Por cuanto el tema de la generación de los Diagramas de Fases y su impacto en el diseño y rendimiento en las plantas de procesamiento del gas es de gran importancia, éste ha sido el tópico de varios previos del mes (PDM). Como enfátizado por Rustin , et. al. [1], existen varios retos los cuales  deben ser considerados para poder tener éxito en el modelaje de los gases naturales mediante los diagramas de fases. Los más importantes son:

  1. Procedimientos de muestreo
  2. Preparaciones para el muestreo
  3. Análisis cromatográfico del gas. Una composición detallada es requerida para el ingreso satisfactorio en los modelos termodinámicos
  4. Modelos termodinámicos que predicen correctamente el diagrama de fases

En este PDM demostraremos el impacto del modelaje termodinámico para los gases ricos en la fase densa. Para una discusión sobre esta fase densa, por favor vean la exposición del PDM de Enero 2010. El valor de la viscosidad en la fase densa es muy similar a la viscosidad del gas. La densidad en la fase densa se aproxima más a la densidad del líquido. Por ende, se ha visto atractivo transportar el gas rico en la región densa. En Octubre del 2005, discutimos varios métodos para la caraterización de las (fracciones pesadas) C7+ , y verificamos su certeza de los varios métodos presentando sugerencias para mejorar la precisión de cada método. Éstos se presentan brevemente a continuación Para mayor detalle le agradecemos referencia al Volúmen 3 de Gas Conditioning and Processing, Advanced Techniques and Applications [2].

Método A: El C7+ se trata como un componente hipotético basado en su peso molecular (PM) y gravedad específica (GE). Se estima el punto de ebullición normal; así como  la temperatura crítica, presión crítica, y factor acéntrico aplicando correlaciones similares a las de Riazi , y Duabert [3].

Ajustando el PM  (o Tc) en el Método A: Ajustando  peso molecular de la fracción pesada C7+ , podemos reproducir el punto de rocío. La temperatura crítica (Tc) también puede ser ajustada para obligar que el diagrama de fases atraviese el punto de rocío medido. El ajuste del Tc es preferido por cuanto requiere menos esfuerza para lograr la coincidencia de los valores medido y calculados.

Método B: El C7+ se descompone en Números Singulares de Carbono (NSC), variando desde el NSC 7 hasta el NSC 17+ aplicando la degradación exponencial presentada por Katz [4], y aplicaod por otros [5-7].

Método C: El número amplio de los componentes NSC del método B pueden ser agrupados en 4 cortes. Las propiedades de los cortes agrupados se estiman de los componentes individuales NSC.

Método D: Este método es similar al Método B con la excepción que 12 parafinas normales (alkanos) se usan para representar los C7+, en vez de los componentes NSC. La ventaja de este método es que los componentes n-alkanos se encuentran fácilmente disponibles en los paquetes de programación computacional (software), pero para los NSC puede ser que no.

Entonando el PM en le método D: La distribución molar ( e.i. mole%) de la  parte de alkano del C7+ depende del valor del PM del C7+.

Entonando los parámetros de interacción binaria kij en las m;etodos B, C:Una correlación común para estimar el parámetro de interacción binaria es:

Equation 1

En la ecuación de arriba, νci y νcj representan los volúmenes críticos de i , y j respectivamente. El valor predeterminado del exponente n es normalmente fijado en 1,2 pero se puede aplicar como parámetro de entonación para ajustarse el punto de rocío medido.

En este PDM generaremos la curva del punto de rocío para el gas rico indicado en la Tabla No. 1 empleando los métodos de caracterización C7+ arriba descritos. La porción del punto de rocío de la envolvente de fases de este gas fue generada aplicando tanto los simuladores  HYSYS [8], y ProMax [9] aplicando la formulación Soave-Redlich-Kwong (SRK) [10] (Figure a) and Peng-Robinson (PR) [11] (Figura 2). La medición experimental de la presión del punto de rocío [12] también se muestra en estas dos figuras como triangulo rojo.

Table 1 

Figure 1

Figure 2

Las Figuras 1 , y 2 fueron generadas aplicando un corte único del C7+ con una densidad relativa y peso molecular mostrados en la Tabla 1. Otras propiedades requeridas fueron estimadas usando opciones predeterminadas del “software” de simulación. Como se podrá observar de las figuras, aplicando la Ecuación de estado PR con ProMax arroja la predicción de mayor cercanía de los puntos de rocío medidos y experimentales.

El análisis del número sencillo de carbono (NSC) como descrito en el Método B arriba fue aplicado para entonar adicionalmente el modelo termodinámico. Las presiones pronosticadas del punto de rocío para los distintos casos estudiadas en éste trabajo se muestran en la Tabla 2. La Figura 3 demuestra la misma información en forma gráfica.

Table 2

Usando el Método B, el punto de rocío experimental se representa con mayor cercanía utilizando cuatro NSC’s con peso molecular combinado de 118.2. Las propiedades y distribución de las fracciónes molares de estos cuatro componentes de NCS para el caso óptimo se obsrevan en la Tabla 3.

Table 3

La Tabla 4 indica el mejoramiento efectuado en la predicción del punto de roc;io usando los cuatro NCS con un peso molecular modificado de 118.2 en vez de un corte de C7+ sencillo. La EDE ProMax PR fue aplicada en ambos casos. Las curvas de predicción de los puntos de rocío se observan en la Figura 4.

Table 4 

Figure 3

Figure 4

Como se puede observar en la Figura 4, la caracterización apropiada de las fracciones pesadas (ver Tablas 3, y 4) puede mejorar la calidad de la envolvente de fases, y reproducir los puntos de rocío experimentalmente determinados en la fase densa. Para una discusión detallada sobre este tópico, el lector puede referirse a la publicación de Rusten,et. al. [1].

Para informarse adicionalmente sobre casos similares, y como minimizar la problemática operacional, sugerimos su asistencia los cursos de la John M. Campbell; G4 (Gas Conditioning and Processing) and G5 (Gas Conditioning and Processing – Special).

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By: Dr. Mahmood Moshfeghian

Traducido al Castellano por: Dr. Frank E. Ashford

Reference:

  1. Rusten, B.H., Gjertsen, L.H., Solbraa, E.,  Kirkerød, T., Haugum, T. and Puntervold, s., “Determination of the phase envelope – crucial for process design and problem solving,” presented at the 87th GPA National Convention, Grapevine, 2008
  2. Maddox, R. N. and L. Lilly, “Gas Conditioning and Processing, Computer Applications for Production/Processing Facilities,” John M. Campbell and Company, Norman, Oklahoma, 1995.
  3. Riazi, M.R. and T.E. Daubert, Hydr. Proc. P. 115, (March) 1980
  4. Katz, D. J. Petrol. Technol., 1205-1214, (June) 1983.
  5. Whitson, C. H. SPE J., 683-694, (August) 1983
  6. Starling, K. E. Presented at the American Gas Association Operations Conference, Orlando, FL, April 27-30, 2003
  7. Moshfeghian, M., Maddox, R.N., and A.H. Johannes, “Application of Exponential Decay Distribution of C6+ Cut for Lean Natural Gas Phase Envelope,” J. of Chem. Engr. Japan, Vol  39, No 4, pp.375-382, 2006
  8. ASPENone, Engineering Suite, HYSYS Version 7.0, Aspen Technology, Inc., Cambridge, Massachusetts U.S.A., 2009.
  9. ProMax®, Bryan Research & Engineering Inc, Version 3.2, Bryan, Texas, 2009
  10. Soave, G., Chem. Eng. Sci. 27, 1197-1203, 1972.
  11. Peng, D.,Y. and D. B. Robinson, Ind. Eng. Chem. Fundam. 15, 59-64, 1976.
  12. Sage, B.H, and R.H. Olds, AIME 170, 156–173, 1947.