tratamiento y derivados del gas natural

1. DATOS GENERALES DE LA ASIGNATURA

Nombre de la asignatura:

Clave de la asignatura:

SATCA1:

Carrera:

Tratamiento y Derivados del Gas Natural

PEC-1503

2-2-4

Ingeniería Química

2. PRESENTACIÓN

Caracterización de la asignatura

La asignatura de Tratamiento y Derivados del Gas Natural complementa el perfil del Ingeniero Químico al desarrollar competencias relacionadas con la purificación, transportación y uso del gas natural en la fabricación de derivados petroquímicos y fertilizantes nitrogenados.

En la actualidad, la industria de gas natural enfrenta los siguientes retos:

Cuellos de botella en la producción, transporte e infraestructura de almacenamiento. La gran preocupación de los dueños de la tierra por los proyectos y las dificultades en la obtención de permisos de gasoductos; así como la dificultad de encontrar transportistas con capacidad crediticia que firmar contratos de largo plazo y apuntalar expansiones, particularmente por la volatilidad del mercado de gas natural.

Superar obstáculos regulatorios y de asentamiento con el fin de crear instalaciones de GNL, construir nuevos gasoductos e instalaciones para transporte, distribución y almacenamiento; así como desarrollar el gas Ártico. Asimismo, es necesaria una regulación más eficiente para permitir a los mercados funcionar con mayor libertad y así poder desarrollar oportunamente la oferta e infraestructura de gas natural.

Industrialización del gas natural para la fabricación de derivados petroquímicos y fertilizantes nitrogenados poco desarrollada.

Atendiendo a estos retos, es que se desarrolla la presente asignatura, en la cual se abordan las características del gas natural, su forma de transportación y almacenaje; y las bondades que tiene como materia prima para la elaboración de productos derivados de alto valor agregado, tales como fertilizantes, materias semielaboradas para la producción de plásticos (parafinas, olefinas y alcoholes orgánicos) y diesel oil.

La asignatura se relaciona con Química Orgánica I y II, Fisicoquímica I y II, Procesos de Separación I, II y III y Síntesis y Optimización de Procesos, además de las asignaturas específicas que conforman el módulo de especialidad.

1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

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Dirección General de Educación Superior Tecnológica

Intención didáctica

La intención didáctica que se propone está enmarcada en el modelo de desarrollo de competencias profesionales, que incluye un enfoque holístico basado en la adquisición de aspectos cognitivos que sustentan experiencias de laboratorio, complementadas con la realización de investigaciones que intentan resolver situaciones problemáticas reales planteadas a los alumnos, buscando traducir esta formación en desempeños específicos.

El proceso formativo considerado en esta asignatura está integrado por cinco unidades de aprendizaje. El docente establecerá las estrategias de aprendizaje para cada unidad.

En la unidad uno se realiza la descripción general de las características del gas natural, las fuentes de las cuales se puede obtener, los procedimientos de producción más comunes y las ventajas y desventajas en su uso.

En la unidad dos se desarrollan los procesos de separación gas-líquido, a partir de la identificación del comportamiento de fases y el uso de equipo especializado para realizar la separación y limpieza del gas natural.

Los procesos de deshidratación y desulfuración de gas natural se desarrollan a lo largo de la tercera unidad, considerando diversos métodos que permiten su purificación.

En la unidad cuatro se contemplan aspectos relacionados con el manejo del gas natural, considerando su obtención, transporte, almacenamiento, medición y control, considerando las características específicas del manejo de fluidos y la normatividad vigente aplicable.

Finalmente en la unidad cinco se describen algunos de los procesos más representativos para la industrialización del gas natural.

Las experiencias de laboratorio están totalmente integradas en el proceso de enseñanza -aprendizaje (no se hacen al final, para confirmar las leyes y teorías vistas en clase), puesto que se realizan para comprobar las hipótesis emitidas y sacar conclusiones. Pero esas comprobaciones experimentales muchas veces son difíciles de llevar a cabo, por cuestiones de tiempo, porque las medidas son lentas o se tarda mucho tiempo en hacer tablas y gráficos, con lo que no tienen cabida en una sesión de clase, o, simplemente, no son viables en un laboratorio escolar. Sin embargo, con el uso de la computadora las medidas son rápidas y exactas, ya que las hacen los sensores conectados o los instrumentos de medida de la experiencia simulada, y el tratamiento de los resultados cuenta con el apoyo de potentes “software” al efecto.

Por otro lado, en Internet se pueden encontrar simulaciones interactivas muy adecuadas para el estudio de los procesos de manejo, traslado, almacenamiento y procesamiento del gas natural.

Adicionalmente se sugiere la realización de prácticas de campo a refinerías y compañías que utilizan el gas natural como materia prima, a fin de conocer con más detalle cada procedimiento que se sigue para la obtención de productos derivados de este recurso.

Es importante para el alumno participar activamente en las actividades de aprendizaje que están planteadas en este programa o las que el docente diseñe, como facilitador del desarrollo de las competencias tanto generales como específicas propuestas.

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3. PARTICIPANTES EN EL DISEÑO Y SEGUIMIENTO CURRICULAR DEL PROGRAMA

Lugar y fecha de elaboración o revisión

Participantes Observaciones

Toluca, Estado de México.

Septiembre – Noviembre de 2014.

Tecnológicos de Estudios Superiores del Estado de México, que ofertan la carrera de Ingeniería Química:

Chimalhuacán. Coacalco. Ecatepec. Jocotitlán. Jilotepec. San Felipe del Progreso.

Reuniones de Seguimiento de la Comisión para la Conformación de la Especialidad en Petroquímica.

4. COMPETENCIA(S) A DESARROLLAR

Competencia general de la asignatura

Elabora productos petroquímicos derivados del gas natural, aplicando métodos y tecnologías de vanguardia.

Competencia(s) específica(s) de la asignatura

Maneja los fundamentos del gas natural, considerando su composición y características técnicas.

Desarrolla procesos de separación gas-líquido que le permitan obtener gas natural de alta calidad.

Aplica procedimientos y técnicas de deshidratación y desulfuración de gas natural, considerando la normatividad vigente.

Realiza actividades de almacenamiento, transporte y medición del gas natural, considerando condiciones específicas de seguridad.

Aplica métodos de fabricación de derivados petroquímicos y fertilizantes nitrogenados, considerando el gas natural como materia prima.

5. COMPETENCIAS PREVIAS

Analiza el comportamiento de modelos químicos establecidos, mediante el uso de

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herramientas de cálculo diferencial e integral.

Obtiene propiedades de los fluidos, mediante la ley general de los gases.

Calcula las propiedades termodinámicas de los gases, considerando la modificación de condiciones del entorno.

Aplica métodos de balance de materia y energía en reacciones químicas.

Aplica las leyes de la termodinámica, interpretando los cambios que presentan las mezclas y compuestos en estado gaseoso.

Aplica los principios de catálisis y electroquímica en procesos industriales.

Diseña procesos relacionados con el flujo agitación y mezclado de fluidos, aplicables a separaciones mecánicas en plantas industriales y de servicios.

Diseña intercambiadores de calor, evaporadores, cristalizadores, torres de enfriamiento y secadores, utilizados en plantas químicas.

Opera equipos de destilación, absorción, extracción y adsorción, en procesos de separación de mezclas y compuestos.

6. TEMARIO

No.

Temas Subtemas

1. Caracterización del gas natural

1.1 ¿Qué es el gas natural? Origen Características

Utilización

1.2 Manejo de características de las fuentes de obtención del gas natural Origen de fuentes de gas natural Otras fuentes de combustibles gaseosas

Exploración de yacimientos de gas natural

1.3 Producción de gas natural Sistemas de procesos para gas natural Determinación de la presión crítica y la

temperatura crítica El factor de compresibilidad del gas z Propiedades relacionadas con el factor z

Calor específico para gases hidrocarburos

1.4 Prestación del servicio de gas natural. Combustión y límites de explosividad Tipos de instalaciones

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Formas de conducción Medición Puesta en gas de una instalación

Transformación de aparatos

2. Desarrollo de procesos de separación gas-líquido

2.1 Comportamiento de fases Fase cualitativa de hidrocarburos Fase cualitativa con equilibrio liquido-vapor

Pronósticos del comportamiento de fase

2.2 Manejo de equipos de separación Tipos de separadores Principios de separación Factores que afectan la separación Diseño del separador Etapas de separación

Separación a baja temperatura

2.3 Limpieza del gas. Cálculos flash. Procesos de limpieza

3. Deshidratación y desulfuración de gas natural

3.1 Manejo de sistemas gas-agua Contenido de agua en gases naturales

Hidratos del gas

3.2 Deshidratación del gas natural Inhibición de hidratos por inyección aditiva Deshidratación por absorción Deshidratación por adsorción

Deshidratación por expansión con refrigeración

3.3 Desulfuración de gas natural Procesos de eliminación Procesos de endulzado en estratos sólidos Procesos de absorción físicos Procesos de absorción química (alkanol-

amina y carbonatados)

4. Manejo del gas natural 4.1 Manejo de flujo estacionario Fundamentos del flujo de gas Flujo vertical e inclinado de gas en una sola

fase Flujo de gas sobre terreno montañoso

Flujo de gas a través de restricciones

4.2 Manejo de flujo multifásico Perfil de temperaturas en sistemas de gas

fluyendo

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Método aproximado para sistemas de dos fases

Carga de líquido en pozos de gas

4.3 Almacenamiento de gas natural Sistemas de almacenamiento Flujo estacionario en sistemas simples de

tuberías Flujo estacionario en redes de tuberías Flujo transitorio en tuberías

Soluciones aproximadas para flujo transitorio

4.4 Transporte de gas natural Análisis económico en tuberías Tipos de compresores Selección del compresor Procesos de compresión

Diseño fundamental del compresor

4.5 Medición del gas natural Fundamentos de medición Métodos de medición Mediciones de orificio

5 Industrialización del gas natural

5.1 Producción de amoniaco utilizando gas natural y vapor de agua Descarbonización Reforma Conversión del CO y purificación del gas Metanación

Compresión y síntesis del amoniaco

5.2 Producción de productos petroquímicos en base al gas natural Producción de olefinas, parafinas y

alcoholes Proceso de producción por acoplamiento

oxidativo Proceso de producción por conversión vía

Metanol

7. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE DE LOS TEMAS

Nombre de tema: Caracterización del gas natural.

Competencias Actividades de aprendizaje

Específica(s): Elabora una línea de tiempo sobre la evolución

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Maneja los fundamentos del gas natural, considerando su composición y características técnicas.

Genéricas:

Instrumentales

Aplica su capacidad de análisis y síntesis

Desarrolla habilidades de comunicación oral y escrita

Realiza trabajos y simulaciones empleando la computadora

Analiza información proveniente de diversas fuentes.

Interpersonales

Desarrolla criterios que sustentan su postura personal

Trabaja de manera colaborativa en equipo

Sistémicas

Realiza actividades de investigación, complementando sus conocimientos

Desarrolla actividades de forma autónoma

de la tecnología del gas natural.

Realiza una investigación sobre las fuentes de obtención del gas natural y la situación de este rubro en México.

Desarrolla modelos con algoritmos en problemas de balance de materia y energía.

Resuelve problemas sobre diferentes tipos de gases (gases ideales y gases reales), utilizando software de aplicación específica.

Simula procesos de producción de gas natural, evaluando diversos indicadores de acuerdo con sus características técnicas.

Realiza una exposición en equipo sobre las etapas consideradas en la prestación del servicio de gas natural

Visita instalaciones que hagan uso del gas natural, identificando diferencias técnicas y operativas.

Nombre de tema: Desarrollo de procesos de separación gas-líquido.


Específica(s):

Desarrolla procesos de separación gas-líquido que le permitan obtener gas natural de alta calidad.

Genéricas:

Instrumentales


Planifica y organiza actividades prácticas, considerando aspectos de seguridad durante el desarrollo de los procesos

Realiza una investigación sobre el comportamiento de fases de hidrocarburos.

Analiza en equipos de trabajo el proceso de separación gas-liquido en el gas natural, participando en un debate para sacar conclusiones consensuadas en el grupo.

Realiza ejercicios prácticos supervisados por el docente, para determinar el correcto manejo de equipos de separación.

Define el procedimiento a seguir para realizar la limpieza del gas.

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Soluciona problemas que se presentan durante el desarrollo de los procesos.

Interpersonales

Desarrolla criterios que sustentan su actuar en las actividades prácticas


Sistémicas

Aplica conocimientos teóricos en la práctica

Nombre de tema: Deshidratación y desulfuración de gas natural.


Específica(s):

Aplica procedimientos y técnicas de deshidratación y desulfuración de gas natural, considerando la normatividad vigente.

Genéricas:

Instrumentales


Planifica y organiza actividades prácticas, considerando aspectos de seguridad durante el desarrollo de los procesos

Soluciona problemas que se presentan durante el desarrollo de los procesos

Interpersonales

Desarrolla criterios que sustentan su actuar en las actividades prácticas


Sistémicas


Realiza un mapa conceptual para definir las características de sistemas gas-agua.

Realiza un cuadro comparativo de los diversos procesos de deshidratación.

Realiza un cuadro sinóptico de los elementos contaminantes del gas natural y los métodos de tratamiento.

Realiza una presentación en equipo, de los diversos procesos de eliminación de los contaminantes del gas natural.

Desarrolla una práctica de deshidratación y desulfuración de gas natural, considerando aspectos de seguridad.

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Nombre de tema: Manejo del gas natural


Específica(s):

Realiza actividades de almacenamiento, transporte y medición del gas natural, considerando condiciones específicas de seguridad.

Genéricas:

Instrumentales


Planifica y organiza actividades prácticas, considerando aspectos de seguridad en el manejo del gas natural

Desarrolla habilidades de comunicación oral y escrita al realizar informes y reportes técnicos

Toma decisiones sustentadas

Interpersonales


Sistémicas

Genera ideas creativas e innovadoras

Resuelve ejercicios de aplicación de las ecuaciones fundamentales para flujo estacionario y multifásico.

Resuelve problemas mediante el desarrollo de cálculos del flujo vertical e inclinado de gas en una sola fase para flujos estacionarios y flujos multifásico.

Realiza un cuadro comparativo de las diversas formas de almacenamiento del gas natural, mencionando las características de cada una de ellas.

Realiza un diagrama de flujo para definir el proceso que se debe seguir al realizar el transporte de gas natural.

Resuelve problemas relacionados con el almacenamiento, transporte y medición de flujos de gas aplicando equipos e instrumentos específicos.

Nombre de tema: Industrialización del gas natural


Específica(s):

Aplica métodos de fabricación de derivados petroquímicos y fertilizantes nitrogenados, considerando el gas natural como materia prima.

Genéricas:

Instrumentales


Realiza una investigación sobre los procesos de industrialización del gas natural y participa en una plenaria grupal para exponer sus conclusiones.

Realiza una práctica de laboratorio o mediante software de simulación, sobre el proceso de producción de amoniaco utilizando gas natural y vapor de agua.

Realiza una práctica de laboratorio o mediante software de simulación, sobre el proceso de

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Analiza información proveniente de fuentes diversas

Soluciona problemas que se presentan durante el desarrollo de los procesos

Toma decisiones sustentadas

Interpersonales


Participa activamente con empatía y liderazgo

Sistémicas


Realiza actividades de investigación, complementando sus conocimientos

Genera ideas creativas e innovadoras

Mantiene una actitud propositiva orientada a la búsqueda del logro

producción de productos petroquímicos en base al gas natural.

Participa en una visita guiada a una industria que produzca, maneje, trasporte o transforme gas natural en la región, para reforzar sus conocimientos adquiridos.

8. PRÁCTICA(S)

1. Biodigestor para la obtención del metano.

2. Aplicación de procesos de separación gas-líquido.

3. Obtención del metano por reducción del cloroformo.

4. Deshidratación y desulfuración de gas natural.

5. Almacenamiento de gas natural.

6. Proceso de producción de amoniaco utilizando gas natural y vapor de agua.

7. Proceso de producción de productos petroquímicos por acoplamiento oxidativo.

8. Proceso de producción de productos petroquímicos por conversión vía Metanol.

9. PROYECTO DE ASIGNATURA

El objetivo del proyecto que planteé el docente que imparta esta asignatura, es demostrar el desarrollo y alcance de la(s) competencia(s) de la asignatura, considerando las siguientes fases:

Fundamentación: marco referencial (teórico, conceptual, contextual, legal) en el cual se fundamenta el proyecto de acuerdo con un diagnóstico realizado, mismo que permite a los estudiantes lograr la comprensión de la realidad o situación objeto

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de estudio para definir un proceso de intervención o hacer el diseño de un modelo.

Planeación: con base en el diagnóstico en esta fase se realiza el diseño del proyecto por parte de los estudiantes con asesoría del docente; implica planificar un proceso: de intervención empresarial, social o comunitario, el diseño de un modelo, entre otros, según el tipo de proyecto, las actividades a realizar los recursos requeridos y el cronograma de trabajo.

Ejecución: consiste en el desarrollo de la planeación del proyecto realizada por parte de los estudiantes con asesoría del docente, es decir en la intervención (social, empresarial), o construcción del modelo propuesto según el tipo de proyecto, es la fase de mayor duración que implica el desempeño de las competencias genéricas y específicas a desarrollar.

Evaluación: es la fase final que aplica un juicio de valor en el contexto laboral-profesión, social e investigativo, ésta se debe realizar a través del reconocimiento de logros y aspectos a mejorar se estará promoviendo el concepto de “evaluación para la mejora continua”, la metacognición, el desarrollo del pensamiento crítico y reflexivo en los estudiantes.

10. EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

La evaluación del proceso formativo considera el desarrollo secuencial de las competencias, por lo que los momentos de evaluación serán continuos, considerando actividades de evaluación tales como prácticas de laboratorio, simulaciones, desarrollo de ejercicios y solución de problemas en los cuales se consideren los siguientes aspectos de manera específica para cada unidad de aprendizaje:

1. CARACTERIZACIÓN DEL GAS NATURAL

Competencia Específica: Maneja los fundamentos del gas natural, considerando su composición y características técnicas.

Elabora una rúbrica que considere actividades de evaluación de los siguientes desempeños:

Maneja información relativa a las fuentes de obtención del gas natural y la situación de este rubro en México.

Resuelve problemas de balance de materia y energía.

Simula procesos de producción de gas natural.

Maneja las etapas consideradas en la prestación del servicio de gas natural.

Realiza visitas a instalaciones que hagan uso del gas natural, considerando aspectos de seguridad personal y colectiva.

Sugerencia: Ensayo y práctica de laboratorio.

2. DESARROLLO DE PROCESOS DE SEPARACIÓN GAS-LÍQUIDO

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Competencia Específica: Desarrolla procesos de separación gas-líquido que le permitan obtener gas natural de alta calidad.


Desarrolla procesos de separación gas-liquido en el gas natural.

Emplea equipo específico de separación gas – líquido, siguiendo procedimientos estandarizados descritos por el fabricante.

Sugerencia: Práctica de laboratorio.

3. DESHIDRATACIÓN Y DESULFURACIÓN DE GAS NATURAL

Competencia Específica: Aplica procedimientos y técnicas de deshidratación y desulfuración de gas natural, considerando la normatividad vigente.


Desarrolla procedimientos de deshidratación de gas natural.

Desarrolla procedimientos de desulfuración de gas natural.

Obtiene gas natural limpio, mediante la aplicación de procesos de deshidratación y desulfuración.


4. MANEJO DEL GAS NATURAL

Competencia Específica: Realiza actividades de almacenamiento, transporte y medición del gas natural, considerando condiciones específicas de seguridad.


Resuelve ejercicios de flujo estacionario y multifásico, empleado diversas herramientas.

Maneja diversas formas de almacenamiento del gas natural.

Aplica el proceso que se debe seguir al realizar el transporte de gas natural.

Realiza mediciones de parámetros de gas natural, considerando el uso de instrumentos especializados.

Sugerencia: Práctica de campo.

5. INDUSTRIALIZACIÓN DEL GAS NATURAL

Competencia Específica: Aplica métodos de fabricación de derivados petroquímicos y fertilizantes nitrogenados, considerando el gas natural como

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materia prima.


Aplica el proceso de producción de amoniaco utilizando gas natural y vapor de agua.

Aplica el proceso de producción de productos petroquímicos en base al gas natural.

Obtiene derivados del gas natural, a partir de la aplicación de procesos estandarizados.

La evaluación de las competencias genéricas consideradas en el desarrollo del proceso formativo se hará de manera transversal, dado que las competencias profesionales refieren un proceso integral en el cual se consideran aspectos conceptuales, procedimentales y actitudinales.


11. (FUENTES DE INFORMACIÓN

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2. Aspen HYSYS – ASPEN TECH. Aspen Technology (2009): Tutorial and Application-Version Number 7.1. Inc. Cambridge, MA 02141-2201. USA.

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5. Calle, M.A.(2012). Proyectos Petroquímicos. Colección: Maestría en Gestión en la Industria de los Hidrocarburos. U VIRTUAL Centro de excelencia. Santa Cruz, Bolivia.

6. E. Erdmann, L. Ale Ruiz, N. Campos, D. Kostrencic, J. Martínez y L. Mercado. (2008) Simulación del endulzamiento del gas natural con aminas. I Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos- RITeQ. Complejo Vaquerías – Valle Hermoso – Córdoba – Argentina.

7. Estrada J. H. (2012). Desarrollo del gas Lutita (Shale Gas) y su impacto en el mercado energético de México: Reflexiones para Centroamérica. CEPAL, México.

8. Instituto Mexicano del Petróleo (2014). Procesos Petroquímicos. Disponible en:

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10. Maldonado, D. A. (2010). Modelación del proceso de separación de gas-crudo en la industria petrolera. Tesis de Licenciatura. Ingeniería en Petróleos, Universidad del Istmo. Santo Domingo, Tehuantepec.

11. Marco jurídico Básico del Sector Hidrocarburos. Disponible en: http://sie.energia.gob.mx/marcojuridico/4_MJB_Subsector_Hidrocarburos.pdf. (último acceso: 25/11/2014).

12. Ocampo, J. F. (2006). Pemex: mitos, realidades, testimonios y propuestas, México, D.F., UNAM.

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17. SENER (2014). Normas oficiales mexicanas para el uso del gas natural. Disponibles en: http://www.sener.gob.mx/portal/Default.aspx?id=984, (último acceso: 25/11/2014).

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20. Wauquier J. P. (2004). El refino del petróleo. Petróleo crudo. Productos petrolíferos. Esquemas de fabricación. Madrid, España. Ediciones Díaz de Santos, S.A.

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http://sie.energia.gob.mx/marcojuridico/4_MJB_Subsector_Hidrocarburos.pdf

http://www.imp.mx/petroleo/?imp=pq

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