Sistemas Gas Natural-Agua
W. Gonzales M.
Hidratos en el gas naturalLos hidratos de gas natural son componentes cristalinos sólidos, similar a la nieve o escarcha de hielo. Se forman cuando los componentes del gas natural (metano, etano, propano, i-butano, H2s , CO2 y N2) se enlazan con las moléculas de agua por su solubilidad.
Metano CH4. 6H2O
Etano C2H6. 8 H2O
Propano C3H6. 17H2O
Isobutano i-C4H10. 17 H2O
Nitrógeno N2. 6 H2O
Dióxido de Carbono CO2. 6 H2O
Ácido Sulfídrico H2S. 6 H2O
Las parafinas mas pesadas que el butano no forman hidratos, el butano normal no forma hidratos, pero presenta comportamiento muy inestable.
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
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Diagrama de Equilibrio gas-agua-hidratos
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
Presión
A
20
Temperatura
B
Línea de presión de vapor
Curva de punto de congelamiento del agua
E
F
G
H
CI
D
Curva de hidratos
Hidrato+Hidroc. Líquido+agua
Hidroc. Líquido+agua
Hidrato+Hidroc. Vapor+agua Hidroc. Vapor
+agua
Hidrato+Hidroc. Vapor+Hielo
Hidroc. Vapor+Hielo
32oF
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Condiciones que promueven la formación de hidratos
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
Las condiciones primarias necesarias para que un flujo de gas natural pueda formar hidratos estables pueden resumirse en:
•Gas Natural a condiciones o por debajo del punto de rocío con agua líquida presente. No es posible formar hidratos si es que no existe presencia de agua.•Bajas temperaturas, a o por debajo de la temperatura de formación de hidratos para una dada presión y composición de gas.•Presiones de operación elevadas que podrían alcanzar la temperatura de formación de hidratos a la temperatura de operación.
Entre los otros factores que ayudan y aceleran la formación de hidratos puede ser:
•Elevadas velocidades, o agitación, o presiones de pulsación.•Presencia de pequeños cristales de hidratos.•Presencia de H2S y CO2 estimulan la formación de hidratos
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Predicción de la Formación de Hidratos
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
Esta figura debe ser aplicada para una primera aproximación, se sugiere utilizar el método de Katz el at.(1959) u otro método para mejorar la precisión.
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Predicción de la Formación de Hidratos para Gases Dulces
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
Esta figura debe ser aplicada para una primera aproximación, se sugiere utilizar el método de Katz el at.(1959) u otro método para mejorar la precisión.
Ejemplo:
Se tiene un gas natural con G=0,68 a 500 psia y 100 oF. A que temperatura puede reducirse la corriente sin correr el riesgo de formar hidratos?
Respuesta:
De la figura la temperatura será
Th = 54 oC
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Efecto de la presencia de CO2 y H2S en la Th
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
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Predicción de la Formación de Hidratos
para Gases Dulces
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
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Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
Ejemplo:
Cuanto se puede disminuir la presión sin correr el riesgo de formar hidratos? Se tiene gas con G=0,7 e inicialmente se encuentra a P=1500 psia y T=100 oF
Respuesta:
De la figura la temperatura será
Pfinal = 800 psia
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Predicción de la Formación de Hidratos Método de radios de equilibrio sólido-gas de Katz et al.
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
∑ =i vs
i
iK
ysiendo 1
445,0
∑= i
vsi
h
iKy
T
Donde:Th = Temperatura de formación de hidratos oKKvs = Radios de equilibrio de vapor-sólido (obtener valores de tablas-ver anexos)y = Fracción molar del hidrocarburo en el gas en base secaxs = Fracción molar del hidrocarburo en el sólido libre de agua
svs x
yK =
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Predicción de Contenido de Agua
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
Para el diseño y operación de sistemas de deshidratación es necesario conocer el contenido de agua del gas natural. El contenido de agua del gas depende de:
- Presión: el contenido de agua disminuye con el incremento de la presión.- Temperatura: el contenido de agua aumenta con el incremento de la temperatura.- Contenido de Sal: el contenido de agua disminuye con el contenido de sal en el reservorio. Composición del gas: a mayor gravedad específica el contenido de agua es menor.
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Predicción de Contenido de Agua
Gases Dulces
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
W. Gonzales M.
Predicción de Contenido de Agua
Gases Ácidos
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
SHSHCOCOhchc wywywyw2222
++=
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Predicción de Contenido de Agua
Gases Ácidos
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
SHSHCOCOhchc wywywyw2222
++=
W. Gonzales M.
Ejemplo:
Determinar el contenido de agua de un gas a 1000 psia y 100 oF. El gas tiene la siguiente composición: Metano(80%), Etano(5%), Propano(1,5%), n-Butano (0,5%), CO2 (2,5%), N2 (2%) y H2S (8,5%).
Solución: Aplicamos
Cap. 7 Sistemas Gas Natural -Agua
SHSHCOCOhchc wywywyw2222
++=
==
=
=
==++++=
SH
CO
HC
SH
CO
hc
W
W
W
y
y
y
2
2
085,0
025,0
89,002,0005,0015,005,08,0
2
2
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