acondicionamiento del gas natural y su impacto ambiental final2

FACULTAD DE INGENIERÍA
“ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU
IMPACTO AMBIENTAL” una revisión de la literatura
científica
Autores:
Cristian Antonio Ortega Cárdenas
Ronaldo Gaudencio Palomino
Jara Karina Gissella Peñaloza Jara
Heydi Xiomara Rioja Cobian
Asesor:
Ing. Eva María Tenorio Chigne
Lima – Perú 2021
ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
Índice
RESUMEN ............................................................................................................................................. 4
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 5
Capítulo I: Planteamiento del problema ................................................................................................ 7
3.1)
Planteamiento del problema .................................................................................................. 7
3.2) Objetivo General y pregunta de investigación ............................................................................ 8
3.3) Objetivos Específicos ................................................................................................................. 8
3.4) Justificación ................................................................................................................................ 9
3.5) Limitaciones ................................................................................................................................ 9
Capítulo II. Marco Teórico ...................................................................................................................10
4.1) Antecedentes ............................................................................................................................10
4.2) Desarrollo del marco teórico .....................................................................................................13
4.2.1) Gas natural ............................................................................................................................13
4.2.2) Consecuencias de los ácidos: ...............................................................................................15
4.2.3) La deshidratación de gas natural ..........................................................................................16
4.2.4) Endulzamiento del gas natural ..............................................................................................18
4.2.5) Pasos del acondicionamiento del gas natural .......................................................................22
4.3) Definiciones fundamentales .....................................................................................................27
4.3.1) Gas natural ............................................................................................................................27
4.3.2) Acondicionamiento ................................................................................................................27
4.3.3) Deshidratación .......................................................................................................................27
4.3.4) Endulzamiento .......................................................................................................................28
4.3.5) Aminas ...................................................................................................................................28
4.3.6) Fracking .................................................................................................................................28
4.3.7) Atmósfera ..............................................................................................................................28
4.3.8) Gel de sílice ...........................................................................................................................29
4.3.9) Gas en solución .....................................................................................................................29
4.3.10) Impurezas ............................................................................................................................29
4.2.11) Extracción ............................................................................................................................29
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
4.2.12) Dietanolamina ......................................................................................................................30
4.2.13) Gas de despojamiento .........................................................................................................30
4.2.14) Mercaptanos ........................................................................................................................30
4.2.15) ONU .....................................................................................................................................30
4.2.17) BTU ......................................................................................................................................31
4.2.18) EIA .......................................................................................................................................31
4.2.19) HFO .....................................................................................................................................31
Capítulo III: Diseño Metodológico .......................................................................................................34
5.1) Desarrollo del producto ............................................................................................................34
5.1.1) Recursos................................................................................................................................34
5.1.2) Procedimiento ........................................................................................................................41
5.2) Descripción del proceso ...........................................................................................................45
5.2.1) Propuesta de valor ................................................................................................................50
5.2.2) Control de calidad ..................................................................................................................51
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
RESUMEN
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, a nivel mundial observamos constantemente el uso de diversos
combustibles que perjudican el medio ambiente como el carbón, petróleo, gas natural;
específicamente en este último, se considera como el menos contaminante, ya que es
extraído directamente de la naturaleza.
Aunque este es reconocido como uno de los combustibles más ecológicos, también causa
efectos negativos en el medio ambiente, principalmente durante su etapa de extracción.
Así mismo, encontramos artículos científicos que estudian este mismo problema; como
lo dice Conexión ESAN (2015) en sus apuntes empresariales sobre el gas natural y su
impacto ambiental en la actualidad.
El gas natural es una de las fuentes de energía más limpias y respetuosas con el medio
ambiente, ya que es la que contiene menos dióxido de carbono (CO2) y lanza menores
emisiones a la atmósfera; como lo dice Vásquez (2017) en su revisión sistemática
sobre energía económica y eficaz, una alternativa segura y versátil y capaz de
satisfacer la demanda energética con su título de proyecto energético más importante
del país, y finalmente verificando su libro: La industria del gas natural en el Perú a
diez años del proyecto Camisea. Por lo que constituye la tercera fuente de energía más
importante a nivel mundial, después del petróleo y el carbón, resulta sumamente
importante tanto en la industria como el consumidor final. Es necesario su
procesamiento para disminuir las impurezas que contenga.
Si bien el impacto ambiental del gas natural es menor en todas sus etapas (extracción,
elaboración, transporte y utilización), se ha comprobado que en la primera fase pueden
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desprenderse algunos contaminantes. Esto a raíz del fracking, que produce el punto más alto de
contaminación de este combustible fósil.
La técnica de fracking tiene una gran oposición en el mundo, principalmente en
ciudades de Estados Unidos como Nueva York, donde se han hecho marchas en contra
de su utilización. El Perú es uno de los 193 países miembros de la Organización de las
Naciones Unidas (ONU) que aprobaron en el 2015 la Agenda 2030 para el Desarrollo
Sostenible, la cual contempla 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (en adelante ODS).
El Objetivo 7 que corresponde a la lucha contra el cambio climático y el acceso
universal a una energía asequible, segura, sostenible y moderna, es el que interesa como
parte del objetivo de la presente investigación y, es relevante toda vez que según la ONU
(2016), la energía representa alrededor del 60% del total de emisiones de gases de efecto
invernadero a nivel mundial, por tanto, la reducción de la intensidad de las emisiones de
dióxido de carbono provenientes de la energía, es un objetivo a largo plazo relacionado
con la lucha contra el cambio climático. En este estudio queremos dar a conocer la
importancia del acondicionamiento del gas natural como ayuda para el medio ambiente,
donde consta de dos procesos fundamentales: la deshidratación y el endulzamiento.
El primero consiste en la eliminación del excedente de agua presente en la corriente
gaseosa y se realiza juntamente con el proceso de desgasolinaje (eliminación de la
gasolina); y el segundo consiste en la eliminación parcial de los gases ácidos contenidos
en gas natural. (Tiraldo, 2017)
Este conjunto de procesos a los que se somete el gas a fin de extraer los contaminantes y/o
satisfacer las especificaciones de seguridad, del mercado o los procesos subsecuentes a los
que el gas será sometido (MINEM); además, una máxima eficiencia en su transporte.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
Capítulo I: Planteamiento del problema
3.1)
Planteamiento del problema
El Gas Natural es una mezcla de hidrocarburos parafínicos compuesto
principalmente de Metano, Etano, Propano, Butanos, Pentanos y Otras impurezas
tales como CO2, H2S y Vapor de Agua. El Gas Natural tiene que acondicionarse
para poder cumplir con los estándares de calidad especificados por las compañías de
transmisión y distribución, dependiendo del diseño del sistema de oleoductos y de
las necesidades del mercado que se quiere atender.
Los problemas que se pueden tener por la presencia de los siguientes compuestos en
el gas natural:
H2S. - Toxicidad del H2S, corrosión por presencia de H2S y CO2 y por lo que se forma
en la combustión es también altamente tóxico y corrosivo.
CO2. - En el proceso de licuefacción para su almacenamiento, el CO2 se solidificaría
interfiriendo con el proceso criogénico y disminución del poder calorífico del gas.
Vapor de agua. - A temperaturas cercanas a la temperatura ambiente y presiones altas
forma Hidratos de Metano que pueden obstruir los Gasoductos y forman soluciones
acidas en presencia de compuestos como el CO2 y el H2S.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
3.2) Objetivo General y pregunta de investigación
El objetivo principal de la presente revisión sistemática es: Dar a conocer la
importancia del acondicionamiento del gas natural como ayuda para el medio
ambiente.
En este sentido es que surge la pregunta de esta investigación, la cual se sintetiza en:
¿Cuál es la tecnología más limpia para acondicionar el gas natural?
3.3) Objetivos Específicos
-
Conocer los principales métodos de Acondicionamiento del gas natural, los
cuales son: La deshidratación y el endulzamiento.
-
Demostrar que la deshidratación y el endulzamiento son los métodos más
convenientes para que el impacto en el ambiente no sea tan perjudicial.
-
Establecer las características fundamentales del gas natural que permitan
seleccionar algún proceso de acondicionamiento.
-
Mostrar la cantidad de impurezas que tiene el gas natural antes de su
endulzamiento.
-
Dar conocimiento de consecuencias de gases ácidos en el gas natural.
-
Describir los métodos que se pueden usar para la deshidratación del gas natural.
-
Comprender las consecuencias de la presencia del agua como contaminante en
los procesos asociados a la deshidratación del gas natural.
-
Dar la importancia de acondicionamiento del gas natural para su
comercialización y distribución.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
3.4) Justificación
El Gas Natural producido por los pozos gasíferos, siempre viene asociado con agua
en mayor o menor cantidad, lo que puede provocar la formación de “hidratos”, bajo
determinadas condiciones. Los hidratos resultan de la mezcla de moléculas de agua y
de hidrocarburos ligeros, en condiciones de alta presión y de temperaturas no muy
elevadas (aunque suelen aparecer por encima de 0ºC). Dichos hidratos se presentan en
forma sólida al bajar la temperatura del Gas Natural y pueden provocar taponamientos
en los ductos que transportan el gas, problemas de corrosión y también problemas de
obstrucción en los espacios porales de los reservorios. Es por ello que, para cualquier
uso que se quiera dar al Gas Natural, éste debe ser previamente acondicionado, es
decir, reducir su contenido de agua a un valor máximo establecido y alcanzar valores
de presión y de temperatura requeridos. Como ejemplo, podemos mencionar que en
los contratos de compra-venta de Gas Natural, se establecen los valores de presión,
temperatura y el contenido máximo de agua.
3.5) Limitaciones
-
La investigación podría limitarse debido a que no se realizó físicamente el
proceso, solo en base a otras investigaciones.
-
Que al no contar con una planta piloto de este proceso industrial deberá de
asumirse que los resultados obtenidos son los más aproximados para las
condiciones de operación que se están buscando.
-
El costo para realizar este proceso de acondicionamiento del gas natural.
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Capítulo II. Marco Teórico
4.1) Antecedentes
Según DUARTE, A; et.al. (2015) en su investigación sobre el Impacto económico y ambiental
del uso del gas natural en la generación de electricidad en El Amazonas indica que la estimación
de las reducciones de emisiones para los tres años de operación analizados se determina a partir
de la diferencia entre el nivel de emisiones del escenario base (consumo de petróleo) y las
emisiones asociadas al escenario con uso de gas natural, tomando como base los valores de libras
de contaminantes del aire por millón de BTU de energía recomendados por la EIA. Además, se
realiza el análisis comparativo del efecto medioambiental debido a la sustitución del HFO por gas
natural para la generación de energía en la planta. Concluyendo que, es positivamente
significativa la reducción de los niveles de emisiones a la atmosfera con el uso del gas natural. Se
disminuye el dióxido de carbono, así como los óxidos de nitrógeno, de azufre y las partículas
emitidas al medio.
Según REVOLO, M; et.al. (2019) en su investigación de El gas natural y su impacto ambiental
en la actualidad indica que el gas natural es menor en todas sus etapas (extracción, elaboración,
transporte y utilización), se ha comprobado que en la primera fase pueden desprenderse
algunos contaminantes.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
Esto a raíz del fracking, que produce el punto más alto de contaminación de este combustible
fósil. Dicha técnica es usada para aumentar la extracción de gas y petróleo del subsuelo que
consiste en generar fisuras en la roca para que parte del gas fluya al exterior y pueda extraerse
luego de mejor manera desde un pozo. Este sistema tiene varias desventajas, como la
contaminación sonora, la contaminación de la atmósfera y hasta puede generar temblores. En un
principio, el gas natural fue utilizado únicamente como combustible para iluminación. Sin
embargo, en la actualidad ya puede ser empleado para otros propósitos. Por otro lado, aunque sea
reconocido como un combustible más ecológico que el carbón y el petróleo, también causa
efectos negativos en el medioambiente, principalmente durante su etapa de extracción, lo que ha
provocado un fuerte rechazo a los procesos extractivos como el fracking.
Según DIGMAN (2006) El proceso de endulzamiento de gas natural se refiere a la purificación
del gas, eliminando especialmente el ácido sulfhídrico y el dióxido de carbono, debido a que
son altamente corrosivos en presencia de agua y tienen un impacto negativo en la capacidad
calorífica del gas natural. Dicha operación involucra la remoción de las impurezas presentes en
fase gaseosa. En la absorción química es muy importante el uso de disolventes específicos para
la remoción de gases ácidos como SO2, CO2 y H2S. Los solventes empleados son soluciones
acuosas de alcanolaminas, las más empleadas en el endulzamiento de gas natural son:
monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), N-metil- dietanolamina (MDEA), o
combinaciones de las mismas. Este proceso consta de dos etapas: absorción de gases ácidos,
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
en la cual se lleva a cabo la retención del ácido sulfhídrico y el Dióxido de carbono de una
corriente de gas natural amargo utilizando una solución acuosa de metildietanolamina (MDEA)
a baja temperatura y alta presión.
Según RODRÍGUEZ, W. (2011). Realizo un trabajo de grado titulado” Optimización del
Proceso de Deshidratación de Gas Natural de Planta PIGAP II PDVSA EYP Oriente” El
desarrollo de esta investigación estuvo basado en la observación directa de variables como la
temperatura, presión, caudal y contenido de agua en gas; presión temperatura tasa de circulación,
pH y humedad del glicol y la comparación de estas con los valores recomendados.
Se realizó el modelaje a través de un simulador y se calculó las pedidas por evaporación y arrastre
para cada uno de los trenes. Este trabajo es de gran importancia para futuras investigaciones.
Según THE ECONOMIST (2010), recién en el año 2004 el Perú comenzó a producir grandes
cantidades de gas desde la Selva de Camisea, pozo no explotado luego de casi 30 años de ser
descubierto. Tan pronto como el gas llegó a Lima, Alejandro Toledo firmó un contrato futuro
donde un consorcio liderado por Hunt Oil, una firma estadounidense, construiría un Terminal
de Licuefacción de Gas en Pampa Melchorita, al sur de Lima, para exportarse el gas a México.
El 10 de junio de 2009 el primer barco zarpó y el Perú se unió al grupo de países exportadores de
gas. Pero más allá de celebrar, algunos peruanos se preocuparon de que una fuente limpia y barata
de energía se iba a acabar pronto.
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Según CÁCERES, L; et.al. (2000) en su investigación sobre La importancia que tiene el gas
natural para el desarrollo de nuestro país indica que el gas natural representa para la industria una fuente
energética con grandes ventajas sobre otras fuentes, tanto por su bajo costo como por su calidad y
limpieza. La utilización del gas natural para el desarrollo de un país involucra no sólo el gas natural en sí,
sino también los líquidos de ese gas natural tales como el gas licuado de petróleo (GLP), el etanol y otros
como el hexano y la gasolina natural; en otras palabras, hay que tener en cuenta ambos - Gas natural Líquidos del gas natural. El gas natural puede utilizarse como combustible o como insumo para obtener
otros productos. Como combustible su uso más generalizado es en centrales térmicas generadoras de
electricidad. El otro uso es en la industria que lo utiliza en hornos en general, de acuerdo a sus propias
necesidades. En el caso del Perú la utilización del gas natural en centrales térmicas representaría no menos
del 50% de su mercado.
4.2) Desarrollo del marco teórico
4.2.1) Gas natural
El gas natural es una mezcla de gases ligeros de origen natural entre los que se encuentra
en mayor proporción el metano. La proporción en la que se encuentra este compuesto es
del 75% al 95% del volumen total de la mezcla. El resto de los componentes son etano,
propano, butano, nitrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, helio y argón. Se
desarrollo el empleo del gas natural posteriormente al uso del petróleo. Aparecía en casi
todos los yacimientos petrolíferos se quemaba como un residuo más. A pesar de su
enorme poder calorífico no se podía aprovechar, por los grandes problemas que
planteaban su almacenamiento y transporte.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
La necesidad de encontrar nuevas fuentes de energía, han hecho posible la utilización de
todos estos recursos energéticos.
4.2.1.1) Clasificación del gas natural según su composición:
Siendo su composición en los parámetros más importantes de este, se ha clasificado el gas
natural en gas ácido y dulce.
4.2.1.1.1) Gas ácido: Los gases ácidos presentes son el sulfuro
de hidrógeno y/o dióxido de carbono presentes en el gas natural o extraídos de otras
corrientes gaseosas. Es el residuo resultante de despojar gas natural de los componentes
ácidos. Formado por dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y vapor de agua en altas
concentraciones.
4.2.1.1.2) Gas Dulce: Es aquel que no contiene sulfuro de hidrógeno.
4.2.1.1.3) Gas Agrio: Contiene cantidades apreciables de sulfuro de hidrógeno y por lo tanto es
muy corrosivo.
4.2.1.1.5) Gas Rico: (Húmedo) Es aquel del que puede obtenerse cantidades apreciables de
hidrocarburos líquidos. No tiene nada que ver con el contenido de vapor de agua.
4.2.1.1.6) Gas Pobre: (Seco) Está formado prácticamente por metano.
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4.2.2) Consecuencias de los ácidos:
La principal consecuencia de la presencia de los gases ácidos en el gas natural es que
producirá la corrosión. Proceso que ocurre por la presencia de sulfuro de hidrógeno,
dióxido de carbono, además de la presencia del agua.
Estos compuestos provocaran corrosión cualquier instalación, más si es de acero, en la
cual predominaría en forma metálica. Como no es natural se produce esta reacción que
es catalizada, por la presencia de gases ácidos y agua, que unidos resultan productos
altamente corrosivos. La remoción de H2S, se hace necesaria para reducir la corrosión
en las instalaciones de manejo, procesamiento y transporte de gas.
Por otra parte, la naturaleza tóxica de este contaminante obliga a eliminarlo por razones
de seguridad para la salud y el medio ambiente, como también por la importancia de
recuperar el azufre. Es por ello que se encontró técnicas para poder aprovechar este
recurso de la manera menos contaminante y que no sea perjudicial para los seres
humanos y el medio que nos rodea.
Una de las técnicas para disminuir el impacto en el medio ambiente es el
acondicionamiento del gas natural.
Este es un conjunto de procesos a los que se somete el gas a fin de extraer los
contaminantes y/o satisfacer las especificaciones de seguridad, del mercado o los
procesos subsecuentes a los que el gas será sometido.
Este consta de dos procesos fundamentales: la deshidratación y el endulzamiento.
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4.2.3) La deshidratación de gas natural
Las razones principales para realizar el proceso de remover el vapor de agua del gas
natural son:
- El agua líquida y el gas natural pueden formar hidratos que taponan los equipos
y tuberías.
- El agua líquida del gas natural es corrosiva principalmente si contiene CO2 y
H2S.
- El vapor de agua del gas natural puede condensarse en las líneas llegando a
causar taponamiento.
- Para optimizar el funcionamiento de los compresores.
- Para cumplir con la calidad exigida para su transporte en tuberías y
comercialización.
Es por eso que este proceso va a eliminar hidratos que pueden convertirse en cristales y
tapar líneas y retardar el flujo de hidrocarburos gaseosos. A su vez reduce la corrosión,
elimina la espuma y previene problemas con catalíticos corrientes abajo.
Existen varios mecanismos utilizados para deshidratar el gas éstos son: absorción,
adsorción, procesos con membranas y refrigeración. Estos métodos pueden ser utilizados
de forma individual o combinados para reducir el contenido de agua hasta que cumpla la
especificación requerida.
Existen tres tipos principales de deshidratación de gas:
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4.2.3.1) Sistemas de deshidratación con glicol: Es el mecanismo más común
dentro de la industria y el trietilenglicol (TEG) es universalmente el glicol más
utilizado.
La deshidratación con glicol se usa para absorber el agua de la corriente de gas
de proceso y suele ser seguida por una sección de refrigeración mecánica para
extraer a los hidrocarburos pesados.
4.2.3.2) Acondicionado con gel de sílice: Este mecanismo consiste en
extraer el agua y los hidrocarburos más pesados haciendo pasar el gas a través de un
lecho de adsorción. El gel de sílice es el agente desecante sólido más ampliamente
utilizado para deshidratación estándar de gas natural para cumplir las
especificaciones de los gasoductos. La regeneración del lecho se lleva a cabo a altas
presiones y temperaturas.
4.2.3.3) Tamiz molecular: Son una clase de aluminosilicatos que funcionan
de manera similar a los lechos de gel de sílice.
En comparación con estos últimos, los tamices moleculares tienen una menor
capacidad de retención de agua, lo que significa que, para lograr los mismos
resultados, se requiere de un lecho más grande. Se sabe que los tamices moleculares
producen los puntos de rocío de agua más bajos.
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4.2.4) Endulzamiento del gas natural
El gas alimentado se denomina “amargo”, el producto “gas dulce” y el proceso se conoce
como Endulzamiento. El proceso de endulzamiento de gas natural es un proceso mediante el
cual se ajusta el contenido de gases ácidos, como el CO2 o H2S, de las corrientes que salen
de pozo, a los valores permitidos por especificación, generalmente del ente regulador
competente.
En la actualidad se han desarrollado un sin número de procesos de endulzamiento
caracterizados principalmente por el tipo de absorbente que se emplee, físicos o químicos.
La remoción de gases ácidos, en el escenario planteado, se hace mediante un proceso de
absorción química con aminas.
Las aminas son compuestos derivados del amoniaco (NH3), son bases orgánicas donde uno,
dos o tres grupos alquilo pueden sustituir los hidrógenos de la molécula de amoniaco para
dar aminas primarias, secundarias y terciarias.
Los procesos de endulzamiento los podemos clasificar de acuerdo al tipo de reacción que
presente:
4.2.4.1) Absorción Química (proceso de Amina)
4.2.4.2) Absorción Física (solventes físicos)
4.2.4.3) Combinación de ambas técnicas (solución mixta)
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4.2.4.1) Absorción Química: En estos procesos, el gas que se va a tratar se pone en
contacto en contracorriente con una solución de un componente activo que reacciona
con los gases ácidos para formar compuestos inestables, solubles en el solvente. El
componente activo de la solución puede ser una alcanoamina o una solución básica,
con o sin aditivos.
Proceso Amina: La eliminación de gases ácidos por absorción química con soluciones
acuosas con alcanolaminas. Este proceso consta de dos etapas:
-
Absorción de gases ácidos: Es la parte del proceso donde se lleva a cabo la
retención del ácido sulfhídrico y el bióxido de carbono de una corriente de gas natural
amargo utilizando una solución acuosa de Dietanolamina a baja temperatura y alta
presión.
-
Regeneración de la solución absorberte: Es el complemento del proceso
donde se lleva a cabo la desorción de los compuestos ácidos, diluidos en la solución
mediante la adición de calor a baja presión, reutilizando la solución en el mismo
proceso.
4.2.4.2) Absorción Física: El solvente físico utilizado absorbe el contaminante como
gas en solución, sin que se presenten reacciones químicas, y son regenerados con
disminución de presión y aplicación de
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
calor o uso de pequeñas cantidades de gas de despojamiento. Se caracterizan por su
capacidad de absorber, de manera preferencial, diferentes componentes ácidos de la
corriente de hidrocarburos.
4.2.4.3) Combinación Mixta: En este tipo de procesos se trabaja con la combinación
de solventes físicos y químicos. Lógicamente, el mismo presenta las características de
ambos.
La regeneración se logra por la separación en múltiples etapas y fraccionamiento. Se
puede remover CO2, H2S, COS, CS2 y mercaptanos dependiendo de la composición
del solvente. La selectividad hacia el H2S se logra ajustando la composición del
solvente y/o el tiempo de contacto.
Los principales procesos comerciales que utilizan solventes híbridos son:
Sulfinol- D, Sulfinol- M y Optisol.
Muchas de las actividades que sostienen la economía actual, como la generación de energía
eléctrica, la actividad industrial, el transporte y la producción de desechos que estas
conllevan, causan día a día un impacto considerable en el medio ambiente. Muestra de ello,
es el aumento en la emisión de gases de efecto invernadero que, desde la época de la
revolución industrial se ha incrementado de forma abrupta, como no había ocurrido antes en
la historia de nuestro planeta, originando un calentamiento global intempestivo, cuyos
efectos nocivos aún desconocemos. Es deber de todos, especialmente de la ingeniería,
procurar la disminución de ese impacto, a través de acciones, como la aplicación de
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tecnologías de producción limpia, la creación de planes de manejo ambiental, la sustitución
de combustibles altamente contaminantes y el mejoramiento de la eficiencia energética en
todos los procesos de tipo industrial, comercial, residencial y de transporte. Es deber del
estado establecer las normas y exigir su cumplimiento, para lograr disminuir los impactos
que puede causar cualquier acción u obra industrial, comercial o de infraestructura y
garantizar que se utilicen técnicas para evitar que se afecte de manera considerable el medio
físico y socio económico.
La reducción de las pérdidas en la transmisión y distribución de energía eléctrica y gas
natural, también son actividades que reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
El evitar la fuga del metano presente en minas y pozos, utilizándolo como fuente de
energía, constituye una opción de actividad de proyecto elegible al Mecanismo de
Desarrollo Limpio.
La captura del metano generado por la descomposición de la biomasa en rellenos sanitarios
y plantas de tratamiento de aguas residuales, evita la emisión de este gas a la atmósfera. Si
el metano capturado es utilizado para generar energía eléctrica o térmica, reduce además las
emisiones que hubieran tenido lugar al generar esta energía con combustibles fósiles.
En la actualidad, los avances en los procesos de tratamiento de gas son fundamentalmente
promovidos por:
-
Reducción de emisiones a la atmósfera.
-
Eficiencia energética de procesos involucrados.
-
Alto grado de contaminación que presentan los gases en la actualidad.
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4.2.5) Pasos del acondicionamiento del gas natural
4.2.5.1) Deshidratación-sistemas híbridos
- TEG seguido de Tamices Moleculares.
- Permiten aprovechar las ventajas intrínsecas de cada proceso:
- Facilidad para alcanzar bajas especificación de H 2O con Tamices Moleculares.
- Ventajas para remoción ‘bulk’ con TEG y especificación no restrictiva de H 2O.
4.2.5.2) Deshidratación- disposición de venteos
- Venteo atmosférico Legislación ambiental local (especialmente metano de gas de
stripping).
- Condensación para remoción de BTEX y venteo atm.
- Quemado en antorcha / incinerador.
- Utilización como gas combustible.
- Condensación y re-compresión para reutilizar como gas de stripping.
4.2.5.3) Deshidratación- reducción de emisiones
-
Unidad de recuperación de vapores.
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-
Unidad de regeneración común.
4.2.5.4) Endulzamiento- disposición de gas ácido
- Venteo Legislación ambiental local (especialmente H2S).
- Quema en antorcha / incinerador PCI > 150 BTU/SCF, si no agregar gas combustible.
- Utilización como gas combustible Típicamente: gas permeado de 1er etapa membranas
(verificar PCI requerido).
- Reinyección: Cero emisiones de CO 2; gran incremento en costo.
4.2.5.5) Endulzamiento-sistemas híbridos
- Membranas seguido de Aminas.
- Permiten aprovechar las ventajas intrínsecas de cada proceso:
- Confiabilidad operativa de Aminas y facilidad para alcanzar bajas especificación de
CO2.
- Flexibilidad frente a expansiones de las Membranas y ventajas para remoción ‘bulk’.
- Reutilización del permeado de membranas como gas combustible.
Con el avance tecnológico en el mundo, se ha empezado a utilizar el gas natural para
diferentes propósitos. Por ejemplo, a nivel doméstico, puede ser empleado para cocinar, lavar
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y secar, así como para obtener calefacción o agua caliente. Por su parte, en el sector
comercial, su uso se puede dar en entidades públicas, como hospitales o colegios.
Asimismo, el gas natural puede emplearse como combustible para vehículos debido a las
propiedades del metano, su componente principal. En forma de gas natural comprimido, el
metano ha demostrado ser una buena opción para reemplazar los combustibles fósiles
convencionales. Además, el uso del gas natural como combustible reduce la emisión de
gases contaminantes, tales como monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrocarburos.
De esa forma, contribuye a la reducción de enfermedades respiratorias y a aminorar el efecto
del calentamiento global.
¿También produce contaminación?
Si bien el impacto ambiental del gas natural es menor en todas sus etapas (extracción,
elaboración, transporte y utilización), se ha comprobado que en la primera fase pueden
desprenderse algunos contaminantes. Esto a raíz del fracking, que produce el punto más alto
de contaminación de este combustible fósil.
Debido a esto, han aparecido alternativas para reemplazar esta técnica. Una de ellas es
conocida como la tecnología "octopus". Este nuevo método "perfora simultáneamente
cientos de microlaterales, lo que evita perder tiempo cambiando continuamente la
herramienta y tener que entrar y salir una y otra vez del pozo", explica Nick Barnett de
Octopus Completions, creadora de esta tecnología.
Ortega, C.;Palomino, R.;Peñaloza, K.;Rioja, H.
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" La tecnología octopus reduce el impacto ambiental, aumenta la productividad y evita la
contaminación de millones de litros de agua limpia. Además, disminuye el riesgo sísmico
generado por la inyección de agua contaminada en el subsuelo.
En un principio, el gas natural fue utilizado únicamente como combustible para iluminación.
Sin embargo, en la actualidad ya puede ser empleado para otros propósitos. Por otro lado,
aunque sea reconocido como un combustible más ecológico que el carbón y el petróleo,
también causa efectos negativos en el medioambiente, principalmente durante su etapa de
extracción, lo que ha provocado un fuerte rechazo a los procesos extractivos como el
fracking.
Gracias al desarrollo de nuevas tecnologías que hacen posible un mejor aprovechamiento de
fuentes de energía renovables, ahora podemos permitirnos cuidar recursos que son escasos
como reducir los distintos efectos negativos que tienen las emisiones de CO2 sobre el
planeta. No obstante, dado que el pasaje de una infraestructura pensada para la explotación
de combustibles fósiles hacia otra destinada a aprovechar las energías renovables es una
tarea que puede demorar mucho tiempo, es necesario buscar estrategias de transición que
permitan empezar a reducir los niveles de contaminación.
Una alternativa consiste en capturar CO2 liberado a la atmósfera como contaminante
gaseoso y transformarlo en diferentes productos con valor agregado. En particular, se
destaca la posibilidad de convertirlo en combustibles sintéticos como el metano (CH4)
mediante reacciones catalíticas.
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Ahora de igual manera, como se puede obtener gas natural aprovechando el CO2,
encontramos maneras de reutilizar el gas natural y así reducir los gases liberados que este
deja en su proceso de acondicionamiento perjudiquen en su minoría al medio ambiente.
Algunos ejemplos de qué hacer con sus residuos son los planteados a continuación:
La menor cantidad de residuos producidos permite su uso como fuente de energía directa en
los procesos productivos o en el sector terciario, evitando los procesos de transformación
como los que tienen lugar en las plantas de refino del crudo.
La misma pureza del combustible del gas natural lo hace apropiado para su empleo con las
tecnologías más eficientes:
Generación de electricidad mediante ciclos combinados, la producción simultánea de calor y
electricidad mediante sistemas de cogeneración, climatización mediante dispositivos de
compresión y absorción.
Es por ello que en este proyecto se presentará un ejemplo de proceso de acondicionamiento
de gas natural con menos impacto dañino en el medio ambiente en el cual las instalaciones
de acondicionamiento de gases deben proporcionar un gas seco y limpio para cumplir con
los requisitos para gasoductos o de licuación de gas natural. Durante el acondicionamiento
se originan productos como metano, etano, gas licuado de petróleo (GLP) y gas natural
licuado (GNL).
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4.3) Definiciones fundamentales
4.3.1) Gas natural
El gas natural es una mezcla de gases ligeros de origen natural entre los que se encuentra en
mayor proporción el metano (CH4), también incluye cantidades de etano, dióxido de
carbono, propano, butano, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno, helio y argón. Su origen parte
de la degradación de materia orgánica.
4.3.2) Acondicionamiento
Acondicionamiento es un sustantivo que deriva del verbo acondicionar. Esta acción
consiste en lograr cierta condición o estado a partir de una determinada disposición de las
cosas. El acondicionamiento, por lo tanto, es el resultado de preparar o arreglar algo para
alcanzar una meta o cumplir con un objetivo.
4.3.3) Deshidratación
La deshidratación se produce cuando nuestro cuerpo utiliza o pierde más líquido del que
ingiere, por lo que no tiene suficiente agua para realizar sus funciones. Como regla
general, debemos hidratar nuestro cuerpo y tomar agua cuando tenemos sed.
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4.3.4) Endulzamiento
Un endulzamiento es un hechizo o trabajo de magia blanca utilizado cuando una relación
(familiar, laboral, de pareja, matrimonio, entre mascotas…) está en crisis o pasando por
tensiones y disputas generando una atmosfera cargada y densa en mayor o menor grado.
4.3.5) Aminas
Las aminas son compuestos químicos orgánicos que se consideran como derivados del
amoníaco y resultan de la sustitución de uno o varios de los hidrógenos de la molécula de
amoníaco por otros sustituyentes o radicales. Según se sustituyen uno, dos o tres
hidrógenos, las aminas son primarias, secundarias o terciarias, respectivamente.
4.3.6) Fracking
Según sus defensores, es una técnica que da respuesta a la creciente demanda de energía
con recursos más limpios que el carbón. Sus detractores lo consideran un grave riesgo para
la salud y el medioambiente: el fracking, para algunos la nueva frontera en materia de
combustibles, promete polémica por años por venir.
4.3.7) Atmósfera
La atmósfera es una capa gaseosa de aproximadamente 10.000 km de espesor que rodea la
litosfera e hidrosfera. Está compuesta de gases y de partículas sólidas y líquidas en
suspensión atraídas por la gravedad terrestre.
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4.3.8) Gel de sílice
El gel de sílice es una forma granular y porosa de dióxido de silicio fabricado
sintéticamente a partir de silicato sódico. A pesar del nombre, el gel de sílice es sólido.
4.3.9) Gas en solución
Gas que se disuelve en un líquido, tal como agua o petróleo.
4.3.10) Impurezas
Una impureza es el resto de una sustancia cuya separación no es de interés. El nivel de
impurezas en un material se define generalmente en términos relativos. Es una sustancia o
conjunto de sustancias extrañas a un cuerpo o materia que están mezcladas con él y alteran,
en algunos casos, alguna de sus cualidades: las impurezas del petróleo son eliminadas en
las refinerías.
4.2.11) Extracción
En química, la extracción es un procedimiento de separación de una sustancia que puede
disolverse en dos disolventes no miscibles entre sí, con distinto grado de solubilidad y que
están en contacto a través de una interfaz.
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4.2.12) Dietanolamina
La Dietanolamina es un compuesto químico orgánico que se utiliza en disolventes,
emulsionantes y aplicaciones detergentes. Abreviado a menudo como la DEA, es tanto una
amina secundaria.
4.2.13) Gas de despojamiento
Deshidratación de adsorción es el proceso que utiliza un desecante sólido para la
eliminación de vapor de agua de una corriente de gas.
4.2.14) Mercaptanos
El mercaptano es un compuesto sulfurado que se usa como aromatizante del gas natural de
uso hogareño, que es el metano.
4.2.15) ONU
Organización de Naciones Unidas es una organización internacional formada por 192
países. Desde la creación de la ONU en 1945, ha recibido 11 veces el Premio Nobel de la
Paz para sus organismos, programas y miembros de su personal.
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4.2.16) Molécula de amoniaco
El amoniaco es un compuesto químico cuya molécula está formada por un átomo de
nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3.
4.2.17) BTU
Un BTU mide la cantidad de calor que el aparato puede extraer de una estancia o
ambiente.
4.2.18) EIA
Una evaluación del impacto ambiental (EIA) se describe como una evaluación del impacto
de las actividades planificas en el medio ambiente.
4.2.19) HFO
El término genérico fuelóleo pesado (HFO) describe los combustibles que se utilizan para
generar movimiento o los combustibles para generar calor que tienen una alta viscosidad
y densidad.
4.2.20) Yacimientos
El yacimiento es aquel lugar donde se encuentran de forma natural grandes cantidades de
minerales, petróleo o gas natural. Así, tiene un potencial para su explotación comercial.
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4.2.21) Sustancia Corrosiva
Una sustancia corrosiva es una sustancia que puede destruir o dañar irreversiblemente otra
superficie o sustancia con la cual entra en contacto.
4.2.22) Naturaleza tóxica
Los tóxicos ambientales son las sustancias introducidas en el medio ambiente que causan
un efecto en los seres vivos y en el medio ambiente, o que si bien no causan un efecto
directo tienen la capacidad potencial de causarlo.
4.2.23) Trietilenglicol
El Trietilenglicol es un líquido de alto punto de ebullición, baja volatilidad, incoloro, inodoro,
higroscópico y completamente soluble en agua. Es totalmente miscible con alcoholes y
cetonas.
4.2.24) Solvente
Sustancia química en la que se disuelve un soluto (un sólido, líquido o gas químicamente
diferente), resultando en una disolución.
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4.2.25) Gases de efecto invernadero
En la atmósfera de la Tierra, los principales gases de efecto invernadero (GEI) son el vapor
de agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2), el óxido nitroso (N2O), el metano (CH4) y el
ozono (O3).
4.2.26) Biomasa
Cantidad de productos obtenidos por fotosíntesis, susceptibles de ser transformados en
combustible útil para el hombre y expresada en unidades de superficie y de volumen.
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Capítulo III: Diseño Metodológico
5.1) Desarrollo del producto
Para llevar a cabo el proyecto es importante contar con recursos humanos, físicos y
establecimientos adecuados, ya que sin ellos no sería posible el proceso de
acondicionamiento del gas natural. Así como son necesarios los recursos humanos en los
procesos, también son indispensables las maquinarias requeridas para cada proceso, los
elementos para cada fase y el transporte para llevar a cabo el proceso de acondicionamiento
del gas.
5.1.1) Recursos
5.1.1.1) Máquina de separación de gas-liquido:
Durante el proceso de producción, en la fase de separación del crudo del agua y gas, según
sea el caso, el Separador entra a ser parte fundamental. Se utiliza para disgregar la mezcla de
hidrocarburo en sus componentes básicos, petróleo y gas, provenientes del múltiple de
producción. Adicionalmente el recipiente permite aislar los hidrocarburos de otros
componentes indeseables como la arena, agua y en algunos casos espuma.
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Las relaciones gas-aceite de estas corrientes disminuyen en ocasiones, debido a las cabezadas
de líquido que repentinamente se presentan, siendo estas más frecuentes cuando los pozos
producen artificialmente.
Como todo aparato, el separador tiene un paso a paso para su uso que va desde el permiso en
si hasta el apagado del mismo; el instructivo nos muestra cómo operar correctamente un
Separador, nos dice que oprimir y que no oprimir para de esta forma, darle un uso adecuado
evitando retrasos, mal funcionamiento y también accidentes.
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5.1.1.1.1) Partes de un separador
- Cuerpo del Separador: Es la parte principal del separador, de forma cilíndrica esférica
y de tamaño variable, dependiendo de la capacidad de diseño.
- Válvula de Descarga de Líquido: Ésta se encuentra ubicada en la parte inferior del
separador, facilitando la salida del líquido.
- Válvula de Entrada de Líquido: Se encuentra situada casi en la mitad del separador.
- Válvula de Control de Presión de Gas: Esta válvula es controlada por un controlador,
para mantener la presión en un rango más o menos constante a la presión de trabajo del
separador.
- Ventana de Inspección: A través de esta ventana se realizan los trabajos de inspección
y limpieza en el interior del separador.
- Válvula de Drenaje: Se encuentra ubicada en la parte inferior del separador (fondo), la
cual se usa para drenar los líquidos.
- Controlador de Presión: Colocado en la línea de salida del gas, está encargado de
controlar la válvula de control de presión.
- Controlador de Nivel: Sirve para gobernar la válvula de salida de líquido.
- Válvula de Seguridad: Esta válvula normalmente se encuentra ubicada en la salida del
gas o en otro orificio situado en la parte superior del separador.
- Plato o Disco de Ruptura: Están diseñados para romperse a una determinada presión la
cual puede ser ligeramente superior a la presión de apertura de la válvula de seguridad.
- Cristal de Nivel: Este cristal debe estar colocado a una altura promedio, de tal manera
que permita un control visual del nivel del líquido en el separador, por lo general se
colocan a un metro y cincuenta centímetros.
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5.1.1.1.2) Elementos internos de un separador
-
Placa Deflectora: es una platina q puede tener la forma de un arco o puede ser recta, se
encuentra en la entrada del fluido, de tal forma que el líquido a su ingreso choque
con el mismo logrando un cambio brusco de velocidad y dirección, a lo que se
conoce como momentum de flujo, esto permite que se separe el líquido del gas.
-
Extractor de niebla: consta de una malla de acero o de una conformación de vanes que
atrapan un 99% de gotas de líquido mayores a 10 micrones.
-
Rompe torbellinos: son platinas ubicadas en las descargas de la tubería a fin de evitar
que el líquido forme torbellinos a la salida.
-
Placas Rompe Espumas: consiste en una serie de placas paralelas longitudinalmente
direccionadas del flujo, colocadas en zonas de retención de líquidos de los
separadores horizontales. Estas placas evitan que las burbujas de gas que ascienden a
través del líquido colapsen y produzcan la agitación necesaria para formar la espuma.
-
Rompe olas: para evitar la propagación de las ondulaciones y los cambios de nivel que
son producidos por la entrada súbita de tapones de líquidos dentro del separador.
-
Tuberías internas: pueden ser adecuadas tanto para separadores verticales y
horizontales.
-
Para eliminar impurezas que se depositan en el equipo durante su operación o para
desplazar a los hidrocarburos.
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5.1.1.1.3) Clasificación de los separadores:
Los separadores se pueden clasificar de varias maneras, dependiendo de las fases que
separan, de la forma, de la posición, de la utilización o condiciones de trabajo, etc.
De acuerdo a su utilización, en una batería hay separadores de prueba, y generales y
separadores de alta y baja presión.
Los separadores pueden clasificarse por su forma y geometría en:
5.1.1.1.3.1) Horizontales:
Se usan generalmente cuando la producción de gas empieza a ser alta, la
producción de líquido es más o menos uniforme y no se presentan variaciones bruscas
en el nivel de fluido dentro del separador. Cuando hay producción alta tanto de líquido
como de gas se usan los separadores horizontales de dos tubos en el cual en el tubo
superior se maneja el gas y en el inferior el líquido. Los separadores horizontales
pueden variar de tamaño de 10 a 12 pulgadas en diámetro y 4 a 5 pies de largo, hasta
15 o 16 pies en diámetro y de 60 a 70 pies de largo.
El fluido entra y choca con el deflector para llevar a cabo una separación rápida y
eficiente, en la mayoría de los diseños el deflector tiene un bajante que conecta el flujo
del líquido debajo de la inter fase gas-aceite y la proximidad de la inter fase aceiteagua. La sección del colector de líquido del tanque provee suficiente tiempo para que
el aceite y el agua se separen por gravedad, como el agua libre es más pesada, ésta
queda en el fondo del recipiente.
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5.1.1.1.3.2) Verticales:
Se utiliza cuando en la producción de hidrocarburos líquidos hay una cantidad
mayor de gas que de aceite Los separadores verticales pueden variar de tamaño de 10
a 12 pulgadas en diámetro y 4 a 5 pies de altura, hasta 10 a 12 pies en diámetro y 15 a
25 pies de altura.
5.1.1.1.3.3) Esféricos:
Ya que su capacidad para líquido está limitada y su diseño y fabricación son
muy difíciles para un campo de separación de aceite Este tipo de separador se usa
principalmente cuando hay una producción alta, y además a presión alta, de gas.
Los separadores esféricos están usualmente disponibles en 24 o 30 pulgadas hasta 66 o
72 pulgadas en diámetro
5.1.1.2) Maquinas compresores
Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una energía a los fluidos
compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al
mismo tiempo su presión.
5.1.1.2.1) Tipos de compresores
La industria dispone de una gran variedad de compresores, los cuales se dividen de acuerdo
a su principio de operación en dos grandes grupos:
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- Compresores Dinámicos o de flujo continuo.
- Compresores de Desplazamiento Positivo o de flujo intermitente
5.1.1.2.2) Funcionamiento y ciclo de compresión
En un compresor de gas de movimiento alternativo, el fluido ingresa dentro de la cámara de
compresión a una presión P, descargándolo al final del proceso a una presión admisión P
superior. El proceso de compresión en un compresor a émbolo consta de cuatro escapes
etapas, las cuales se describen a continuación:
-
Ingreso de gas al cilindro: ocurre desde el momento en el cual se produce la apertura de la
válvula de admisión o A.V. A
-
Proceso de compresión: Esta etapa inicia cuando el pistón se encuentra en el
P.M.I. Punto
Muerto Inferior desplazándose hacia el P.M.S. Punto Muerto Superior, y se prolonga hasta la
apertura de la válvula de escape o A.V.E.
-
Egreso del volumen de gas comprimido: Esta etapa se produce mientras la válvula de escape
permanece abierta, es decir entre A.V.E. y C.V.E. En un caso ideal, el C.V.E. coincidirá con el
final de carrera del émbolo de compresión o P.M.S. (Punto Muerto Superior).
-
Expansión sin intercambio de masa: Este proceso comienza una vez cerrada la válvula de
escape o C.V.E. y se prolonga hasta la apertura de la válvula de admisión o A.V.A.
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5.1.2) Procedimiento
El acondicionamiento del gas natural consta de dos procesos fundamentales:
La deshidratación y el endulzamiento. El primero consiste en la eliminación del excedente de
agua presente en la corriente gaseosa y se realiza juntamente con el proceso de desgasolinaje
(eliminación de la gasolina); y el segundo consiste en la eliminación parcial de los gases ácidos
contenidos en gas natural. Ambos procesos se realizan con el objeto de alcanzar las
especificaciones de calidad del gas natural comercial y lograr, además, una máxima eficiencia en
su transporte.
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Se trabaja con corrientes gaseosas obtenidas de pozos gasíferos, Algunas de estas corrientes son
gases dulces, es decir no necesitan del proceso de endulzamiento porque su contenido en gases
ácidos está por debajo de lo establecido por las normas de calidad:
5.1.2.1) Proceso de Deshidratación del Gas Natural:
La simulación de este proceso se realiza con una mezcla de dos corrientes gaseosas, las cuales
se caracterizan por ser gases dulces, y consta fundamentalmente de dos operaciones bien
definidas que se realizan en forma simultánea: la deshidratación y el desgasolinaje.
En la Figura 1 se muestra el proceso de deshidratación del gas natural desarrollado
Básicamente este proceso consiste en provocar la separación del vapor de agua mediante
absorción en una sustancia deshidratante (algún glicol), y la de los hidrocarburos pesados
mediante enfriamiento. Se utiliza como sustancia deshidratante, una solución de etilenglicol
(EG) al 80 % en peso y se agrega al proceso en la relación mínima siguiente: 19 kg de solución
EG/por kg de agua.
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5.1.2.2) Proceso de Endulzamiento del Gas Natural:
El endulzamiento del gas se hace con el fin de eliminar el H2S y el CO2 del gas natural. Como
se sabe el H2S y el CO2 son gases que pueden estar presentes en el gas natural y pueden en
algunos casos, especialmente el H2S, ocasionar problemas en el manejo y procesamiento del
gas; por esto hay que eliminarlos para llevar el contenido de estos gases ácidos a los niveles
exigidos por los consumidores del gas. El H2S y el CO2 se conocen como gases ácidos, porque
en presencia de agua forman ácidos, y un gas natural que posea estos contaminantes se conoce
como gas agrio.
Un proceso de endulzamiento se puede decir, en general, que consta de cinco etapas:
Ortega, C.;Palomino, R.;Peñaloza, K.;Rioja, H.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
-
Endulzamiento. Donde se le remueve por algún mecanismo de contacto el H2S y el CO2 al
gas. Esto se realiza en una unidad de endulzamiento y de ella sale el gas libre de estos
contaminantes, o al menos con un contenido de estos igual o por debajo de los contenidos
aceptables.
-
Regeneración. En esta etapa la sustancia que removió los gases ácidos se somete a un
proceso de separación donde se le remueve los gases ácidos con el fin de poderla reciclar
para una nueva etapa de endulzamiento. Los gases que se deben separar son obviamente en
primer lugar el H2S y el CO2, pero también es posible que haya otros compuestos
sulfurados como mercaptanos (RSR), sulfuros de carbonilo (SCO) y disulfuro de carbono
(CS2).
-
Recuperación del Azufre. Como el H2S es un gas altamente tóxico y de difícil manejo, es
preferible convertirlo a azufre elemental, esto se hace en la unidad recuperadora de azufre.
Esta unidad no siempre se tiene en los procesos de endulzamiento, pero cuando la cantidad
de H2S es alta se hace necesaria. En la unidad recuperadora de azufre se transforma del 90
al 97% del H2S en azufre sólido o líquido.
El objetivo fundamental de la unidad recuperadora de azufre es la transformación del
H2S, aunque el azufre obtenido es de calidad aceptable, la mayoría de las veces, para
comercializarlo.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
-
Limpieza del gas de cola. El gas que sale de la unidad recuperadora de azufre aún posee
de un 3 a un 10% del H2S eliminado del gas natural y es necesario eliminarlo,
dependiendo de la cantidad de H2S y las reglamentaciones ambientales y de seguridad. La
unidad de limpieza del gas de cola continua la remoción del H2S bien sea
transformándolo en azufre o enviándolo a la unidad recuperadora de azufre. El gas de cola
al salir de la unidad de limpieza debe contener solo entre el 1 y 0.3% del H2S removido.
La unidad de limpieza del gas de cola solo existirá si existe unidad recuperadora.
-
Incineración. Aunque el gas que sale de la unidad de limpieza del gas de cola sólo posee
entre el 1 y 0.3% del H2S removido, aun así, no es recomendable descargarlo a la
atmósfera y por eso se envía a una unidad de incineración donde mediante combustión el
H2S es convertido en SO2, un gas que es menos contaminante que el H2S. Esta unidad
debe estar en toda planta de endulzamiento.
5.2) Descripción del proceso
El gas húmedo entra por la parte de arriba de la torre debido a que el flujo ascendente
incluso a baja velocidades causa levantamiento del lecho. El tiempo depende de la
capacidad del hecho y la cantidad de agua que debe eliminarse. Mientras que el lecho se usa
para el secado, el segundo lecho está siendo regenerado. Otra corriente que por lo general es
el 5% o 10% de la corriente total se calienta de (400°F- 600°F) el gas entra por la parte
inferior del lecho a ser regenerado y medida que el desecante es calentado, el agua es
eliminada El gas caliente de regeneración es enfriado para condensar la mayor parte del
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
agua y luego se lleva al proceso de separación y la corriente de gas es devuelta a la corriente
de gas principal de gas húmedo. Al final del ciclo de calentamiento el lecho pude estar entre
400°F y 500°F, este lecho debe ser enfriado antes de ser puesto en funcionamiento. En el
sistema más simple se evita el calentador y se continúa pasando el gas de regeneración hasta
que el gas de salida tenga una temperatura de 25°F-30°F por encima de la temperatura del
gas de entrada. Y una vez que la torre se conecta para la deshidratación este se enfría a la
temperatura del gas. El flujo de enfriamiento se hace en la misma dirección que el flujo de
calentamiento con un flujo ascendente.
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ACONDICIONAMIENTO DEL GAS NATURAL Y SU IMPACTO AMBIENTAL
El proceso que se simula es una instalación típica para endulzamiento de gas natural
(Morales et al., 2003) y consiste en la remoción del CO2, únicamente, utilizando una
solución de MDEA al 40 % en peso. Las sustancias ácidas: H2S, sulfuro de carbonilo (COS)
y disulfuro de carbono (CS2) a lo sumo están presentes en cantidades de trazas. Este proceso
se completa con la posterior regeneración de la amina utilizada en una torre de destilación
(Fig.1). Se trabaja con datos de corrientes gaseosas de pozos gasíferos de la Provincia de
Salta (Argentina). El ejemplo que se presenta corresponde a una corriente gaseosa con un
contenido moderado de CO2 y sus concentraciones molares se dan en la Tabla 1. El
equilibrio líquido-vapor se calcula utilizando la ecuación de estado Peng-Robinson.
Tabla 1: Datos de la Corriente
Gas Natural
T = 67 °C
P = 1100 psia
Caudal de Gas: 700080 m3/d
Componentes Fracción molar
Metano
0.79720
Etano
0.06131
Propano
0.02315
i-Butano
0.00610
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n-Butano
0.01206
i-Pentano
0.00703
n-Pentano
0.00754
n-Hexano
0.01407
n-Heptano
0.02814
Nitrógeno
0.00895
CO2
0.02915
H2O
0.00543
En la Fig. 1 se presenta el esquema del proceso desarrollado en el HYSYS. Las dimensiones
de los equipos corresponden a los de Plantas Industriales ubicadas en Salta (Argentina). El
esquema muestra que el gas pasa, primeramente, por un separador bifásico (Separador-1)
para remover algo de líquido que contenga antes de su ingreso al absorbedor. El absorbedor
es una torre de platos que trabaja a presiones de yacimiento, en la cual el gas a ser purificado
ingresa por el fondo y en sentido contrario a la solución de MDEA pobre o magra (muy baja
concentración de CO2).
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El gas purificado sale por la cabeza del absorbedor y la amina rica en CO2 sale por la base del
mismo y es enviada a regeneración. Dado que la regeneración de la solución de amina es
favorecida por menores presiones y mayores temperaturas, se coloca una válvula de
nivelación en la línea de flujo de la amina, que cumple la función de disminuir la presión
hasta 5 kg/cm2. Esto permite separar parte del CO2 de la amina en un segundo separador
(Separador2). A continuación, el intercambiador de calor cumple la función de precalentar
la amina rica en CO2, antes de su ingreso al regenerador, por intercambio de calor con la
amina magra que viene del mismo. El regenerador es una torre de platos donde la solución
de amina rica desciende en dirección contraria a los vapores de extracción ascendentes que
consisten sobre todo en vapor de agua. Si en el regenerador se supera la temperatura de
descomposición de la amina, la misma no podrá ser recuperada y reutilizada. Finalmente,
en el mezclador se combina la amina magra que proviene del regenerador con la amina de
reposición. La necesidad de reponer la solución de MDEA surge del hecho de que parte de
la misma se pierde por las cabezas del absorbedor y del regenerador.
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El análisis de sensibilidad paramétrica se realiza investigando las siguientes condiciones
del proceso: el caudal y la temperatura de la solución de MDEA que ingresa al absorbedor
y la temperatura del reboiler del regenerador. En cada caso se llevó a cabo la
correspondiente simulación del proceso.
5.2.1) Propuesta de valor
El presente proyecto muestra la mejora realizada a la gestión de mantenimiento de
equipos de soporte en las instalaciones de un cliente que tiene como negocio la
producción y comercialización de gas natural. A esta diversificación de las tareas de
mantenimiento se la conoce como Facility Management (FM), disciplina encargada
del mantenimiento de espacios y activos, es decir, de la funcionalidad y
funcionamiento de los mismos. Para fines del estudio y para poder reflejar un
incremento mayor del margen de la utilidad para la empresa, se determinó hacer el
análisis solo a los equipos de aire acondicionado.
Se logró determinar qué actividades consideradas en el proceso de mantenimiento
preventivo no generaban valor agregado al servicio, reduciéndose de esta manera
costos directos como indirectos al atender un equipo. Finalmente, se replica esta
mejora en la gestión de la Empresa.
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5.2.2) Control de calidad
La calidad del GN que recibe y entrega el transportador se refiere a los componentes en
hidrocarburos gaseosos y a otras sustancias que no son bienvenidas en la corriente del
gas. Diversos estudios dan a conocer que, la composición del gas garantiza el
comportamiento de éste en las tuberías y equipos y en su combustión. Es deseable que
el gas esté compuesto principalmente por hidrocarburos livianos (metano y etano) que,
aunque de menor poder calorífico que el de los gases hidrocarburos de mayor densidad,
presentan menos problemas en su transporte y utilización. Procedemos a realizar las
siguientes pruebas de calidad:
5.2.2.1) Odorización
El Gas Natural en un Sistema de Distribución, en su totalidad debe ser odorizado a una
concentración en aire de 1/5 del Límite Inferior de Explosividad, lo que significa una
concentración de gas en aire de 1%, de modo tal que el Gas Natural sea particular y
rápidamente perceptible por una persona con olfato normal. La distribuidora verificará
periódicamente que la concentración de odorante sea la adecuada, llevando un registro
de los valores obtenidos.
Para realizar el control se deberá usar el método cualitativo y se podrá usar el método
cuantitativo de manera complementaria, para ello se realizarán programas de control.
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5.2.2.2) Especificaciones de Calidad
El Gas Natural suministrado a través de los sistemas de distribución deberá contar con
condiciones que aseguren su calidad de prestación y seguridad.
5.2.2.3) Instalaciones para el muestreo
Los puntos definidos para la toma de muestras para el control de calidad deberán estar
acondicionados al efecto, las instalaciones de los puntos de muestreo deberán contar con
los dispositivos necesarios y suficientes para obtener las muestras de acuerdo a norma y
procedimientos establecidos.
5.2.2.4) Análisis Cromatográficos
La composición química del Gas Natural será determinada por cromatógrafos de línea o de
laboratorio por la empresa encargada del transporte de Gas Natural por ductos y la
empresa encargada de la licuefacción del Gas Natural.
5.2.2.5) Cálculo del Punto de Rocío de Hidrocarburos
La determinación del Punto de Rocío de Hidrocarburos a 45 kg/cm2 de presión
manométrica, se hará en forma analítica a partir de la composición cromatográfica del Gas
Natural y la Ecuación de Estado de Peng Robinson o un software de simulación
certificado.
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Determinación de los porcentajes molares de nitrógeno y dióxido de carbono
Se considerarán los porcentajes molares de nitrógeno y dióxido de carbono obtenidos
por cromatografía gaseosa de las muestras correspondientes.
5.2.2.6) Determinación del oxígeno
Se considerará el porcentaje molar de oxígeno obtenido por medio de un método de
cromatografía ASTM D 1945, de manera periódica.
5.2.2.7) Determinación del contenido de vapor de agua
Se determinará mediante la utilización del método ASTM D 1142 o su equivalente
IRAMIAP A 6856, a presión de línea.
5.2.2.8) Determinación de sulfuro de hidrógeno
En la determinación de H2S se utilizará un método físico-químico instrumental de acuerdo a
la norma ASTM D 4084-07 o el que se acuerde entre partes.
5.2.2.9) Determinación del poder calorífico superior y densidad relativa
El poder calorífico y la densidad relativa del Gas Natural se determinarán a partir del
análisis cromatográfico, según el método de cálculo descrito en la norma ASTM D 3588 o
norma equivalente.
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5.2.2.10) Determinación de impurezas sólidas
El Gas Natural transportado por ductos estará preservado de impurezas sólidas a partir de la
operación y mantenimiento de equipos de separación y filtrado cuyos registros de presión
diferencial y verificación de los elementos filtrantes estarán disponibles.
La empresa encargada del transporte de Gas Natural por ductos deberá realizar análisis
de las partículas retenidas en los puntos de entrega para determinar sus características
físicoquímicas (granulometría, composición, etc.) con una frecuencia adecuada.
5.2.2.11) Determinación del azufre total
En la determinación de azufre total se utilizará un método físico-químico instrumental de
acuerdo a la norma ASTM D-4468-85, o la que se acuerde entre partes.
Para el caso de puntos de verificación de calidad que cuenten con antecedentes de
concentraciones de compuestos sulfurados menores de 15 mg/m3 de gas, la periodicidad de
la determinación será por lo menos trimestral.
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