Gas Natural - profesores.fi-b.unam.mx

1 Gas Natural Caracterizaci n Ciclos CombinadosDescripci n El Gas Natural (GN) es un gas combustible que se encuentra en la naturaleza en reservas subterr neas en rocas porosas Consiste en una mezcla de hidrocarburos, principalmente metano, y otros m s del Gas Natural El gas Natural constituye la tercera fuente de energ a, despu s del petr leo y el carb nClasificaci n por origenDependiendo su origen se clasifica en: Gas asociado: Es el que se extrae junto con el petr leo y contiene grandes cantidades de hidrocarburos, como etano, propano, butano y naftas. Gas no asociado: Es el que se encuentra en dep sitos que no contienen petr leo crudoComposici n del Gas Natural0-8 %0-8 %CO2Di xido de carbono2-5 % %5-12 % %trazas0-5 %0-5 % %1-3 %95-98 %Gas No AsociadoGas AsociadoF rmulaComponentetrazasA, He, Ne, XeOtros0-5 %H2S cido sulfh drico0-5 %N2 Nitr geno1-3 %C5H12 PentanoC4H10 ButanoC3H8 Propano10-20 %C2H6 Etano60-80 %CH4 MetanoClasificaci n por composici n Gas amargo: Contiene derivados del azufre ( cido sulfh drico, mercaptanos, sulfuros y disulfuros) Gas dulce.

2 Libre de derivados del azufre, se obtiene generalmente al endulzar el gas amargo utilizando solventes qu micos o f sicos, o adsorbentesClasificaci n por composici n Gas h medo: Contiene cantidades importante de hidrocarburos m s pesados que el metano, es el gas asociado Gas seco: Contiene cantidades menores de otro hidrocarburos, es el gas no asociadoClasificaci n por composici nGas AsociadoGas No AsociadoComponente>2%<2%>2%<2%CO2>1%<1%>1%<1%H2S>10%>10%<10%<10%EtanoGas Amargo H medoGas Dulce H medoGas Amargo SecoGas Dulce SecoDenominaci n Est ndarProcesamiento del Gas Natural El Gas Natural tiene que procesarse para poder cumplir con est ndares de calidad Los est ndares son especificados por las compa as de transmisi n y distribuci n, las cuales var an dependiendo del dise o del sistema de ductos y de las necesidades del mercado que se quiere atenderRequerimientos Los est ndares especifican.

3 El poder calor fico del gas (en M xico, debe ser entre 34 y 40 MJ/m3) La ausencia de part culas s lidas y agua l quida, para prevenir erosi n y corrosi n de los gasoductos) Los porcentajes m ximos de componentes como el H2S, N, mercaptanos y vapor de agua ndice de Wobbe: Es la relaci n del poder calor fico superior con respecto a la ra z cuadrada de la densidad relativa:En M xico: SHW=Etapa 1 Remoci n de Condensados y agua Remoci n de condensados y agua l quida Los condensados son llamados tambi n gasolina Natural , porque se compone de hidrocarburos cuyo punto de ebullici n est en el rango de la gasolinaSu composici n puede ser: H2S Mercaptanos CO2 Alcanos (de entre 2 y 12 tomos de carbono) Ciclohexano (C6H12) Arom ticos (benceno, tolueno, xileno, etilbenceno) Los condensados se env an usualmente a una refiner a de petr leo y el agua desechaEtapa 1 Etapa 2 Endulzamiento El endulzamiento se hace con el fin de remover el H2S y el CO2del GN, se llama as porque se remueven los olores amargos y sucios) Se llaman gases cidos, porque en presencia de agua forman cidos Existen varios procesos.

4 Tratamiento de gas con aminas Proceso Benfield Unidad PSA Los productos de ste proceso, son gas dulce h medo y gases cidosTratamiento con aminasEtapa 3 Recuperaci n del azufre El gas cido compuesto de H2S y CO2 proveniente del proceso de endulzamiento, se env a a una unidad de recuperaci n de azufre En esta unidad alrededor de entre 90 y 97% del H2S contenido en el gas, es convertido en azufre elemental o en cido sulf rico El proceso Claus es el m s com n para recuperar azufre El proceso de contacto y el proceso WPA se utilizan para recuperar cido sulf ricoProceso ClausLimpieza del gas de residual El gas producto de la unidad recuperadora de azufre, contiene de un 3 a un 10% de H2S Existen varios procesos que contin an la recuperaci n de azufre y env an el resto de vuelta a la unidad recuperadora de azufre.

5 Proceso Scot Proceso ClauspolSon procesos derivaos del Proceso Claus que ayudan a recuperar m s El gas producto de los procesos anteriores de limpieza, a n contiene entre y 1% de H2S Se env a a una unidad incineradora para convertirlo en SO2que es menos contaminante Este incinerador es indispensable en toda planta de endulzamientoEtapa 4 Deshidrataci n y remoci n de mercurio Se remueve el vapor de agua mediante alguno de los siguientes procesos: Unidad de glicol Liquido disecante que adsorbe el agua por contacto, usualmente trietilen glicol Unidad PSA Se utiliza un adsorbente s lido, como la zeolita que es un silicato de aluminioRemoci n de mercurio La remoci n del mercurio se lleva a cabo mediante: Carb n activado Tamiz molecular Es un material que contiene poros peque os de tama o preciso y uniforme, usado como agente adsorbente, funciona como un filtro pero que opera a nivel molecular atrapando el mercurio, que es venenoso y perjudicial para las tuber as de 5 Rechazo de nitr geno Existen tres m todos b sicos para remover el nitr geno del gas Natural .

6 Destilaci n criog nica Adsorci n Separaci n por membranasEl m s com n es la destilaci n criog nicaProceso criog nicoEtapa 5 Recuperaci n de los l quidos del GN Se utiliza otra destilaci n criog nica, para obtener: Etano Propano Isobutano n-Butano PentanosSeparaci n criog Natural Licuado (LNG) quidos Gas Natural (NGL) Ebullici n [ C]ComponenteEtapas de procesamiento GNEtapas de procesamiento GNTransporte y Almacenamiento Gasoductos Econ micos, respecto al transporte terrestre Principal medio de transporte en EUA y la Uni n Europea Impr cticos para transporte intercontinentalTransporte y Almacenamiento Gas Natural Licuado (LNG) Buques tanque Opci n competitiva para pa ses fuera de las regiones geogr ficas naturalesGas Natural Licuado El Gas Natural es licuado en plantas de licuefacci n, reduciendo su temperatura a -160 C a presi n atmosf rica.

7 Las impurezas admitidas son mucho menores que para el gas con calidad de gasoducto Se necesitan una remoci n m s agresiva de agua, nitr geno y CO2 Proceso de lucuefacci n Existen 4 procesos disponibles: APCI, Cascada. Dise ado por ConocoPhillips Shell DMR Ciclo refrigerante de LindeProceso de enfriamiento El gas dulce seco con menos del de pentanos e hidrocarburos mas pesados, se enfr a en una secci n criog nica hasta -160 C, donde se licua por completo El gas licuado producido se almacena en tanques a presi n atmosf rica para su transportaci nProceso CascadaGN y Medio Ambiente El gas Natural es el combustible f sil con menor impacto medioambiental, incluyendo las etapas de extracci n, elaboraci n.

8 Transporte y consumo de uso finalEmisiones del Gas Natural Emisiones de CO2 40-50% menores que las del carb n 25-30% menores que las del combust leo Emisiones de NOX Dos veces menores que el carb n Dos veces y media menores que el combust leo Emisiones de SO2 150 veces menores que el diesel Entre 70 y 1500 veces menos que el carb n 2500 veces menos que el combust leoGas Natural Principales usos: Dom stico Para cocinar Calefacci n Industrial Calor para fundici n (vidrio, metal) Generaci n de electricidadGeneraci n de electricidadCiclo Combinado Es una planta de generaci n de energ a el ctrica que emplea m s de un ciclo termodin mico En general, se describe como la combinaci n de una turbina de gas (Ciclo Brayton), un intercambiador de calor (IC) y una turbina de vapor (Ciclo Rankine) para la generaci n de energ a el ctrica, si el vapor del IC se usa en un proceso industrial o para calefacci n, recibe el nombre de cogeneraci de plantas CCGT (Ciclo combinado de Turbina de Gas)

9 Una turbina de gas genera electricidad, mientras que sus gases de desecho alimentan un intercambiador de calor, en donde se genera vapor que se suministra a una turbina de simpleConfiguraci n Eje sencillo Una turbina de gas y una de vapor 1x1 Puede generar alrededor de 270 MW Multieje Dos o m s turbinas de gas y una turbina de vapor 2x1 o 3x1 Una configuraci n 2x1 puede generar 540 MWEficiencia El c lculo de la eficiencia de un CC se realiza de la siguiente forma: CC= TG+ (IC x ICx TV)Donde: TG= Eficiencia de la turbina de gasIC = 1- TG(Calor en los gases de escape de la turbina de gas que entra al intercambiador de calor) IC= Eficiencia del intercambiador de calor TV= Eficiencia de la turbina de vaporEficiencia Suponiendo una planta con los datos siguientes TG= 33%IC = 1- TG= 100-33 = 67% IC= 85% TV= 37% CC= TG+ (IC x ICx TV) CC= + ( x x )

10 CC= = 54 %Caracter sticas adicionales Combusti n adicional Se quema gas Natural directamente en el intercambiador de calor La eficiencia disminuye La capacidad adicional puede variar entre 20 y 50 MW en una configuraci n 1x1, pero puede ser importante en periodos de m xima demandaAlternativas IGCC (Gasificaci n integrada en CC) Utiliza Gas Sint tico en lugar de Gas Natural Se lleva a cabo la transformaci n del carb n en gas sint tico, tambi n se pueden utilizar, derivados del petr leo o biomasa. Se llama integrada, porque el proceso de gasificaci n ha sido optimizado para un Ciclo Combinado y se lleva a cabo en la misma a AIE Manual de estad sticas energ ticas 2007 Boyce, Meherwan P.