Ingeniería del gas, principios y aplicaciones PDF
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Ingenieros Consultores, S.R.L. Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Marcías J. Martínez Edificio Residet~ciasL as Américas, Torre Norte, Local No. 4. Calle Cecilio Acosta, entre avenidas Bella Vista y Santa Rita. Teléfonos: (061) 928482-920541 ; Fax: 928482. Celular: (O 14) 6 12613 Apartado Postal 10.0 11. Maracaibo - Venezuela Este libro es propiedad exclusiva del profesor Marcías J. Martínez. Los derechos de autor han sido transferidos a la empresa Ingenieros Consultores, S.R.L. Se prohíbe la reproducción parcial o total o su utilización en cursos dictados por otras instituciones o enmpsesa3, sin la debida autorización por escrito del propietario. ISBN 980-07-1676-9 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No ................................... NOMENCLATURA, ABREVIATURAS Y SÍMBOLOS m11 AGRADECIMIENTO. .............................................................................................X XI ......................................................................................................... ~TRODUCCI~N 1 . 1 características de 10s hidrocarburos ................................................................3 ........................... Composición tipica del gas natural en diferentes áreas de Venezuela 5 ................................................................ Compos.ic .ió n del gas en el norte de Monagas 6 ............................................................................... Composlclón de gases de Coh-lbia 7 .............................................................................. Composición de gases de Argentina 8 .................................................................. Componentes típicos del gas en la industria 9 ....................................................................................... ~ontarninantesd el gas natural 10 .......................................................................... constantes físicas de 10s hidrocarburos 11 .............................................................................................................. Efectos .d el H2S 17 ........................................................................................................................ c~IT-~slon 19 . ........................................... Endulzamiento del gas natural Efecto del H2S y del C02 20 ............................................................................................................................. Acidez 21 ................................................ Porcentaje de gas en el aire y límite de inflamabilidad 23 . Yacimientos de gas condensado Variaciones estimadas de la . ................................................................................................................... composicloI n 24 . ................................. Yacimientos de gas condensado Clasificación del gas o liquido 25 111 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No Gas ácido: Especificaciones de tuberías ........................................................................ 26 Comparación de las escalas de temperatura: Absoluta, Centígrada y F du-enheit. ...................................................................................................................... 27 Estructura molecular de los hidrocarburos parafínicos. cíclicos y ...................................................................................................................... ~omáticos 28 ................................................................................................... FÓllnulas estructurales 29 Alcoholes y glicoles ........................................................................................................ 30 . Peso molecular vs número de carbones de los hidrocarburos ........................................................ Factor de corrección Para gases ácidos: (Fsk 40 0 E) ......................... Composición típica del gas natural en diferentes áreas de Venezuela 41 .................................................... Análisis de la muestra de gas de occidente asociado 42 .......................................................................... Diagrama de fases ~ccidenteas ociado 43 . .................................................. Análisis de la nwestra de gas de Guárico libre, No 1 46 . ........................................................................ Diagrama de fases ~uáf.icloib re, No 1 47 . ................................................. Análisis de la muestra de gas de ~ ~ á r ilcibore , No 2 48 . ........................................................................ Diagrama de fases Guárico libre, No 2 49 ............................................................... Análisis de la muestra de gas de oriente libre 50 ..................................................................................... Diagrama de fases oriente libre 51 ............. .......................................... Análisis de la muestra de gas de oriente asociado : 52 .............................................................................. Diagrama de fases oriente a!3ociado 53 ....................................................... Análisis de la muestra de gas de costa dbera libre 54 ............................................................................. Diagrama de fases costa afuera libre 55 ................................................ Análisis de la muestra de gas de Anzoátegui, sin agua 56 ............................................... Análisis de la muestra de gas de Anzoátegui, con agua 57 .......................... Cálculo del contenido líquido en una muestra de gas natural (GPM) 58 ........................................... Densidad de líquido de hidrocarburos a 14,7 lpca y 6O0F. 62 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No .................... Corrección de la densidad del líquido por efectos de la compresibilidad 63 ...................................... Corrección de la densidad del líquido por expansión térmica 64 .............................................................................. Presión parcial de mezclas de gases 65 . Presión de vapor vs temperatura para gasolina típica de motor y .............................................................................................................. gasolina natural 66 ................................ Presión de vapor para hidrocarburos livianos a baja temperatura 67 Presión de vapor para hidrocarburos livianos a alta temperatura ..............................S6.8.. .......................................................................................................... viscosidad del gas 69 ................................ Razón de capacidad calorífica aproximada de los hidrocarburos 70 ....................................................................... Contenido de agua de 10s hidrocarburos 97 .................................................................... Contenido de agua en el gas natural dulce 98 . Correlación de R Bukacek para calcular el contenido de agua (W) .......................................................................................................................... en el gas 99 ................................. Contenido de agua del C02s aturado en mezcla de gas natural 100 ....................................................................................... Contenido de agua en el C02 101 ................................ Contenido de agua del H2S saturado en mezclas de gas natural 102 ....................................................................................... Contenido de agua en el H2S 103 .................... Curva de presión .t emperatura para predecir la formación de hidratos 104 .................................................................... Temperatura a la cual se forman hidratos 105 Expansión permisible sin formación de hidratos para un gas natural Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . PBg No Expansión permisible sin formación de hidratos para un gas natural ...................................................................................................................... de Y .0, 7 107 Expansión permisible sin formación de hidratos para un gas natural A ! ...................................................................................................................... de Y 098 108 = Expansión permisible sin formación de hidratos para un gas natural - ...................................................................................................................... de Y - 099 109 Expansión permisible sin formación de hidratos para un gas natural - ....................................................................................................................... de?- 190 110 ........................ Descenso de temperatura del gas natural por efectos de la expansión 111 .................... Equipo para la determinación del punto de rocío tipo Bureau of Mines 112 . 5 Compresibilidad del gas natural ...................................................................1. 15 ......................................................................................................... Leyes de 10s gases 117 .................................................................... Factor de compresibilidad del gas natural 118 Gráfico generalizado del factor de compresibilidad a varias presiones reducidas .....................................................................................................................1..1. 9 ........................................... Factor de compresibilidad del gas a presión atmosférica 120 ......................................................... Propiedades seudocríticas de los hidrocarburos 121 ........................................... Propiedades seudocriticas de los hidrocarburos líquidos 122 ................................... Factor de compresibilidad para gases de bajo peso molecular 124 . . ................................................................................................. Ejercicio de aplicación 130 . .................................... 6 Comportamiento de los sistemas de hidrocarburos 133 Procedimiento práctico para investigar el estado de una muestra de ........................................................ gas natural a Ckterminada presión y temperatura 137 ....................................... Determinación del estado de una mezcla de hidrocarburos 138 Ecuaciones para el cálculo de la separación instantánea de los ................................................................................................................ hidrocarburos 140 ................................................................. Separación instafltánea a 600 lpca y -20°F 143 . .................................... Cálculo de la presión de convergencia (Según el GPSA) 145 .................................................... Diagrama de presión temperatura para un gas seco 146 ............................................................. Diagrama de fases (Soave, Redlich, Kwong) 147 ................................................. Diagrama de puntos de rocío Carito oeste y Furrial 148 ................. Diagrama de P-T para un petróleo relativamente volátil o de alta merma 149 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No Diagrama de presión .t emperatura para un petróleo relativamente pesado (baja merma) .................................................................................................... 150 Diagramas P-T para un sistema de hidrocarburos multicomponente. ........................ 151 ..................... Diagrama presión-temperatura para un sistema etano-heptano normal 152 .................... Diagrama presión temperatura para un sistema metano-etano-heptano 154 Presión de convergencia (o lugar geométrico de los puntos críticos) .................................................................................................. Para skmnas barios 156 ......................................................... presión de convergencia para sistemas binarios 157 .................................... Diagrama de frises vapor, mezcla y líqu i%do- m Robinson) 158 . Valor aproximado de la presión de convergencia Método de ........................................................................................................................ Standing 160 . Valor aproximado de la presión de convergencia Método de Rzasa ........................................................................................................................... Y otros 161 . Preslor n de convergencia .............................................................................................. 162 Correlación del valor mínimo de la constante de equilibrio Km, con la presión de convergencia Pk y la presión de vapor del componente Po. ..................... 163 Correlación de la presión a la cual ocurre el valor mínimo de constante de equilibrio PrnK. con la presión de convergencia Pk y la presión . ...................................................................................................... 7 Separadores 165 ...................................................... Ejemplo de cálculo de una batería de separadores 167 ................................................. Balance de materiales en una batería de separadores 168 . ............................................................................................................ Separador No 1 169 Com~aracrl ond e 10s valores de "Kit'. ..........................................................................1. 71 . ...................................................... Diagrama de fases- Mezcla en el separador No 1 172 . . ........................................................... Diagrama de fases Vapor del separador No 1 173 . ........................................................ Diagrama de faes Líquido del separador No 1 174 • . Diagramas de fases mezcla en el separador No 1 (Soave, Redlich, ................................................................................... Kwong y el de Peng Robinson) 175 . Diagrama de fases vapor del separador No 1 (Soave, Redlich, ................................................................................... Kwong Y el de Peng Robinson) 176 . Diagramas de fases líquido en el separador No 1 (Soave, Redlich, ................................................................................... Kwong Y el de Peng Robinson) 177 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No ...................................... Diagrama de fases mezcla del yacimiento (Peng Robinson) 178 GPM vs . Presión (Vapor que sale del separador No . 1) .............................................1 79 Comportamiento del GPM y "V" vs . presión en el separador No . 1. ......................... 180 . .................................................................. GPM-Vapor vs Presión. Separador No 1 181 • . ............................................................................................................ Separador No 2 182 Diagrama de fases. líquido y vapor del separador No . 2 (Soave. ............................................................................. Redlich. Kwcng y Peng Robinsofi) 184 .......................................................................................................................... Tanque 185 . ....................................................................................... Separador No 2 (Optimado) 187 Líquido en el tanque vs . preslof n .................................................................................. 189 ...................................................................................................... Tanque (Optimado) 190 Composición del gas y del líquido en un proceso de separación en ..................................................................................................................... tres etapas 192 .................................... Balance molar y de materiales en una batería de separadores 193 .............................................. Cálculo de una batería de dos separadores y un tanque 194 ................................................. Cálculo de una batería de separadores en tres etapas 195 . 8 Normativa de Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) ........................................................................ para el diseno de separadores 197 ....................................................... Parámetros necesarios para disefiar un separador 199 ............................................................ Diseño de un separador vertical según GPSA 200 ......................................................... Diseño de un separador vertical según PDVSA 201 ................................................................................ Separador vertical (gas, petróleo) 202 ......................................................................... Cálculo del diámetro de un separador 203 ................................................................ Presión de trabajo en líneas de transmisión 206 ............................................................. Diseño del espesor de pared de un separador 207 .............................................................. Esfuerzo permisible para algunos materiales 208 . . . ........................................................................ Separadores verticales Caracteristicas 209 . ................................................................... Sepadores horizontales Características 210 Separadores esféricos. Características ..........................................................................2 11 ................................................................................. Diseño de separadores verticales 212 .................................................... Diseño de separadores horizontales (gas-petróleo) 218 ................................................................... Separador horizontal (gas-petróleo-agua) 222 ........................................... Diseño de separadores horizontales (gas-petróleo-agua) 223 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No . . . 9 Constantes de equilibrio. según J M Campbell. ........................................ 229 . 10 Constantes de equilibrio. según GPSA ......................................................... 245 1 - Fraccionamiento. .............................................................................................2 73 Procesos en el tratamiento del gas natural .................................................................. 275 Esquema de una torre de fraccionamiento .................................................................. 276 ................................................................... Burbujeo de 10s fluidos dentro de la torre 277 . . . ................................................................................................ Destilacion fraccionada 278 .................................................................. Esquema de una torre de fraccionamiento 279 Tren de fraccionamiento .............................................................................................. 280 ............................................................................. Esquema de una planta de gasolina 283 Separación de un fluido en una torre de fraccionamiento ........................................................................................................ (depropanizadora) 284 Diagrama de fases presión-temperatura de los productos de entrada y ..................................................................... salida en una columna depropanizadora 286 ................................ Composición de los hidrocarburos en la torre depropanizadora 287 Composición de los hidrocarburos que llegan y salen de la torre depropanizadora ........................................................................................................... 288 .................................. Composición de los hidrocarburos en la torre debutanizadora 289 Composición de los hidrocarburos que llegan y salen de la torre ............................................................................................................. debutanizadora 290 ................................ Composición de los hidrocarburos en la separadora de butanos 291 Composición de los hidrocarburos que llegan y salen de la separadora de butanos .....................................................................................................................2 92 .......................... Composición de los hidrocarburos en la fraccionadora de gasolina 293 Composición de los hidrocarburos que llegan y salen de la fraccionadora de gasolina ............................................................................................ 294 ............................. Correlación del factor de absorción "A" y de despojamiento "S" 295 . 12 Sistemas binarios ............................................................................................. 297 Planta de deshidratación con TEG ..............................................................................2 99 Diagrama binario agua Tm a 760 mm Hg (absoluta) ............................................... 300 Tamaño de 10s absorbedores ........................................................................................ 303 .......................... Capacidad de los absorbedores de glicol, para y = 0, 7 y T = 100°F 304 Ingeniería de gas. principios y aplicaciones . . Pág No Tamaño de las columnas de fraccionamiento para los deshidratadores de glicol ........................................................................................................................ 305 Carga calorífica vs . lbs de agua removida en el regenerador .....................................3 06 .............................. % por peso de TEG en una solución rica que deja el absorbedor 307 ............................................................................. Solubilidad del gas nam-al en TEG 308 Gravedad específica de la solución 95% - 100% TEG ..............................................3 09 Número de platos reales de TEG a 98,7 % plp ..........................................................3. 10 ............................................................ Número de platos reales de TEG a 99, 1 % p/p 311 ........................................................... Número de platos reales de TEG a 99,7 % p/p 312 ......................................................... Número de platos reales de TEG a 9944 % plp 313 ........................................................... Número de platos reales de TEG a 99,9 % plp 314 ......................................................... Número de platos real.e s de TEG a 99,9 5 % p/p 315 . ............................................................................................... Ejercicios de aplicaclon 316 . 13 Ejemplo de un sistema de deshidratación con desecantes ................................................................................................................ sólidos 319 ............................. Ejemplo de un sistem.a de deshidratación con desecantes sólidos 321 . ................................................................................................. pro~lemad e adsorclon 322 . ...................................................................... 14 Endulzamiento del gas natural 325 ................................................................ Principales equipos de una planta de amina 327 ............................................................................... Planta genérica de endulzamiento 328 ............................................................................................... pr~cesotí pico de amina 329 .......................................................... procesos para el endulzamiento del gas nah.lral 330 ................................. Cálculo de la presión parcial en una muestra de hidrocarburos 333 Procesos de endulzamiento de gas, remoción de C02y H2S ........................................................................................................... simultáneamente 335 Procesos de endulzamiento de gas, remoción selectiva de H2S (COZy ................................................................................................................ H2S presente) 336 ................. Procesos de endulzamiento de gas. remoción de C02 (H2Sn o presente) 337 .................. Procesos de endulzamiento de gas. remoción de H2S (Coz no presente) 338 ............................................................................. Operaciones de rutinas en la planta 339 ............................................... Datos operacionales, balance de materiales y de calor 340 ............................................. Diagrama binario agua-MEA a 760 mm Hg (absoluta) 341
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