Hidratos-gpsa

HIDRATOS DE GAS NATURAL

El hidrato es un sólido complejo cristalino estable, con apariencia de hielo pero posee una estructura diferente. Se forma en sistemas de gas o de líquidos recuperados del gas natural (NGL), cuando el gas o el líquido está en o por debajo del punto de rocío del agua, normalmente cuando hay presencia de agua líquida sin embargo; no necesariamente tiene que darse esta condición, pues una vez que el gas este saturado, el agua libre puede pasar directamente de vapor a sólido sin formar líquido. La temperatura de formación de hidrato a una presión dada depende de la composición del gas.

Tradicionalmente se han reconocido dos estructuras cristalinas para los hidratos que se forman con el gas natural llamadas simplemente Estructura I y II; en las cuales las moléculas de agua forman el enrejado, y los hidrocarburos, el N2, CO2, y H2S ocupan las cavidades. Las moléculas más pequeñas (CH4, C2H6, CO2 y H2S) estabilizan formando un cuerpo cúbico centrado llamado Estructura I, y las moléculas más grandes (C3H8, i-C4H10, n-C4H10) forman un enrejado tipo diamante llamado Estructura II.

Las moléculas más grandes que el n-C4H10 no forman hidratos de Estructuras I y II; sin embargo, estudios recientes indican que algunas isoparafinas y cicloalcanos más grandes que el pentano forman hidratos de Estructura H.

Cuando se forman hidratos éstos tienden a bloquear tuberías, equipos e instrumentos, restringiendo o interrumpiendo el flujo. En tomas de presión de medidores e indicadores, producen falsas lecturas de presión y errores de medición. Una vez que se forman los hidratos su remoción es bastante difícil.

Formación de hidratos de metano.

Contenido de Agua en la Región de Hidrato

El contenido de agua de un gas en equilibrio con un hidrato, será menor que en equilibrio con un liquido metaestable. Esto se conoce como la zona de advertencia “Warning”.

La formación de hidratos es un proceso dependiente del tiempo. La rata a la cual se forman los cristales de hidrato depende de varios factores que incluyen, composición del gas, presencia de sitios nucleares de cristales en la fase líquida, grado de agitación, etc.

Durante esta transición (período de formación del hidrato), el agua líquida presente se denomina liquido metaestable.

Agua metaestable es agua líquida la cual, en equilibrio existirá como un hidrato.

Predicción De Condiciones Para La Formación De Hidratos

Las condiciones para formación de hidrato pueden también ser calculadas en forma manual o usando un programa de computador para simulación de procesos.

Los cálculos manuales pueden hacerse con base en los métodos del GPSA mediante el uso de cartas o siguiendo un procedimiento de cálculo de equilibrio vapor/sólido.

En forma similar a como se hizo en los cálculos para contenido de agua en el gas, los cálculos manuales para predecir la formación de hidratos deben ser ajustados para gases agrios. Baille & Wichert desarrollaron una carta para estimar las condiciones de formación de hidratos en gas natural agrio, la cual puede también usarse en gas dulce.

Generalmente estos programas se pueden usar en forma confiable para diseño, especialmente, cuando el sistema, es complicado; como el caso de formación de hidratos sin que se tenga agua libre condensada del gas, donde se requiere un modelo de cálculo termodinámico riguroso.

Curvas de predicción de hidratos

Expansión permisible sin la formación de hidratos a 0.7 de gravedad específica

Expansión permisible sin la formación de hidratos a 0.6 de gravedad específica

Predicción de Formación de Hidratos con Base en la Composición para Gases Dulces

Un método más seguro para estimar condiciones de formación de hidrato es el de Katz , en el cual se ejecutan cálculos tipo "punto de rocío" usando constantes de equilibrio vapor sólido KVS, las cuales se muestran en las Figs. 20-19

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