TECNOLOGÍA DEL GAS II - CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA TECNOLOGÍA DEL GAS II - CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA

ComportamientoComportamientodel Sistemadel SistemaAgua - Gas Agua - Gas

natural natural

Contenido

Condiciones para la formación4

Técnicas de deshidratación6

Formación de Hidratos33

Motivos para evitarlos35

Contenido de Agua en el Gas32

Introducción31

Introducción

El gas natural, que se extrae de los pozos, contiene agua, en estado gaseoso junto con El gas natural, que se extrae de los pozos, contiene agua, en estado gaseoso junto con otros componentes de la mezcla de hidrocarburos. otros componentes de la mezcla de hidrocarburos. Los cambios de presión y temperatura que experimenta el fluido gaseoso hacen que el Los cambios de presión y temperatura que experimenta el fluido gaseoso hacen que el agua se condense y se deposite en las tuberías y otros recipientes que lo contienen, agua se condense y se deposite en las tuberías y otros recipientes que lo contienen, generando problemas tales como:generando problemas tales como:Formación de hidratos.Formación de hidratos. Son sólidos blanquecinos, formados por agua e hidrocarburos. Son sólidos blanquecinos, formados por agua e hidrocarburos.Producen taponamiento. Producen taponamiento. En las tuberías, válvulas y recipientes impidiendo su En las tuberías, válvulas y recipientes impidiendo su circulación.circulación.

Entonces, es necesario analizar las condiciones a las cuales se pueden formar los Entonces, es necesario analizar las condiciones a las cuales se pueden formar los hidratos para aplicar correctivos y evitar la formación.hidratos para aplicar correctivos y evitar la formación.Para ello se utiliza metanol o mono etilenglicol, los cuales bajan el punto de rocío e Para ello se utiliza metanol o mono etilenglicol, los cuales bajan el punto de rocío e impiden la formación de los hidratos.impiden la formación de los hidratos.

Peligros de explosiónPeligros de explosión. Si un bache de agua que se haya formado en la tubería entra a . Si un bache de agua que se haya formado en la tubería entra a una caldera, habrá una explosión. una caldera, habrá una explosión.

La magnitud depende de la cantidad de líquidos que lleguen y de la temperatura que La magnitud depende de la cantidad de líquidos que lleguen y de la temperatura que encuentren. encuentren. El agua, al evaporarse aumenta 1.700 veces su volumen. El agua, al evaporarse aumenta 1.700 veces su volumen. Los hidrocarburos, que obviamente también se pueden condensar, aumentan en Los hidrocarburos, que obviamente también se pueden condensar, aumentan en menor grado dependiendo de la composición que tengan. menor grado dependiendo de la composición que tengan.

Formación de ácidos.Formación de ácidos. Cuando hay presencia de Cuando hay presencia de COCO22 y H y H22S,S, conjuntamente con agua conjuntamente con agua libre, se formarán ácidos como el libre, se formarán ácidos como el Carbónico, HCarbónico, H22COCO33 y el Sulfúrico, H y el Sulfúrico, H22SOSO44 ,que corroen ,que corroen las tuberías y el resto de los componentes metálicos del sistema.las tuberías y el resto de los componentes metálicos del sistema.

Introducción

¿Cómo se sabe cuánta agua puede haber en el gas?Para medir el contenido de agua que transporta el gas natural se utiliza “el medidor de punto de rocío” (“Flash Point Tester”), capaz de medir la temperatura a la cual se condensará fluidos a partir del gas natural. El operador deberá aprender a diferenciar cuándo se condensa agua o hidrocarburos y, debe estar en condiciones de garantizar de cuál de los líquidos se trata.El punto de rocío al agua.El punto de rocío al agua. Se conoce como punto de rocío de agua a la temperatura a la cual se condensa el agua, a determina presión previamente conocida o establecida.El punto de rocío a los hidrocarburosEl punto de rocío a los hidrocarburos. El operador deberá determinar la temperatura a la cual se depositaron los hidrocarburos, indistintamente de que haya también agua en la mezcla.Uno de los cálculos que más comúnmente se deben realizar es la determinación y el conocimiento cierto del lugar geométrico de los puntos de rocío y de burbujeopuntos de rocío y de burbujeo en una mezcla de gas natural. Utilizando el “diagrama de fases” o “envolvente”

Contenido de Agua en el Gas

El comportamiento del agua en los sistemas de hidrocarburos es independiente El comportamiento del agua en los sistemas de hidrocarburos es independiente Fig. 1 muestra que el agua es esencialmente inmiscible en los hidrocarburosmuestra que el agua es esencialmente inmiscible en los hidrocarburosLa Solubilidad del agua en el gas disminuye por incremento de la presión y La Solubilidad del agua en el gas disminuye por incremento de la presión y disminución de la temperaturadisminución de la temperaturaLa presión favorece la combinación del agua con el gas para formar hidratos La presión favorece la combinación del agua con el gas para formar hidratos sólidos de gas, aún aunque la temperatura esté por encima de la temperatura de sólidos de gas, aún aunque la temperatura esté por encima de la temperatura de congelamiento del agua. congelamiento del agua. El concepto de presiones parciales es válido solo a presiones de 3 a 4 bar sin El concepto de presiones parciales es válido solo a presiones de 3 a 4 bar sin embargo esta ecuación es válida a presiones cercanas a la atmosférica – Pero para embargo esta ecuación es válida a presiones cercanas a la atmosférica – Pero para presiones diferentes a la atmosférica hay otras correlaciones.presiones diferentes a la atmosférica hay otras correlaciones.Si se asume que el agua está presente en el gas en la fase líquida y por tanto en Si se asume que el agua está presente en el gas en la fase líquida y por tanto en equilibrio con el gas. equilibrio con el gas. Aplicando la ley de Dalton de las presiones parciales:Aplicando la ley de Dalton de las presiones parciales:

P.yP.yww = P = Pvv

Donde: P = Donde: P = Presión total del sistemaPresión total del sistema yyw w = = Fracción molar del agua en la fase gaseosaFracción molar del agua en la fase gaseosa

en condiciones de equilibrioen condiciones de equilibrio PPvv = = Presión del vapor de agua a la Tº dadaPresión del vapor de agua a la Tº dada

En la fase líquida agua: XEn la fase líquida agua: Xw w = 1.0= 1.0A Presión cercana a la atmosférica la ecuación es totalmente válida.A Presión cercana a la atmosférica la ecuación es totalmente válida.

GasGas

AguaAgua

P.ywP.yw PvPv

Fig. Nº 1Fig. Nº 1Solubilidad del Agua en HidrocarburosSolubilidad del Agua en Hidrocarburos

Contenido de Agua en el Gas

El contenido de agua en el gas se establece cuando se El contenido de agua en el gas se establece cuando se alcanza la temperatura del punto de rocío del gas a una alcanza la temperatura del punto de rocío del gas a una presión dada. presión dada. Es decir el gas está completamente Es decir el gas está completamente saturado con agua. Fig. Nº 2saturado con agua. Fig. Nº 2

Esta es la máxima cantidad de agua que el gas puede Esta es la máxima cantidad de agua que el gas puede contener en las condiciones especificadas.contener en las condiciones especificadas.

No necesariamente ocurre en condiciones de saturación No necesariamente ocurre en condiciones de saturación sino también por debajo de la saturación, debido a que sino también por debajo de la saturación, debido a que el gas es comprimido, expandido, calentado y enfriado, y el gas es comprimido, expandido, calentado y enfriado, y por tanto no necesariamente se satura en cada punto por tanto no necesariamente se satura en cada punto del sistema.del sistema.

Contenido de Agua en el Gas

El contenido de agua en el gas puede determinarse a partir de:

W = y WW = y Whchc + y + y11WW11 + y + y22WW22Donde:Donde: W = Contenido de agua en el gasW = Contenido de agua en el gas

WWhchc = Contenido de agua de parte del hidrocarburo gas = Contenido de agua de parte del hidrocarburo gas Fig.2Fig.2WW11 = Contenido de CO= Contenido de CO22 Fig. 3 Fig. 3WW2 2 = Contenido de H= Contenido de H22S Fig. 4S Fig. 4 y = Fracción molar de hidrocarburos en mezcla del gasy = Fracción molar de hidrocarburos en mezcla del gas

Es la suma de las fracciones de todos los Es la suma de las fracciones de todos los componentes menos el CO componentes menos el CO22 y H y H22SS

yy11 = Fracción molar de CO = Fracción molar de CO22

yy22 = Fracción molar del H= Fracción molar del H22SS

Fig. Nº 2Fig. Nº 2Contenido de agua en gas pobre y dulceContenido de agua en gas pobre y dulce

Fig. Nº 2a Fig. Nº 2a Contenido de agua en gas pobre y dulceContenido de agua en gas pobre y dulce

Contenido de agua en COContenido de agua en CO22 en en

mezclas de gas natural saturadomezclas de gas natural saturado

Contenido de agua en HContenido de agua en H22S en mezclas de S en mezclas de

gas natural saturadogas natural saturado

Formación de Hidratos

Los hidratos son compuestos cristalinos sólidos parecidos Los hidratos son compuestos cristalinos sólidos parecidos al hielo pero mucho menos densos que el hielo.al hielo pero mucho menos densos que el hielo.

Su formación es el resultado de la asociación de una Su formación es el resultado de la asociación de una molécula de metano, etano, butano con seis o siete molécula de metano, etano, butano con seis o siete moléculas de agua.moléculas de agua.

Su formación es gobernada por el tamaño de la molécula Su formación es gobernada por el tamaño de la molécula agregada y su solubilidad en el agua.agregada y su solubilidad en el agua.

Se descomponen fácilmente a temperaturas y presión Se descomponen fácilmente a temperaturas y presión ambiente, pero no a las condiciones de bajas temperaturas ambiente, pero no a las condiciones de bajas temperaturas y altas presiones imperantes en el interior de y altas presiones imperantes en el interior de intercambiadores de calor, medidores de orificio, intercambiadores de calor, medidores de orificio, recipientes, válvulas y otros.recipientes, válvulas y otros.

Condiciones para su formación

Gas con Gas con agua Libre agua Libre o cerca del o cerca del punto de punto de

RocíoRocío

Alta Alta PresiónPresión

VariablesVariables

Baja Baja TemperaturaTemperatura

..

Condiciones Secundarias de FormaciónCondiciones Secundarias de Formación

Las altas Las altas velocidades Yvelocidades Y la turbulenciala turbulenciafavorecen sufavorecen su

formaciónformación

AAVelocidadVelocidad

y Agitacióny Agitación

La siembra de La siembra de cristales en cristales en presencia depresencia deescamas deescamas de

la tuberíala tubería

CCSiembraSiembra

de cristalesde cristales

El flujo El flujo discontinuo odiscontinuo o

Pulsante Pulsante favorece sufavorece suformaciónformación

BBPulsacionesPulsaciones

Motivos para evitar su formaciónMotivos para evitar su formación

TaponamientoTaponamiento

CorrosiónCorrosión

Punto de RocíoPunto de Rocío

En losEn losEquiposEquipos

De procesoDe procesoY en las Y en las

Uniones y Uniones y conexionesconexiones

En lasEn lasTuberías deTuberías deTransporteTransporte

Y Y distribucióndistribución

Prevenir formación de hidratosPrevenir formación de hidratos

Optimizar el procesoOptimizar el proceso

EVITAEVITA

TIENDE ATIENDE A

ENEN ENEN

Técnicas de Deshidratación

TÉCNICASTÉCNICAS

Expansión/reducción de presiónExpansión/reducción de presión

Absorción Absorción

Inyección-MetanolInyección-Metanol

AdsorciónAdsorción

Con sólidos comoCon sólidos como

Tamices molec.Tamices molec.

Con GlicolCon Glicol

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