SOLUBILIDAD DE GASES

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1 CONSTANTE DE SOLUBILIDAD (mg/lx psi) RELACIÓN GAS NATURAL /SÓLIDO PARA PROCESOS DE FLOTACION EN CAMPOS PETROLEROS La necesidad de determinar la relación gas natural/sólidos y aceites para campos petroleros y permitirnos optimizar los procesos de flotación a través de una mejor relación gas/sólido, requiere diseñar nuevos métodos de cálculo a través del principio básico de solubilidad o ley de Henry. Para ello se establece lo siguientes: Partiendo a una temperatura constante de 30 C en todo el proceso de presurización. De acuerdo a la cromatografía del gas natural promedio de los campos de noroeste, la composición del gas natural es 90% de CH4, 4% de C2H6, 2 % de C3H8, 2% de C4H10, 1.3 % de N2 y 0.6 % de CO2., es decir el efecto de la solubilidad de los gases es la variable a comparar, como se aprecia en la figura 59 sobre las solubilidades de los componentes del gas natural. SOLUBILIDAD DE GASES CH4 C2H6 C3H8 C4H10 N2 C02 COMPONENTE DEL GAS NATURAL CH4 C2H6 C3H8 C4H10 N2 C02 Fig. 62 Solubilidad de los componentes del gas natural.

2 La solubilidad promedio para el gas natural estará gobernada bajo el mismo principio de solubilidad de Henry de la siguiente forma:.. (12) Para el caso de la mezcla de gases se tiene la siguiente relación:. (13) Donde So vendría a ser la constante de solubilidad promedio del sistema perteneciente a la ecuación de diseño: (14) Para el caso de la constante de solubilidad partiendo de la ley de Henry, la cual depende de la temperatura y de la salinidad se tiene la siguiente relación: Los resultados en mol/lx psi a una temperatura de 30 C son: (15) GAS CH4 C2H6 C3H8 C4H10 N2 C02 C2H4 O2 Tº T op KHR (mol/lxpsi)x10 4 Tabla 13: Constantes de Solubilidad de Henry a 25 C y a 30 C Para cuantificar la influencia de la salinidad, Wang y Elmore han generado ecuaciones para valores de saturación en agua pura y agua de mar expuestos a oxígeno atmosférico conteniendo 20.9 % de aire a una presión de 760 mmhg

3 . (16) (17) Donde: C DO : Concentración de oxígeno disuelto en agua en equilibrio con aire sobre el agua mg/l. C DO : Concentración de oxígeno disuelto en agua a cualquier presión barométrica con aire sobre el agua, mg/l. CL : Concentración de cloruros, mg/l. P : Presión barométrica total de saturación, mmhg. p : Presión de vapor de agua, mmhg. Con estos datos es posible predecir la concentración de saturación a diversas temperaturas incluyendo la influencia del contenido de sales en este caso cloruros presentes en el agua de formación y generar un factor de corrección con respecto a la constante de solubilidad inicial. Con la finalidad de generar una relación entre la presión de saturación y la concentración de oxígeno se van a fijar los siguientes valores de acuerdo a las condiciones de tendencia constante en el tiempo que es la salinidad y la temperatura del campo. Para una salinidad de ppm y una temperatura de 30 C, se obtiene la siguiente relación de concentración de oxígeno y presión de saturación.

4 COD ( mg/l) COD vs PRESIÓN COD = P R² = PRESIÓN (PSI) COD vs Presión Lineal (COD vs Presión ) Fig. 63 Relación entre la presión de saturación y al concentración de oxígeno disuelto. Por lo 30 ºC y una salinidad de ppm, la constante de solubilidad de Henry para el oxígeno está dada por el siguiente valor de K H = mg/lx psi. Con la finalidad de obtener un valor representativo para la constante solubilidad del gas natural emplearemos la ecuación (13) y para el aire (79% N 2 y 21% O 2 ) se obtiene los siguientes valores: GN AIRE O2 H (mol/lxpsi)x 10 4 Teórico H (mg/lxpsi) Teórico * Tabla 14: Constantes de Henry para multicomponentes gaseosos. (*) Es obtenido al multiplicar su peso molecular promedio para el caso del Gas natural (GN) y el Aire. Sin embargo, el valor real para el coeficiente de T = 30 ªC y Cl - = ppm corresponde un valor de mg/l x psi. Por lo tanto los valores aproximados para el GN y el aire están dado son los siguientes:

5 G/S (mg/mg) O2 Aire GN So 30 ºC Tabla 15: Constante de solubilidad corregida en base al O2 El valor de So nos permitirá establecer una relación constante para cada tipo de gas con respecto a la ecuación 14. En referencia a la ecuación 14 la relación R/Q vendría a ser la relación de reciclo para un sistema de flotación con recirculación, que varían entre 20% y 50 %. El valor para el cálculo será del mínimo de recirculación. En el caso de la presión de saturación se define en un valor de 80 psi. El factor de eficiencia para el proceso se establece en 80 %. Empleando las consideraciones anteriores procedemos graficar las curvas de diseño para sistemas empleando oxígeno, aire y gas natural del campo CURVA DE DISEÑO DGF CONCENTRACIÓN mg/l G/S para O2 G/S para Aire G/S para GN Fig. 64 Curvas de diseño para sistemas de flotación por gas disuelto.

6 Si por ejemplo para una concentración total (sólido y aceites) de mg/l se obtiene los siguientes valores para la relación G/S, en el cuadro adjunto se aprecia que el requerimiento de gas es 10 veces mayor para el gas natural que para el aire a las mismas condiciones de operación. Por ende las condiciones operativas de presión y cantidad de gas es dependiente del tipo de gas a emplear. O2 Aire GN G/S Tabla 16: Relación Gas/ Sólido para gases multicomponentes Así mismo, el valor de 0.04 establecido por el paper N con respecto al valor de obtenido mediante las relaciones anteriores permiten establecer un valor cercano al teórico. Sin embargo, este valor ya es dependiente tanto de la temperatura, salinidad, presión de saturación, eficiencia de proceso y relación de reciclo, permitiendo optimizar los criterios de diseño originales.