora tienen como objetivo eliminar componentes no deseados y aquellos susceptibles a congelarse.

Circuito de refrigeracinEl propsito de esto es eliminar el calor sensible y latente del gas natural de forma que se transforma de estado gaseoso a alta presin a estado liquido a presin atmosfrica. Uno de los procesos usados es el C3/MR de APCI( refrigeracin por mezcla de fluidos refrigerantes y pre enfriamiento con propano), el cual cuenta con una notable fiabilidad.Este proceso emplea dos circuitos de refrigeracin. El primero usa como fluido refrigerante propano y el segundo una mezcla de etano, propano, metano y nitrgeno obtenidos tras el fraccionamiento de los C2+.Luego el gas entra a un intercambiador criognico el cual refrigera el gas mediante un circuito cerrado de una mezcla de refrigerantes.Despus del licuado este es subenfriado antes de ser almacenado esto se hace para que se produzca la menor cantidad de vapor en el llenado de los tanques, seguido de una expansin a una presin ligeramente superior a la atmosfrica.Si el gas presenta alto contenido de N2, este debe ser eliminado. Esta operacin generalmente se realiza en la expansin final.