contenido de agua y prediciÓn de hidratos

ADRIAN FELIPE GIRALDO DEISY PATRICIA REYES DIANA ROCO ARDILA LUIS ANGEL VILLLAREAL

Introduccin Hidratos de gas Estructura de los hidratos Tipos de estructuras Propiedades de los hidratos Condiciones de formacin de hidratos. Contenido de agua en el gas. Prediccin de hidratos. Conclusiones. Bibliografa.

Creciente economa y sobrepoblacin

Bsqueda de nuevas alternativas

HIDRATOS DE GAS

Problemas operacionales: Taponamiento u obstruccin de tubera.

Compuestos moleculares cristalinos que tienen apariencia de hielo y estn constituidos por agua y gas. Se forman a ciertas condiciones de presin y temperatura.

Causan problemas en tuberas, vlvulas, choques, compresores y expansores.

Los principales formadores de hidratos son metano, etano, propano, isobutano, n-butano, acido sulfhdrico y dixido de carbono.

Es un cristal hueco, con una molcula de gas flotando en su interior. Las molculas de agua, forman enlaces entre sus hidrgenos y crean una especie de jaula para la molcula de gas, en este caso de metano.

CONTENIDO DE AGUA Y PREDICIN DE HIDRATOS DE GAS

Constituidos por 2 o ms componentes: Un componente hospedaje que se une por puentes de hidrogeno la cual forma una estructura ensanchada con espacios. Un componentes husped que llenan los espacios o intersticios dejados por la molcula hospedaje.


Se reconocen tres tipos de estructuras en los hidratos

Segn la disposicin de las molculas de agua en el cristal

Estructura Tipo l, Tipo ll y Tipo H


Formado por pequeas molculas husped tales como :

Metano, etano y CO2.

Conformado por 46 molculas de agua y 8 molculas de gas.

Fuente: Gil J, Rojas F. Mtodos Utilizados en la recuperacin de gas natural formacin de hidratos en lechos marinos UIS 2008


Formada por molculas husped ms grande como: propano, isobutano, nitrgeno.

Formado por 136 molculas de agua y mximo 24 molculas de gas

Fuente: Gil J, Rojas F. Mtodos Utilizados en la recuperacin de gas natural formacin de hidratos en lechos marinos UIS 2008


Formada por molculas husped ms grandes: 2-metilbutano, metilciclopentano.

Solo se forma si se encuentran presente molculas de dos tamaos diferentes para formarse establemente.

Contienen mximo 6 molculas de gas y 34 de agua. CONTENIDO DE AGUA Y PREDICIN DE HIDRATOS DE GAS

Se forman cuando el gas natural es puesto en contacto con agua, a bajas temperaturas y altas presiones.

Se forman en la interface gas-liquido, generalmente se les conoce como hidratos de metano.


DENSIDAD

CAPACIDAD CALORIFICA

CONDUCTIVIDAD TRMICA

PROPIEDADES

PROPIEDADES TERMOFISICAS

PROPIEDADES ELCTRICAS


Tipo de estructura

Tipo l Tipo ll Tipo Ha= Relacin de ocupacin de las cavidades

DENSIDAD DENSIDAD

Composicin

Para altas presiones:

Presin y TemperaturaVi= Vol. Especfico del agua. ni= Relacin de molculas de agua y gas.


Interpretacin de registros elctricos. Desarrollo e implementacin de mtodos de recobro de campos de hidratos de gas. Control de procesos de formacin y descomposicin.


CONDUCTIVIDAD TRMICA

Estudio para la recuperacin e influencia de ambientes.

PROPIEDADES TERMOFSICAS Importantes para la solucin de problemas causados por los hidratos.

CAPACIDAD CALORFICA


La capacidad calorfica de los hidratos depende de la composicin, la estructura, la presin y la temperatura.

La grfica muestra como vara la capacidad calorfica de los hidratos de algunos gases hidrocarburos, comparada con la del hielo.

Fuentes: JOHN CARROLL- Natural as hydrates, Second Edition


Es importante en la remocin de hidratos en los sistemas tecnolgicos de produccin, transporte y procesamiento de gas; y para las predicciones climticas.

Desarrollo de mtodos para la estimulacin trmica de produccin de gas.


Altas presiones y bajas temperaturas Medios de agitacin del agua y gas

Presencia de agua lquida

La turbulencia

La temperatura

Una vez formado el hidrato no queda alternativa que disminuir la presin para producir su disolucin, ocasionando la perdida de gas que es venteado a la atmosfera. CONTENIDO DE AGUA Y PREDICIN DE HIDRATOS DE GAS


El contenido de agua en el gas se establece cuando se alcanza la temperatura del punto de rocio del gas a una presin dada. La saturacin de agua contenida en un gas depende de la presin, temperatura y composicin. El efecto de la composicin incrementa con la presin y es particularmente importante si el gas contiene CO2 y H2S.


MODELO IDEAL GAS DULCE CONTENIDO DE AGUA GAS CIDO GRFICA DE MCKETTA WEHE CORRECCIN DE MADDOX


MCKETTA Y WEHELb water/million cu ft of wet gas at 60 F and 14.7 psia

No debe ser usada para composiciones de gases agrios mayores de 5% mol (H2S y CO2).

Factor de correccin por gravedad

Temperature, F

Fuente: Engineering Data Book, GPSA


Ejemplo 1: Determine el contenido de agua saturada para un gas dulce a 150F y 1000 psia, para un gas con peso molecular de 26.Cg=0,98

Cs= 0,93 W=(220)*(0,93) W=205 Lbs/MMscf

W=220Lbs/MMscf

Si el agua tiene 3% de W=(0.98)*(220) W=216 Lbs/MMscf contenido de sal.


CONTENIDO DE AGUA PARA UN GAS CIDOCORRECCIN MADDOX El contenido de agua del gas es calculado como un promedio ponderado de la fraccin molar de las tres contribuciones.

Una contribucin de gas dulce

Este mtodo asume que el contenido del agua del gas acido es la suma de tres trminos

Una contribucin de CO2

W= Contenido de agua Y= Fraccin MolarUna contribucin de H2S


CONTENIDO DE AGUA PARA UN GAS CIDOCORRECCIN MADDOXPara el contenido de agua de un gas agrio con contribucin del cido . Para el contenido de aguasulfhdrico.agrio con contribucin de gas de un gas carbnico.

Fuente: Engineering Data Book GPSA


CONTENIDO DE AGUA PARA UN GAS CIDOPROCEDIMIENTO CORRECCIN MADDOX

Encontrar el contenido del agua del gas dulce con las grficas de McKetta-Wehe Hallar las correcciones para los gases cidos obtenidas desde sus respectivas graficas Reemplazar los valores en la ecuacin


167 lb/MMcf

Determinar el contenido de agua de una mezcla del 80% C y 20% CO a 160F y 2000 psia. Experimentalmente se determin que el contenido de agua era de 172 lb/MMscf . 240 lb/MMcf

1

De la grfica de McKettala grficase correccin de Maddox para el contenido de agua De Wehe de Reemplazar en la ecuacin 3 2 determina de un gas con contribucin del gas carbnico se determina

Error=5.5%


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GAS

La prediccin de hidratos es muy importante para la industria debido a que la formacin de estos causan problemas como reduccin del dimetro y aumento de presin en las lneas que transportan mezclas multifsicas, entre otras fallas. Por este motivo se requiere como primera medida el estudio de las propiedades que caracterizan los hidratos para as calcular la presin y temperatura mnima a la cual se pueden formar, obteniendo las condiciones optimas de operacin.


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASGravedad Especfica del gas.

Existen tres mtodos que son los ms utilizados para poder predecir las condiciones a las cuales empieza la formacin de hidratos

Alto contenido de CO2 y H2S

Composicin del gas.


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASPuede ser usada para las primeras aproximaciones de prediccin de formacin de hidratos. Tambin se usa para estimar las condiciones de expansin del gas, sin que exista la formacin de hidratos.

Gravedad especfica del gas


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASCurva de presin temperatura para predecir formacin de hidratos. Expansin mxima sin formacin de hidratos para un gas natural de gravedad especifica 0,6.


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASEncontrar la presin a la cual se forma el hidrato de gas con la siguiente composicin. T= 50F E J E M P L OComponentes Fraccin Molar Peso Molar Lb por lb mol de mezcla 12.58 1.80 1.59 0.29 1.10 2.63 0.09 20.08

C1 C2 C3 iC4 nC4 N2 CO2 Total

0.784 0.060 0.036 0.005 0.019 0.094 0.002 1.000

16.043 30.070 44.097 58.124 58.124 28.013 44.010


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GAS1. Calcular el peso de la mezcla. 2. Calcular la densidad de la mezcla. Curva de presin temperatura para predecir formacin de hidratos

= Mgas / M aire = 20,08 / 28,964 = 0,693

320 PSIA


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASb) si el gas del ejemplo anterior ser expandido de 1500 psia a 500 psia. cual seria la mnima temperatura que permitira la expansin sin que se formara hidrato ? Expansin mxima sin formacin de hidratos para un gas natural de gravedad especifica 0,7.

112F


2. Que tanto puede expandirse un gas de 0,6 de gravedad especifica que esta a 2000 psia y 100 F, sin que exista formacin de hidrato ?

Expansin mxima sin formacin de hidratos para un gas natural de gravedad especifica 0,7.

1000 psia


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GAS Utiliza el mtodo de Katz, utilizando una constante equilibrio vapor solido definida como : Kvs= y / x La correlacin no es buena para compuestos puros, solo para mezclas. Para determinar la temperatura o presin a la cual se formaran hidratos, los clculos iterativos de la siguiente ecuacin convergen cuando se cumple la siguiente condicin:

Segn la composicin del gas y bajos contenidos de CO2 y H2S:


Calcular la presin de formacin de hidratos a 50F para un gas con la siguiente composicin:Componentes Fraccin molar Kvs Metano Etano Propano Isobutano n-Butano Nitrgeno Dixido de carbono 0.784 0.060 0.036 0.005 0.019 0.094 0.002 2.04 0.79 0.113 0.046 0.21 * 3.0 A 300 psi y/Kvs 0.384 0.076 0.319 0.109 0.090 0.000 0.001 Kvs 1.75 0.50 0.072 0.027 0.21 * 1.9 A 400 psi y/Kvs 0.448 0.120 0.500 0.185 0.090 0.000 0.001

E J E M P L O

Total

1.000

0.979

1.344


Constantes de equilibrio solido-vapor para el metano


Componentes

Fraccin molar Kvs

A 300 psi y/Kvs 0.384 0.076 0.319 0.109 0.090 0.000 0.001 Kvs 1.75 0.50

A 400 psi y/Kvs 0.448 0.120 0.500 0.185 0.090 0.000 0.001

Metano Etano Propano Isobutano n-Butano Nitrgeno Dixido de carbono

0.784 0.060 0.036 0.005 0.019 0.094 0.002

2.04 0.79 0.113 0.046 0.21 * 3.0

0.072 0.027 0.21 * 1.9

300 0,979 X 1,000 400 1,344

X = 305 psia

Total

1.000

0.979

1.344


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASLa adicin de H2S a una mezcla de gas natural, genera cambios en la temperatura y presin de formacin de hidratos.

Alto contenido de CO2 y H2S:Para predecir la temperatura de formacin de hidratos en gases con contenido de H2S se utiliza el mtodo de Baille and Wichert.


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASEstimar la temperatura de formacin de hidratos a 610 psia de un gas con el siguiente anlisis:Componente % molar 0.30 6.66 4.18 84.27 3.15 0.67 0.20 0.19 0.40

Mw=19.75

N2 CO2 H2S C1 C2 C3 iC4 n C4 C5+


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GAS

63,5 F


PREDICCION DE FORMACIN DE HIDRATOS DE GASCorregimos debido al Propano y al H2S.

0,67

4,18

-1,5 F


CONCLUSIONESCon el pasar de los aos los hidratos de gas metano han cobrado importancia ya que representarn una abundante fuente de energa que puede suplir nuestras necesidades y superar las reservas de gas convencional. Las propiedades de los hidratos de gas estn determinadas por su composicin y su estructura cristalina, siendo algunas de estas muy semejantes a las propiedades del hielo. La formacin de hidratos sigue representando un problema para la industria de gas natural, ya que pone en riesgo la seguridad de las operaciones de produccin y puede ocasionar sustanciales prdidas econmicas. En la industria se ha investigado diferentes tecnologas para poder producir gas natural de los hidratos, pero ninguna da la rentabilidad esperada.


BIBLIOGRAFA

Engineering Data Book GPSA. www.petroblogger.com-hidratos de gas natural. Makogon, Y. F., Hydrates of Hydrocarbons. Tulsa: PennWell Books, 1997. p. 93. GIL, S. Julian C. y ROJAS, P. Fernan I. Metodos utilizados en la recuperacin de gas natural en formaciones de hidratos de lechos marinos. Bucaramanga, 2008.


GRACIAS POR SU ATENCIN.


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