Las estimaciones para la densidad del gas natural son de importancia fundamental para la simulación de procesos, diseño de equipos, y para la seguridad en la Ingeniería de Procesos. En el Previo del Mas (PDM) anterior de Septiembre, dos métodos de cómputo ligero fueron evaluados para el cómputo de las densidades de los gases agrios, y ácidos.  Se mostró que la correlación Katz arroja resultados acertados para los gases dulces, y es el mas correcto en comparación con el método Weichert – Aziz, o el asociado con la EDE SRK. Para las mezclas binarias de CH1, y el CO2, el Weichert – Aziz arroja mejores resultados para el CO2 entre 10 y 90 porcentajes molar. Mientras que el contenido del H2S, y CO2 aumenta, la certeza del la correlación Katz disminuye, sin embargo su aplicabilidad aumenta mientras la mezcla se acerca a un sistema de componente único. El porcentaje de diferencia entre los métodos  Katz, y Weichert – Aziz [1]  para las gases conteniendo componentes ácidos era mayor para el H2S, que el CO2.

Las herramientas computacionales ,  “software” ,  emplean frecuentemente las EDE  Benedict-Webb-Rubin-Starling (BWRS), Soave-Redlich-Kwong (SRK) and/or Peng-Robinson para los cómputos de las densidades de los gases. Otras fuentes para esta cálculo son los  NIST REFPROP (Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties) program, y el  GERG-2004 [2, 3], a reference equation of state for natural gases “una ecuación de estado de referencia para los gases naturales.

Debido a la importancia de la inyección del CO2 para la recuperación mejorada de petróleo, y el incrementado interés en la captura y secuestro del CO2 este estudio fue realizado para identificar la certeza de los cómputos de densidad para los gases de contenido nulo hasta 100% del CO2. Una base de datos experimentales fue aplicada como fundamento de comparación. El estudio revisa todos los métodos citados, e informará sobre la certeza de los resultados. La Tabla 1 presenta el resumen del rango para  la temperatura, presión, y porcentaje molar del CO2aplicados en este estudio. Las fuentes de los datos  experimentales fueron las referencias [4,5]. Esta Tabla también considera el porcentaje de error ponderado absoluto del ponderado, más el promedio total del porcentaje de error.

Table 1

La Tabla 1 proporciona la ponderación totalizada de los varios métodos. Debe ser notado que la certeza relativa de cada método depende de la proporción  CO2-CH4, la temperatura, y la presión. La AGA 8 no proporcionó resultados para varios casas de temperaturas bajas, donde existían dos fases. Estos puntos no fueron considerados en el análisis.

Seguidamente graficamos la data experimental reportada en el GPA RR-138 [3], y  GPA RR 68 [4] para evaluar la certeza del Katz, Weichet – Aziz , y los mejores cuatro de los métodos detallados. Los resultados de esta evaluación para los casos T=350°K  y 320°K se muestran en las Figuras 1 hasta la 5. En la Figura 1, el método Katz es el mas acertado, y los otros presentan casi la misma aplicabilidad.

Figure 1

En la Figura 2, el método Katz refleja la menor exactitud, y aun cuando la certeza de los otros métodos aparenta igualdad, el GERG 2004, es ligeramente mejor que los otros.

Figure 2

En la Figura 3, Katz una vez más presenta la menor exactitud, y aun cuando la certeza de los demás métodos aparentan igualdad, el AGA 8 presentó estimados ligeramente mejores que los demás.

Figure 3

En la Figura 4 , Weichert – Aziz posee la menor exactitud, y aun cuando la aplicabilidad de los otros métodos se aproximan, el AGA8, GERG-2004 y REFPROP son ligeramente mejores que la EDE PR.

Figure 4

In la Figura 5, Weichert – Aziz presenta la menor certeza, y REFPROP, GERG 2004 y AGA 8 se ven del mismo nivel.

Figure 5

Basado en el trabajo efectuado en este estudio, el  PDM anterior, se pueden lograr las siguientes conclusiones:

  1. La correlación Katz arroja buenos resultados para los gases de calidad de transmisión ( gases pobres, y dulces)
  2. Para el CO2 puro, los métodos AGA 8, REFPROP, y GERG 2004 son los más acertados.
  3. Para las mezclas binarias del  CH4 y CO2, las correlaciones REFPROP y GERG 2004 presentan con igualdad los mejores resultados para el contenido del CO2 entre el  10 y 90 porcentaje molar.
  4. Mientras aumenta el contenido del CO2, la certeza de la correlación Katz disminuye, pero esto se invierte mientras la mezcla se aproxima a un mono componente (puro).
  5. La EDE Peng Robinson proporciona un mejor estimado para la densidad que la EDE SRK.
  6. Resultados de los  enfoques PR o  SRK  en ProMax son ligeramente mas acertados que los resultados obtenidos del HYSYS.
  7. Parámetros de interacción binaria que han sido optimizados para predecir comportamiento de Equilibrio de Estado EQDE, puede que no arrojen las mejores predicciones para la densidad.
  8. A varias temperaturas bajas, el AGA8 no proporcionó estimados para la densidad. Los errores promedios reportados acá, descartan esta data. Nótese que el AGA8 no es valido para los líquidos, ni para la región extendida cerca del punto crítico.
  9. La Tabla 1 indica que los REFPROP y GERG 2004 proporcionan en forma equitativa los mejores resultados.

Para conocer mas sobre casos similares, y como minimzar problemas operacionales , sugerimos su asistencia a nuestras sesiones G4 (Gas Conditioning and Processing), G5 (Gas Conditioning and Processing – Special), G6 (Gas Treating and Sulfur Recovery), RF61 (RefineryGas Treating, Sour Water, Sulfur and Tail Gas), PF-81 (CO2 Surface Facilities) and G40 (Process/Facility Fundamentals).

By: Wes Wright and Dr. Mahmood Moshfeghian
Translated by: Frank Ashford

References:

  1. Wichert, E. and Aziz, K., Hydr. Proc., p. 119 (May 1972).
  2. Lemmon, E.W., Huber, M.L., McLinden, M.O.  NIST Standard Reference Database 23:  Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 8.0, National Institute of Standards and Technology, Standard Reference Data Program, Gaithersburg, 2007.
  3. Kunz, O., Klimeck, R., Wagner, W., and Jaeschke, M.  “The GERG-2004 Wide-Range Equation of State for Natural Gases and Other Mixtures,” GERG Technical Monograph 15 (2007)
  4. Hwang, C-A., Duarte-Garza, H., Eubank, P. T., Holste, J. C. Hall, K. R., Gammon, B. E.,  March, K. N., “Thermodynamic Properties of CO2 + CH4 Mixtures,” GPA RR-138, Gas Processors Association, Tulsa, OK, June 1995
  5. Hall, K. R., Eubank, P. T., Holste, J., Marsh, K.N., “Properties of C02-Rich Mixtures Literature Search and Pure C02 Data, Phase I,” GPA RR-68, A Joint Research Report by Gas Processor Association and the Gas Research Institute, Gas Processors Association, Tulsa, OK, June 1985