DESHIDRATACION DEL GAS. CONTENIDO DE AGUA DE GASES Y LIQUIDOS

DESHIDRATACIÓN DEL GAS

INTRODUCCIÓN

La deshidratación es el proceso usado para remover el agua del gas natural y gases naturales líquidos.

• Previene la formación de hidratos
• Cumplir especificaciones del contenido de agua
• Prevenir la corrosión

CONTENIDO DE AGUA DE GASES Y LIQUIDOS

SOLUBILIDAD DEL AGUA EN HC´S LIQUIDOS

Las ecuaciones de estado pueden estimar solubilidades.

Las solubilidades de hidrocarburos en agua, son en general menor que las del agua en hidrocarburos.

CONTENIDO DE AGUA EN GASES NATURALES

• Incrementa con la presión
• Depende si el gas contiene CO2 y/o H2S

CONTENIDO DE AGUA EN GASES DE ALTO CO2/H2S

• H2S y CO2 contienen más agua a la saturación que el metano o mezclas de gas natural dulce.
• La adición de pequeñas cantidades de CH4 o N2 al CO2 o H2S reducen el contenido de agua saturada.

CONTENIDO DE AGUA EN LA REGION HIDRATADA

• A temperaturas por debajo de la temperatura del hidrato del gas, la fase “condensada” deberá ser un sólido (hidrato).
• El contenido de agua de un gas en equilibrio con un hidrato deberá ser más bajo que el equilibrio con un líquido metaestable.

La formación de hidratos es un proceso que depende del tiempo.

La velocidad a la que se forman cristales de hidrato depende de varios factores:

• Composición del gas
• La presencia de sitios de nucleación de cristal en la fase líquida
• Grado de agitación

Durante este "período de formación de hidratos " el agua transitoria líquida presente se denomina " líquido metaestable”.  

El agua metaestable es agua líquida que, en equilibrio, existirá como un hidrato.

En el diseño de sistemas de deshidratación (sistemas de TEG) para satisfacer las especificaciones de punto de rocío extremadamente bajos de agua, es necesario determinar:

El contenido de agua del gas en equilibrio con un hidrato utilizando una correlación, utilizando una correlación metaestable, uno va a sobreestimar el contenido de agua saturada del gas en la especificación de punto de rocío, pero también puede ser incapaz de cumplir con la remoción de agua requerido.

Contenido de agua Medición

Especificaciones para la medición de agua se dan en el GPA de publicación 2140.

Incluye:

• Válvula del Método Freeze
• Ensayador del punto de roció Bureau en el pozo
• Método de bromuro de cobalto (25 a 30 mg / kg)

SISTEMAS DE HIDRATOS DE GAS NATURAL

Un hidrato:

Es una combinación física de agua y otras moléculas pequeñas para producir un sólido que tiene una apariencia "como-hielo" pero posee una estructura diferente que el hielo.

Su formación de los sistemas de gas y / o LGN puede tapar las tuberías, equipos e instrumentos, restringir o interrumpir el flujo.

Hay 3 estructuras cristalinas reconocidas para tales hidratos:

• En ambas las moléculas de agua construyen el entramado y los hidrocarburos, nitrógeno, CO2 y H2S ocupan las cavidades.

[pic 1]

• Las moléculas normales de parafinas son más grandes que n-C4H10 no forman la estructura de  hidratos I y II, ya que son demasiado grandes para estabilizar el enrejado.
• La composición del gas determina el tipo de estructura.
• Desde un punto de vista práctico, el tipo de estructura no afecta el aspecto, propiedades o problemas causados ​​por el hidrato. Sin embargo, tiene un efecto significativo sobre la presión y la temperatura a la forma que hidrata.
• La presencia de H2S en mezclas de gases tiene un impacto mucho menor y con frecuencia reduce la temperatura de formación de hidratos a la presión fijada para una mezcla de gases de hidrocarburos.

Las condiciones que afectan la formación de hidratos son:

• Consideraciones Primarias
• Gas o líquido deben estar en o por debajo de su punto de rocío del agua o la condición de saturación
• Temperatura
• Presión
• Consideraciones de composición secundarias
• Mezcla
• Cinética
• Sitio físico para la formación de cristales y de aglomeración.
• Salinidad (Producción buena cuando la presión incrementa, la temperatura disminuye con la condición de formación).
• Las condiciones en las que pueden formar hidratos son fuertemente afectadas por la composición del gas.

Predicción basada en la composición de la Hidratación de los gases dulces y gases que contienen cantidades mínimas de CO2 y / o H2S.

• El método Katz utiliza las constantes de equilibrio de vapor de sólidos definidos por la ecuación:

    Kvs =[pic 2]

Nota: No es bueno para los componentes puros, sólo para mezclas.

A efectos de cálculo:

• Moléculas demasiado grandes para formar hidratos tienen un valor de k de infinito.
• El nitrógeno es un ex no - hidrato valor de K infinito.
• Los valores Kvs se utilizan en una ecuación para determinar " punto de rocío ", temperatura o la presión de hidratos.

Predicciones del contenido de Hidratación para Gases altos de CO2/H2S.

• El método Katz  no se debe utilizar.
• El método de Baille y Wichert predice la temperatura de los gases de alto contenido de H2S.
• Los programas informáticos en EOS es el método más consistente de la predicción de temperaturas de formación de hidratos en la actualidad.
• El método de Baille y Wichert basado en el principio de ajuste de las condiciones del hidrato de propano para dar cuenta de la presencia de H2S.
• La adición de CO2 al metano puro aumentará ligeramente la temperatura del hidrato a una presión fija sin embargo, la adición de CO2 a una mezcla de gas natural dulce reduce la temperatura de formación del hidrato a una presión fija.
• Los programas informáticos EOS son una precisión en comparación con los datos experimentales usuales ± 1 ° C. Esto es generalmente adecuado para el diseño.

Las cuatro composiciones de gas son:

• Gas Dulce (0.6 rel. Den. Gas).
•  Gas dulce que contiene 10 % de CO2.
• Gas amargo que contiene 10 % de H2S.
• Gas amargo que contiene 10 % de CO2 y 10 % H2S.

Nota: H2S aumenta significativamente el hidrato a la temperatura de un gas natural dulce.

Inhibición de Hidratos

• La formación de hidratos se puede prevenir mediante la deshidratación del gas o líquido para eliminar la formación de una fase de agua condensada (líquida o sólida).

• La inhibición química es un método eficaz de formación de hidratos de pre ventilación, utiliza inyección de inhibidores de termodinámicas o inhibidores de bajo de hidratos de dosificación (LDHIs).

• Inhibidores termodinámicos son los inhibidores tradicionales (es decir, uno de los glicoles o metanol), que reducen la temperatura de formación de hidratos.
• Inhibidores cinéticos de hidratos (KHIS) o antiglomerantes (AA). Ellos no bajan la temperatura de formación de hidratos, pero disminuyen su efecto.

• KHIS baja la tasa de hidrato de formación, lo que inhibe su desarrollo durante un tiempo definido.
•  AA permite la formación de cristales de hidratos pero limitarlos en tamaño inferior al milímetro.

Tipos de glicoles:

• Tanto glicol y metanol se pueden recuperar con la fase acuosa, regeneradas y reinyectan. Para la inyección continua en servicios de hasta -40 ° C.

• El etilenglicol (EG), dietilenglicol (DEG), y trietilenglicol (TEG) glicoles se han utilizado para la inhibición de hidratos.
• El más popular ha sido el etilenglicol, debido a su menor coste, menor viscosidad y baja solubilidad en hidrocarburos líquidos.

Características

• El inhibidor debe estar presente en el mismo punto donde el gas húmedo se enfría hasta su temperatura de hidrato.
• La inyección debe ser de una manera, para permitir una buena distribución a cada tubo o placa de pase en enfriadores e intercambiadores de calor que funcionan por debajo de la temperatura de hidratos de gas.
• Las viscosidades de etilenglicol y sus soluciones acuosas aumentan significativamente a medida que disminuye la temperatura.
• Soluciones de glicol-agua y los hidrocarburos líquidos pueden emulsionar cuando se agita o cuando se expande desde una presión alta a una presión más baja. El diseño del separador permitirá la recuperación casi completa del glicol diluido para la regeneración y reinyección.
• El regenerador en un sistema de inyección de glicol, el cual debe ser operado para producir una solución de glicol regenerado, que tiene un punto de congelación por debajo de la temperatura mínima encontrado en el sistema. Esto es típicamente un 75-80 % en peso.

La concentración de inhibidor mínima en la fase de agua libre puede ser aproximada por la ecuación de Hammerschmidt.

• d = [pic 3]

• XI =          [pic 4]

KH (glicoles) = 2335-4000 y KH (metanol).

Para concentraciones de metanol hasta aproximadamente 50%, la ecuación Nielsen Bucklin proporciona una mejor precisión:

• d = -72,0 ln (xH2O)      
• Tenga en cuenta que "xH2O“ es una fracción molar, no una fracción de la masa donde la depresión del punto de rocío se representa en función del porcentaje en peso de metanol

Para concentraciones de metanol hasta aproximadamente 50%, la ecuación Nielsen Bucklin proporciona una mejor precisión:

• d = -72,0 ln (xH2O)      
• Tenga en cuenta que "xH2O“ es una fracción molar, no una fracción de la masa donde la depresión del punto de rocío se representa en función del porcentaje en peso de metanol

Una vez que la concentración de inhibidor requerida ha sido calculada, la masa de inhibidor requerida en la fase de agua se puede calcular la siguiente ecuación:

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