SISTEMAS AGUA - IDROCARBUROS

1. EL AGUA EN EL GAS NATURAL

Por supuesto! Lo normal es que el gas natural, tal como se extrae de los pozos, venga cargado de agua, la cual suele estar presente en estado gaseoso junto con los otros componentes que integran la mezcla de hidrocarburos. Los cambios de presin y temperatura que experimenta el fluido hacen que el agua se deposite en forma lquida en las tuberas que se utilizan para transportarlo. As, cuando el gas est cargado de agua (saturado) produce depsitos de lquido al bajar la temperatura.Hay agua en el Gas Natural?

En la literatura publicada existen tablas que nos permiten conocer la cantidad de agua que puede contener el gas cuando est sometido a determinadas condiciones de presin y temperatura. Por lo tanto, el contenido de agua es funcin de las condiciones de operacin y de la composicin del gas natural.Cuanta agua hay en el Gas Natural?

Cuanta agua hay en el Gas Natural?

El gas se deshidrata, es decir se le extrae el agua que contiene. Los niveles hasta donde se puede deshidratar dependern del propsito o destino que se tenga para ese gas. Por ejemplo una corriente de hidrocarburos que trabaja a 1.000,0 psia se suele deshidratar hasta 7 lbs./ MM pcn, con eso se garantiza que el punto de roco sea del orden de los 32 F o 0 C.De esa manera el fluido estar acondicionado para trabajar a temperaturas por encima de 0 C sin que se produzca condensacin de agua que, a su vez, ocasionar serios problemas al transportar el gas natural.Qu se debe hacer para quitar el agua del gas natural?

Formacin de hidratos. Los hidratos son slidos blanquecinos, formados por agua e hidrocarburos, parecidos a la nieve. Cuando se forman dentro de las tuberas taponan el gasoducto e impiden que el gas pueda circular. Entonces, es necesario calentar los tubos o agregarles substancias capaces de destruir estos bloques para que se reinicie la circulacin.Para evitar la formacin de hidratos se utiliza metanol o monoetilnglicol, con los cuales se baja el punto de roco.Obstruccin de la tubera. Obviamente, cuando se forman estos taponamientos, anteriormente explicados, la red de tuberas se tapona y el servicio se interrumpe.Qu peligros representa la presencia de agua en el gas?

Peligros de explosin. Si un bache de agua que se haya formado en la tubera entra a una caldera, habr una explosin. La magnitud depende de la cantidad de lquidos que lleguen y de la temperatura que encuentren. El agua, al evaporarse aumenta 1.700 veces su volumen. Los hidrocarburos, que obviamente tambin se pueden condensar, aumentan en menor grado dependiendo de la composicin que tengan. Formacin de cidos. Cuando hay presencia de CO2 y H2S, conjuntamente con agua libre, se formarn cidos que corroen las tuberas y el resto de los componentes metlicos del sistema.Qu peligros representa la presencia de agua en el gas?

Para medir el contenido de agua que transporta el gas natural se utiliza el medidor de punto de roco, un aparato capaz de medir la temperatura a la cual se condensan los fluidos a partir del gas natural. El operador deber aprender a diferenciar cundo se condensa agua o hidrocarburos y, debe estar en condiciones de garantizar de cul de los lquidos se trata.Punto de roco del agua. Se conoce como punto de roco del agua a la temperatura a la cual se condensa el agua, a determina presin previamente conocida o establecida.Punto de roco de los hidrocarburos. Como es factible que se deposite agua o hidrocarburos en estado lquido, el operador deber determinar la temperatura a la cual se depositaron los hidrocarburos, indistintamente de que haya tambin agua en la mezcla.Cmo se sabe cunta agua puede haber en el gas?

2. SOLUBILIDAD DEL SISTEMA AGUA -HIDROCARBUROS

SOLUBILIDAD DEL AGUA EN EL GAS NATURAL

Comportamiento de Fases Agua HidrocarburoLos sistemas agua hidrocarburos se pueden representar en un diagrama binario, por la complejidad de la representacin del agua con una mezcla de hidrocarburos, para su comprensin, se representa un diagrama Agua Componente de Hidrocarburo puro. Estos sistemas a temperaturas por encima de 32F describen el comportamiento complejo.

Comportamiento de Fases Agua Hidrocarburo

Solubilidad del Gas Natural en Agua.

Solubilidad del Gas Natural en Agua.El clculo de la solubilidad de hidrocarburos en agua puede ser hecha por el uso de la Ley de Henry para soluciones diluidas.Ley de Henry: Pi = H XiDonde:H: Constante de Henry, que es slo funcin de la T, si es evaluado a bajas presiones para soluciones diluidas.Pi : Presin parcial.Xi : Concentracin en la fase lquida.(solucin).Donde el gas se comporta idealmente.

3. DETERMINACION Y ESTIMACION DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS NATURAL

DETERMINACION DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS NATURAL

METODOAPLICACINOBSERVACIONES-Observacin visual del punto de hidratacin. - Absorcin por disecantes slidos.- Absorcin y subsecuente titracin con el regenerador. Karl Fischer.Congelamiento y pesado

EspectroscpicoEspectroscpico

Hignmetro elctrico Laboratorio y en campoLaboratorio

Laboratorio

Laboratorio

LaboratorioLaboratorio

CampoOperable a presiones bajas hasta -50F.Puede ser presaturado con hidrocarburosPosible de ser aplicado en campo

Para gases con bajo punto de ebullicinInstrumento porttil, pero complejoAplicable para sistemas propano-aguaUsado en mediciones extrastfericas

ESTIMINACION DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS NATURALMETODO 1: Contenido de Agua sin considerar la presencia de CO2 y H2S W = WI * CG * CS

ESTIMINACION DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL GAS NATURALMETODO 2: Contenido de Agua considerando la presencia de CO2 y H2S W = Y Whc + Y1W1 + Y2W2

Whc= WI CGCS con Mtodo 1Donde:Y = 1 Y1 Y2 , Fraccin del GNY1 = Fraccin molar del CO2; W1= Contenido de agua debido al CO2Y2 = Fraccin molar del H2S;W2= Contenido de agua debido al H2S

ESTIMINACION DEL CONTENIDO DE AGUA POR TABLAS Y CORRELACIONESMETODO 1:CORRELACION DE R. BUKACEK

ESTIMINACION DEL CONTENIDO DE AGUA POR TABLAS Y CORRELACIONESMETODO 2: CORRELACION DE LA NORMA APIDonde:W = Libras de agua por milln de pies cbicos standarT = Temperatura del gas natural, RP = Presin del gas, Psiawt = % total de slidos en el gas

4. HIDRATOS DEL GAS NATURAL

Compuestos cristalinosUna forma de compuestos de inclusin - ClathratesMolcula de gas atrapada en estructura cristalina formada por molculas de aguaQu es un Hidrato de Gas Natural?

[4]Qu es un Hidrato de Gas Natural?

Los hidratos son compuestos slidos que se forman como cristales, tomando apariencia de nieve, stos se producen por una reaccin entre el gas natural y el agua y su composicin es aproximadamente un 10% de hidrocarburos y un 90% de agua. Su gravedad especfica es de 0,98 y flotan en el agua pero se hunden en los hidrocarburos lquidos.La formacin de hidratos en el gas natural ocurrir si existe agua libre y se enfra el gas por debajo de la temperatura llamada "de formacin de hidratos".En los espacios pueden acomodarse CH4, C2H6, H2S, CO2 y molculas en este rango de tamao. Tcnicamente , molculas no muy grandes como el i-C4H10 pueden acomodarse.FORMACION DE HIDRATOS

Naturaleza de los hidratos de Gas NaturalEstructura CristalinaTipo cuerpo centrado: Mleculas pequeas como CH 4, C2H 6, H 2S.Ejemplo: datos obtenidos tericamente CH4 53/4 H2O, C2H6 72/3 H2O Datos obtenidos experimentalmente CH4 5,8 H2O a CH4 6,3 H2O C2H6 7,9 H2O a C2H6 8,5 H2OEn general se toma: CH4 7 H2O C2H6 8 H2O C3H8 18 H2 O CO2 7 H2OTipo diamante: Para molculas grandes (largas), como C3H8 , i-C4H10, con 17 molculas de agua por molcula de hidrato gas.Ejemplo: El C3H817H2O .

Condiciones para la Formacin de hidratos de Gas Naturala)Consideraciones primarias:

1.El gas debe estar en su punto o por debajo de su punto de hidratacin (roco) con agua libre presente.2.Bajas temperaturas3.Altas presiones

Condiciones para la Formacin de hidratos de Gas Naturalb) Consideraciones secundarias:1.Altas velocidades2.Presiones pulsantes (variacin pulsante de la presin)3.Algn tipo de agitacin4.Introduccin de un pequeo cristal del hidrato. Formacin de hidratos a partir de cristales ya existentes; la siembra de cristales sirve como ncleo a la formacin de hidratos.5.La presencia de hidrocarburos pesados. Si bien los Hidrocarburos desde el butano y superiores no forman hidratos, pero promueven la formacin de otros hidrocarburos ms livianos y en condiciones lquidas es la ms ptima. Los hidrocarburos pesados posiblemente formen hidratos por debajo de 32F.6.Existencia de agua en el Gas7.La presencia de dixido de carbono y H2S,por su solubilidad en Agua.

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMtodo Preliminar. Mtodo Data Book (AGA)

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMtodo de KatzEste mtodo se basa en las condiciones de Equilibrio Gas-Slido, cuyas constantes de equilibrio fueron determinadas experimentalmenteKV-S = y/ xSDonde:y = fraccin molar del gasxS = fraccin molar en fase slidaCriterio para la Formacin de Hidratos. se obtienen de acuerdo a la siguiente expresin:

Condicin a la cual se forma la primera partcula de hidrato.

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMtodo de KatzLa constante de equilibrio KV-S , se asume que slo es funcin de la P y T del Sistema , pero en realidad, tienen una variacin de acuerdo a la composicin del gas. Los constantes de equilibrio KV-S , fueron determinados para los siguientes compuestos: CH4 , C2H6, C3H8 , i-C4H10 , CO2 , H2SLas constantes de equilibrio del n-C4H10 para bajas concentraciones (

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMtodo de Katz

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMtodo de Katz

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMetodo de Treckell y Campbell Caractersticas del mtodo.A presiones superiores a 1000 psia se ve que el C2 y n-C4 no tienen el mismo comportamiento.Por encima de 3000 psia el punto de hidratacin es deprimido ligeramente, debido a que la estructura del enrejado del hidrato es deformado, el cual cambia relativamente la estructura de pocos hoyos o espacios grandes que puede simplemente acomodar aquellas molculas en esos espacios.Muestra que los pentanos y pesados tienen efecto sobre el punto de hidratacin, lo cual significa que K estrictamente hablando El H2S y CO2 no tienen efecto significativo en gases naturales que contienen cantidades razonables de C2 hasta C3 por tanto se considera despreciable la correccin debido al CO2 como tambin al N2 .

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMetodo de Treckell y Campbell La ecuacin general:TH = THC1 + THiDonde: THC1 = Temperatura de hidratacin del CH4THi = Incrementos de temperatura de hidratacin i: C2, C3, i-C4 , n-C4, C5+

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMetodo de Treckell y Campbell

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMetodo de Treckell y Campbell

ESTIMINACION DE LAS CONDICIONES DE FORMACION DE HIDRATOS DEL GAS NATURALMetodo de Treckell y Campbell

En aquellas situaciones donde los clculos predicen la formacin de hidratos, ello puede evitarse removiendo el agua del gas o del lquido antes del enfriamiento de los hidrocarburos por debajo de la temperatura a la cual podran aparecer los problemas mediante el uso de un inhibidor que se mezcle con el agua que se ha condensado.Las plantas de procesamiento de gas, cuyo objetivo es recuperar LGN (Lquidos del gas natural), utilizan normalmente procesos a bajas temperaturas.CONTROL DE HIDRATOS

En estos casos, es necesario deshidratar el gas natural para que la planta pueda operar sin peligro de formacin de slidos; la profundidad de la deshidratacin depender del nivel de la temperatura del proceso, as, en un proceso criognico donde se alcance un, nivel de -125 F, la cantidad de agua permisible ser de menos de una libra por MM pcnd .Para lograr deshidratar un gas a ese nivel, suelen emplearse procesos de adsorcin. En esos casos se utilizaran slidos como la Almina activada, la Slica gel o las mallas moleculares para remover el agua del gas natural.CONTROL DE HIDRATOS

La formacin de hidratos se elimina mediante reacciones qumicas y fsicas en procesos de absorcin y adsorcin.Corriente de glicol o en lecho fijo de Cloruro de calcio.El tipo de glicol depende especialmente de la temperatura del gas a deshidratacin.Cuando la temperatura es mayor a -20F se utiliza el etilenglicol.Cuando la temperatura es mayor a 20F se utiliza Dietilenglicol.Cuando la temperatura es mayor a 150F se utiliza trietilenglicol.

TRATAMIENTO CORRECTO PARA PREVENIR LA FORMACION DE HIDRATOS

****