Criterios de Calidad y Procesamiento de Gas Natural y Líquidos Asociados
Este documento presenta una serie de especificaciones clave para el gas natural y sus derivados, así como un cuestionario para evaluar conocimientos sobre sus propiedades y procesos de tratamiento.
Especificaciones de Calidad del Gas y Productos Asociados
Gas a Gasoducto (Según Res. ENARGAS 259/08)
- Agua: < 65 mg/Sm³
- H₂S: < 3 mg/Sm³ (2,1 ppmv)
- Azufre Total: < 0,2% molar
- CO₂: < 2% molar
- Inertes: < 4% molar
- Punto de Rocío de HC: < -4 °C @ 55 bar(a)
- PCS (Poder Calorífico Superior): 8.850 a 10.200 kcal/m³
- Índice Wobbe: 11.300 a 12.470
Gasolina Estabilizada
- RVP (Presión de Vapor Reid): < 12 psi @ 100°F
- Punto Final de Evaporación: 190°C
Propano Comercial
- PV (Presión de Vapor): < 208 psi @ 100°F (1434 kPa a 37,8°C)
- C₂-: < 3%v
- C₄+: < 2.5%v
- Evaporación: 95% a < -38,3°C a 1 atm
Butano Comercial
- PV (Presión de Vapor): < 70 psi @ 100°F (482,6 kPa a 37,8°C)
- C₅+: < 2.0%v
- Evaporación: 95% a < -2,2°C a 1 atm
Cuestionario de Evaluación
Propiedades y Procesamiento de Gas Natural
- Un GN puede tener:
- Más de un punto crítico.
- Más de un punto de rocío a una misma presión si la presión es menor al punto crítico.
- El mismo punto de rocío a dos presiones diferentes.
- Nunca tiene mayor punto de rocío de HC que de agua.
- ¿Cuál de los siguientes componentes del GN tiene mayor poder calorífico por unidad de volumen?
- Nitrógeno.
- Propano.
- Metano.
- Heptano.
Explicación: El poder calorífico por unidad de volumen es mayor para los hidrocarburos más pesados, ya que contienen más átomos de carbono y, por ende, más enlaces energéticos por mol en un volumen dado (considerando condiciones similares de P y T).
- Para que se forme un hidrato de gas natural es necesario:
- Que haya agua libre, altas P y/o bajas T.
- Que haya agua libre, bajas P y/o bajas T.
- Que haya agua libre, alta P y/o altas T.
- Que haya agua en cualquier estado y haya flujo turbulento.
Explicación: El flujo turbulento no es una condición necesaria para la formación de hidratos; por el contrario, un flujo turbulento puede dificultar la nucleación y el crecimiento de los hidratos, o arrastrarlos antes de que formen tapones. La probabilidad de formación de hidratos directamente desde la fase gaseosa (sin agua libre) es muy baja y requiere condiciones extremas.
- Se puede utilizar TEG para inhibir la formación de hidratos en una planta de ajuste de punto de rocío por refrigeración mecánica:
- No, ya que este glicol puede contaminar el sistema de propano.
- No, ya que su viscosidad se vuelve muy elevada a bajas temperaturas.
- Sí, ya que por su elevada densidad se separa fácilmente de los HC pesados que condensan.
- Sí, ya que la regeneración con gas de stripping permite alcanzar contenidos muy bajos de agua en el gas tratado.
Explicación: La opción A es incorrecta; la contaminación del sistema de propano no es la razón principal. El sistema de propano es un circuito cerrado. La opción D, si bien el gas de stripping es útil para la regeneración de glicoles (tanto TEG como MEG), esta opción no aborda la idoneidad del TEG para bajas temperaturas en un sistema de refrigeración mecánica.
- ¿Qué función cumple el gas de stripping en una torre reconcentradora de glicol?
- Baja la presión parcial de agua y por lo tanto su temperatura de ebullición.
- Operar el concentrador de glicol a una presión superior a la atmosférica.
- Subir la presión parcial del agua y por lo tanto su temperatura de ebullición.
- Ayudar a arrastrar el agua contenida en el glicol rico.
Explicación: El concentrador de glicol opera generalmente a presión atmosférica o ligeramente superior. El objetivo es reducir la temperatura de ebullición del agua para facilitar su remoción del glicol.
- Para una corriente de gas natural de 60 kg/cm²g y 30°C, con una temperatura de rocío de agua de -9°C, si la presión del gas disminuye, la temperatura de rocío de H₂O:
- Aumenta.
- Disminuye.
- Se mantiene igual.
- Depende del gas, puede disminuir o aumentar.
Explicación: La capacidad del gas de transportar agua disminuye a mayor presión. Por lo tanto, si la presión del gas disminuye, su capacidad para retener agua aumenta, lo que se traduce en una menor temperatura de rocío de agua.
- ¿Cuál es la finalidad de ajustar el punto de rocío de HC en un gas natural?
- Remover HC que pueden condensar en las etapas de transporte y distribución.
- Extraer propano y butano que puede comercializarlo separadamente por su valor agregado.
- Cumplir con las normas internacionales de calidad.
- Lo exige ENARGAS.
Explicación: Si bien la extracción de propano y butano (GLP) es un objetivo comercial importante, el ajuste del punto de rocío de hidrocarburos se refiere específicamente a cumplir con una especificación para evitar la condensación en el sistema de transporte y distribución. Las normas de calidad varían según la región y el país, y ENARGAS es la entidad reguladora en Argentina que establece estas especificaciones.
- En el chiller, intercambiador de calor propano-gas, del lado propano qué calores se aprovechan para producir la refrigeración del gas natural:
- Calor latente de vaporización.
- Calor latente de condensación.
- Calor sensible.
- Calor de combustión.
Explicación: Es la energía que el propano absorbe del gas natural al cambiar de fase líquida a vapor, lo que produce el enfriamiento del gas. El gas natural se enfría, no se condensa completamente. El calor sensible se asocia con cambios de temperatura, pero el propano puro en el chiller experimenta un cambio de fase a temperatura constante. No hay combustión.
- Para que pueda estabilizar la gasolina en una torre de destilación es imprescindible:
- Operar la torre a una presión mayor a la del separador frío.
- Contar con un compresor de reciclo para comprimir el gas generado.
- Operar la torre a una presión menor a la presión crítica de la gasolina estabilizada.
- Calentar la gasolina antes de su ingreso a la torre.
Explicación: Para lograr la separación de fases (líquido-vapor) y eliminar los componentes más livianos, es fundamental operar la torre de destilación a condiciones de presión y temperatura que permitan la coexistencia de ambas fases, es decir, por debajo del punto crítico de la mezcla. Si la presión de operación fuera superior a la presión crítica de la mezcla, esta se comportaría como una fase supercrítica, impidiendo la separación por destilación. El precalentamiento puede mejorar la eficiencia, pero no es indispensable.
Principios Fundamentales y Operaciones Unitarias
- De acuerdo a la Ley general de los gases o ecuación de estado, ¿qué pasa si yo caliento un gas en un recipiente en un determinado volumen fijo?
- Disminuye la presión del gas en el recipiente.
- Aumenta la presión del gas en el recipiente.
- Aumenta el volumen ocupado por el gas.
- No hay cambio de ningún tipo.
- Un gas natural puede tener:
- Más de un punto crítico.
- Puede tener dos puntos de rocío a una misma presión.
Explicación: Sí, esto ocurre en la región de condensación retrógrada de las mezclas de gas natural, donde a una misma presión pueden existir dos temperaturas de rocío.
- ¿Cuál de los siguientes componentes del GN tiene mayor poder calorífico por unidad de masa?
- Nitrógeno.
- Propano.
- Metano.
- Heptano.
Explicación: El metano tiene el mayor poder calorífico por unidad de masa entre los hidrocarburos listados, debido a su alta relación hidrógeno/carbono.
- ¿Cuál de los siguientes factores favorece la formación de hidratos?
- Bajas T, altas P y existencia de lugares apropiados para la nucleación de cristales.
- Bajas T, bajas P y elevada densidad relativa del gas.
- Bajas T, altas P y baja densidad relativa del gas.
- Bajas T, altas P y alta velocidad.
Explicación: La presencia de sitios de nucleación (como partículas sólidas, superficies rugosas o interfaces) es crucial para iniciar la formación de hidratos, incluso si las condiciones de P y T son favorables. Un gas con menor densidad relativa (más liviano, como el metano) puede formar hidratos más fácilmente.
- ¿Es conveniente utilizar MEG para deshidratar gas con absorción a la temperatura normal de gas de pozo?
- No, ya que su volatilidad es elevada y se producen grandes pérdidas por evaporación.
- No, ya que la regeneración con gas de stripping de este glicol no es eficiente.
- Sí, dada su alta eficiencia de deshidratación.
- Sí, ya que su temperatura de descomposición es muy elevada.
Explicación: La regeneración de MEG es eficiente, pero el problema principal es su volatilidad a temperaturas de absorción elevadas. El MEG es más adecuado para la inhibición de hidratos a bajas temperaturas, mientras que el TEG es preferido para la deshidratación por absorción a temperaturas de pozo debido a su menor volatilidad.
- Para una corriente de gas natural de 60 kg/cm²g y 30°C, con una temperatura de rocío de agua de -9°C, si la temperatura del gas disminuye, la temperatura de rocío de agua:
- Aumenta.
- Se mantiene igual.
- Disminuye.
- Depende del gas, puede disminuir o aumentar.
Explicación: La temperatura de rocío de agua es una propiedad que depende de la composición del gas y de la presión. Si la temperatura del gas disminuye, pero no se produce condensación ni se elimina agua, la temperatura de rocío de la mezcla original se mantiene igual. Sin embargo, si la temperatura del gas cae por debajo de su punto de rocío, el agua condensará y la temperatura de rocío del gas remanente disminuirá.
- ¿Cuál de los siguientes equipos o sistemas no podría estar ausente en una planta de ajuste de rocío por refrigeración mecánica?
- Estabilizador de gasolina.
- Compresión de reciclo.
- Inyección de MEG.
- Separador frío.
Explicación: El separador frío es el equipo clave donde se recolectan los hidrocarburos líquidos (condensados) que se forman al enfriar el gas, siendo esencial para el ajuste del punto de rocío. Los demás equipos son deseables o pueden ser reemplazados por otras soluciones, pero no son estrictamente indispensables para el proceso central de ajuste de punto de rocío.
- En un chiller, ¿hay cambio de temperatura en el lado propano?
- Sí, porque hay intercambio calórico.
- No, porque el calor intercambiado es el del cambio de fase del propano.
- Depende del producto refrigerante.
- Sólo en épocas estivales de muy alta temperatura ambiente.
Explicación: En un chiller de propano, el refrigerante es propano puro. Durante el cambio de fase (vaporización) a presión constante, la temperatura del propano se mantiene constante, absorbiendo el calor latente del gas natural.
- ¿Por qué tengo que estabilizar la gasolina natural obtenida en una planta de ajuste de rocío de HC?
- Porque se obtiene a altas presiones y en condiciones tales que quedan componentes livianos en equilibrio.
- Para recuperar GLP.
- Porque me lo exige la legislación.
- Para que no sea inflamable.
Explicación: La gasolina natural se estabiliza para reducir su volatilidad (RVP) y eliminar los componentes más livianos que podrían causar problemas de seguridad, transporte y almacenamiento. Si bien se recupera algo de GLP, no es el objetivo principal. Las especificaciones de la gasolina natural son requisitos comerciales y de seguridad, y la gasolina es siempre inflamable.
- Para cuál de los siguientes casos se requiere menor RVP en una gasolina estabilizada:
- Almacenamiento en una región de altas temperaturas y alta humedad ambiente.
- Almacenamiento en una región elevada de alta temperatura ambiente.
- Transporte por poliductos.
- Transporte en camiones.
Explicación: Una menor RVP (Presión de Vapor Reid) indica una menor volatilidad de la gasolina. En regiones elevadas, la presión atmosférica es menor, lo que aumenta la tendencia de los componentes livianos a vaporizarse. Por lo tanto, se requiere una menor RVP para mantener la gasolina en fase líquida y segura. El transporte en sistemas cerrados (poliductos, camiones) permite manejar RVP más altas que en almacenamiento atmosférico.