Capitulo 2_2.4 Hidratos

5/7/2018 Capitulo 2_2.4 Hidratos - slidepdf.com

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2.4. HIDRATOS DEL 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

(LGN), normalmente cuando hay presencia de agua líquida, sin embargo, no necesariamente

tiene que darse esta condición.Dependiendo de la composición del gas, la presión y temperatura

para la formación de hidratos varía. Lo importante de estos sólidos para la industria del gas es

que pueden encontrarse a presiones y temperaturas que generan en los procesos de producción y

transporte del gas natural.

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. La Figura a continuación ilustra la forma visible básica de un hidrato

de hidrocarburos.

Fuente: Internet

Figura Nº 2.4.1 Hidrato de Hidrocarburo



Su composición es aproximadamente un 10% de hidrocarburos y un 90% de agua. Su gravedad

específica es de 0.98, flotan en el agua pero se hunden en los hidrocarburos líquidos.(Marcías J.

Martínez, Deshidratación del Gas Natural, Ref. [23])

Los hidratos más importantes para la industria del hidrocarburo están compuestos por agua y por las siguientes moléculas: Metano (I), Etano (I), Propano (II), Iso-Butano (II), normal-Butano (II),

Dióxido de Carbono (I), Nitrógeno (II) y Sulfuro de Hidrógeno (I).

Se requieren tres condiciones para que en el sistema se formen hidratos, Ref. [22];

1. La combinación exacta de presión y temperatura: La formación de hidratos es favorable

para valores de temperatura bajos, y presiones altas.

2. Un formador de hidratos debe estar presente: Formadores de hidratos incluyen algunos

hidrocarburos, dióxido de carbono, nitrógeno, sulfuro de hidrogeno.

3. Cantidad suficiente de agua: Ni mucho ni poco.

Los valores de temperatura y presión dependen de la composición del gas. Cabe hacer notar que

los hidratos pueden formarse a temperaturas mayores a 0 ºC (32 ºF), punto de congelación del

agua.

Para prevenir la formación de hidratos, necesariamente se tiene que eliminar una de las tres

condiciones mencionadas con anterioridad. Típicamente no se puede eliminar los formadores de

hidratos de la mezcla. Para el caso del Gas Natural, los formadores de hidratos son los productos

deseados. Sin embargo, para controlar los hidratos se considera con mayor énfasis las otras dos

condiciones.

Existen otros fenómenos que intensifican la formación de hidratos;



A. Turbulencia :

1) Alta Velocidad.-

La formación de hidratos es favorecida en zonas donde la velocidad del fluido es elevada.

Esto hace que las válvulas estranguladoras sean susceptibles para la formación de

hidratos. Primero, un descenso significativo de la temperatura cuando el gas es

estrangulado a través de una válvula por el efecto Joule ² Thompson (J-T). Segundo, la

velocidad es elevada en la zona estrecha de la válvula.

2) Agitación.-

La mezcla de corrientes y componentes dentro de un los equipos de proceso, tales como

un separador, intercambiadores de calor, líneas de recolección, etc., promueven la

formación de hidratos.

B. Lugares de Nucleación :

En términos generales, un lugar de nucleación es un punto, lugar físico, donde la transición

de fases es favorable, por lo tanto la formación de un sólido de una de las fases del fluido.

Estos lugares propicios para la formación de núcleos de hidratos incluyen una imperfección

en la tubería, un punto soldado, o un accesorio de la tubería (Codo, Te, válvula, etc.,).

Sedimento, costras de corrosión, polvo, arena, todos pueden ser también puntos de

nucleación.

C. Agua Libre :

La presencia de agua libre no es necesaria para la formación de hidratos, pero ciertamente

favorece a su formación. En adición, la interface agua-gas resulta ser un buen lugar de

nucleación para la formación de hidratos.

2.4.1. Tip os de Hidrat os



Los hidratos se clasifican por el tipo de arreglo de las moléculas de agua que forman el cristal,

estructura o enrejado cristalino del hidrato. Típicamentese encuentran dos tipos de hidratos en el

rubro del petróleo: Tipo I y Tipo II, algunas veces referidos como Estructura I y II. Una tercera

clasificación también puede encontrarse, denominada Tipo H o Estructura H, pero esta es menos

común que las dos anteriores.

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-C4H10no 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.

2.4.1.1. Hidratos Tipo I

Es la estructura más simple en la formación de hidratos. Esta hecho de dos tipos de jaulas o

enmallado cristalino:

1) Dodecaedro, un poliedro de 12 caras, donde cada cara es un pentágono regular.

Figura Nº 2.4.2 Hidrato Tipo I, Dodecaedro

2) Tetrakaidecaedro, poliedro de 14 caras, 12 caras en forma de pentágono y dos en

forma hexagonal.



Figura Nº 2.4.3 Hidrato Tipo I, Tetrakaidecaedro

El Dodecaedroes más pequeño que el Tetrakaidecaedro, es por esto que se hace referencia al

primero como ´enmallado pequeñoµ, mientras que al Tetrakaidecaedrocomo ´enmallado largoµ.

Algunos de los Formadores de Hidratos del Tipo I más comunes incluyen al Metano (CH4), Etano

(C2H6), Dióxido de Carbono (CO2), Sulfuro de Hidrogeno (H2S). En los hidratos formados por el

metano, dióxido de carbono y el sulfuro de hidrogeno, la molécula huésped puede ocupar tanto el

enmallado o enrejado largo como el pequeño. Por otro lado, el etano solo puede ocupar el

enmallado largo.

Esta categoría consta de 46 moléculas de agua. Para los dos tipos de enmallados, la formula

teórica para estos hidratos sería,Ref. [22].

, donde X es el Formador de Hidratos.



Fuente: Natural Gas Hydrates - John J. Carroll, Ref. [22]

Figura Nº 2.4.4 Enrejado de Hidratos del Tipo I y II



2 .4.1.2 . Hidrat os Tip o II

Esta estr uct ura es si gni f i ca nt ement e más comp li cada que la a nt eri or . Los hidrat os Tip o II ta mbi én

cuenta n con d os estr uct uras o enma llad os .


Figura Nº 2.4.2 y Figura Nº 2.4.4.

2) Hexakaidecahedro, polígono de 16 caras, 12 caras en forma de pentágono y 4 en

forma de hexágono.

Figura Nº 2.4.5 Hidrato Tipo II, Hexakaidecahedro

El Dodecaedro es más pequeño que el Hexakaidecahedro, es por esto que se hace referencia al

primero como ´enmallado pequeñoµ, mientras que al Tetrakaidecaedro como ́ enmallado largoµ.

Los Formadores de Hidratos típicos para este tipo de estructura son el Nitrógeno (N2), Propano

(C3H8), y el iso-Butano (C4H10). El Nitrógeno ocupa ambos enmallados. Por otro lado el Propano

y el iso-Butano ocupan solo el enmallado largo.

Esta categoría consta de 136 moléculas de agua. Para los dos tipos de enmallados, la formula

teórica para estos hidratos sería,R

ef. [22].



, donde X es el Formador de Hidratos. O, como es más común en este tipo de Estructura, suele

formarse enmallados largos y su formula sería:

2 .4.1.3. H idrat os Tip o H

Est e tip o d e hidrat os es mucho menos común que los d os a nt eri or es . Para for mar est os hidrat os

s e necesita una molécula p equeña , como el meta no, y ad emás un for mad or d e hidrat os d e la tip o

H .

Los hidrat os Tip o H pr es enta n tr es tip os d e enma llad os ;


Figura Nº 2.4.2 y Figura Nº 2.4.4.

2) Dodecaedro Irregular, con tres caras cuadradas, seis caras pentagonales, y tres

caras hexagonales.

Figura Nº 2.4.6 Hidrato Tipo H, Dodecaedro Irregular

3) Icosaedro Irregular, poliedro de 20 caras, con 12 caras pentagonales, y 8 caras

hexagonales.



Figura Nº 2.4.7 Hidrato Tipo H, Icosaedro Irregular

AL Dodecaedro se denomina énmallado pequeñoµ, al Dodecaedro Irregular énmallado

medianoµ, y al Icosaedro Irregular énmallado largoµ.

Los hidratos Tipo I y II pueden formarse en presencia de un solo Formador de hidratos. Los

Hidratos Tipo H requieren de dos Formadores de hidratos; Una molécula pequeña como el metano

y otra molécula larga formadora del tipo H.

Los Formadores tipo H incluyen los siguientes hidrocarburos: 2-metilbutano; 2,2-dimetilbutano;

2,3-dimetilbutano; 2,2,3-trimetilbutano; 2,2-dimetilpentano; 3,3-dimetilpentano;

metilciclopentano; etilciclopentano; metilciclohexano; ciclopentano y ciclooctano. La mayoría de

estos componentes no se encuentran en el Gas natural.

Debido a que dos diferentes Formadores de hidratos son requeridos para el Tipo H, predecir la

formula teórica se vuelve difícil; sin embargo, si se asume que la molécula pequeña X solo entra a

dos enmallados pequeños, y se sabe que la molécula larga Y, solo entra al enmallado largo,

entonces la formula teórica sería, Ref. [22].

A continuacion se ilustra algunas de las caracteristicas fisicas mas imprtantes de los Hidratos.



TablaNº 2.4.1 Caracteristicas de los Hidratos Tipo I, II y H

Fuente: Natural Gas Hydrates - John J. Carroll, Ref. [22]



Fuente: Internet,MaherKelada, ´Hydrate - A Novel concept forsevered pipeline in deep seaµ

Figura Nº 2.4.8 Estructuras y Tipos de Hidratos.

Tabla Nº 2.4.2 Unidad Cristalina de los Hidratos Tipo I, II y H

Fuente: Internet, MaherKelada, ´Hydrate - A Novel concept forsevered pipeline in deep seaµ

La Figura Nº 2.4.8 ilustra las estructurasde los hidratos para los tipos de Estructura I, II y H.

Además de sus respectivos nombres la gráfica muestra las cantidades y geometrías que forman a

cada estructura, es decir; Tetrakaidecahedro 512

62

, significa que a esta estructura la componen12 Pentágonos y 2 Hexágonos.

Las Tablas Nº 2.4.1 y Nº 2.4.2 describen la diferente estructuras de hidratos, numero de

cavidades, cantidad de enmallado por cada unidad de cristal, tamaño del enmallado, cantidad de

moléculas de agua, etc.



El termino Unidad de Cristal del Hidrato hace referencia a la cantidad de Estructuras (Tipo I, II y/o

H), que presenta un cristal de Hidrato. Por ejemplo, la figura 2.4.9 simula e ilustra una unidad de

cristal de hidrato de metano del tipo II, formado por 4 enmallados, 2 largos y 2 pequeños. Un

Hidrato es una estructura cristalina compuesta de varios tipos de enmallados, por ejemplo:

y Tipo I: Este Hidratos está formado por 8 tipos de enmallados, 6 largos (5 12 62 ) y 2

pequeños (512 ), como se indica en la tabla 2.4.2.

y Tipo II: Formado por 24 tipos de enmallados, 8 largos, 16 pequeños.

y Tipo H: Formado por 6 tipos de enmallados, 1 largo, 3 medianos, y 2 pequeños.

Fuente: Internet, MaherKelada, ´Hydrate - A Novel concept forsevered pipeline in deep seaµ

Figura 2.4.9 Ejemplo de Unidad de Cristal, Hidrato de Metano Tipo II



2 .4.2 . Forma ción de H idrat os

Una de las prin ci pa les di f i cultadas , en cuant o a l dise ño de pr oces os que tra ba jan a condi ci ones

ta les que s ug ieren la forma ción de hidrat os , consiste en a v eri guar a qué condi ci ones de

tem perat ura y presión em pe zar án a formarse hidrat os en e l pr oces o, e qui pos o t uber í as .Com o se

men ci onó con anteri oridad , la forma ción de hidrat os de pende de la com posi ción de la corriente

de g as nat ura l.Ex isten m ét od os man ua les a tra vés de g r áf i cas , corre la ci ones et c., y pa quetes

com puta ci ona les . Los m ét od os man ua les , de bid o a s u ine x a ctit ud , s olo se uti li zan para una

estima ción r ápida de las condi ci ones para la forma ción de hidrat os .

Los pa quetes com puta ci ona les a ce leran y g aranti zan res ultad os con f ia bles en la determina ción

de las condi ci ones para la forma ción de hidrat os . Con re con ocid os pr og ramas de com putad or

para sim ula ción de pr oces os , es posi ble estimar buenas condi ci ones para forma ción de hidrat os

con des v ia ci ones de a lreded or de 2 °F. Genera lmente est os pr og ramas se pueden usar en forma

con f ia ble para dise ño, es pe cia lmente , cuand o e l sistema , es com pli cad o; com o e l cas o de

forma ción de hidrat os sin que se ten g a a gua li bre condensada de l g as , d onde se re quiere un

m ode lo de cálculo term odin ámi co ri gur os o.

Con e l objet o de i lustrar e l m ét od o man ua lpara estimar las condi ci ones de forma ción de

hidrat os ,a contin ua ción se e xpondr án m ét od os sen ci llos y r ápid os para una primera

a pr ox ima ción . Se re comienda para esta se cción re v isar para ma yor deta lles las re f eren cias

bi bli og ra fí as ; Re f. [9], [16], [22 ] y [24 ].

Figura Nº 2.4.10 Formación de hidratos en pruebas de laboratorio.

2.4.2.1. Mé t od o de Gra v edad Espe cifi ca del Gas



Basado en datos experimentales, se presenta a continuación graficas donde se involucra

temperatura, presión y gravedad específica del gas para la estimación de las condiciones para la

formación de hidratos en la corriente o proceso.

SegúnGuo-Ghalambor(2005, p.266, Ref. [24]),es conveniente dividir la formación de hidratos endos categorías;

y Presencia de hidratos debido a un descenso en la temperatura sin una caída repentina de

la presión, tal como en un arreglo o tren de tuberías.

y Presencia de hidratos debido a una expansión repentina, por ejemplo, controladores de

flujo, efecto Joule Thompson, estranguladores, etc.

1. Para problemas dentro de la categoría I) varios autores propusieron gráficas similares, en

base a datos experimentales, que serán mostradas a continuación. Cabe recalcar que estos

métodos son efectivos para análisis en Gases Dulces.

A. Según Guo-Ghalambor;

Figura Nº 2.4.11a Condiciones para la formación de hidratos



Figura Nº 2.4.11b Condiciones para la formación de hidratos

Manteniendo una presión constante se puede calcular la temperatura a la cual se formaran

los hidratos a una determinada gravedad específica del gas. Por debajo de esta temperatura

es más que seguro la presencia de hidratos en la corriente.



B. Según John J. Carrol;

John J. Carrol, Ref. [22], publica en su libro una gráfica elaborada por Wilcox et al, tras varios

experimentos con tres gases de diferentes composiciones obtuvo la siguiente gráfica para la

predicción de hidratos, considerando una presión constante.

Hay que recordar que a presiones altas y temperaturas bajas, la formación de hidratos es

más favorable.

Figura 2.4.12Estimación de la Temperatura de Hidratos a Presión constante.



C. Marcia J. Martínez

En colaboración con Argenis Lorenzo, Martínez propone en su libro ´Deshidratación del Gas

naturalµ, Ref. [23], dos graficas que permiten la estimación de la temperatura o presión de

formación de hidratos, considerando la gravedad específica del gas en cuestión.

Figura Nº 2.4.13aTemperatura de formación de hidratos.



Figura 2.4.13bTemperatura de formación de hidratos



2. Para problemas dentro de la categoría 2) el GPSA (2004 12th Ed., Cap.20, Ref.[16]),

propone una serie de gráficas para diferentes valores de gravedad especifica del gas.

Estas graficas permiten determinar hasta que presión se puede expandir un gas, dada una

temperatura, sin llegar a la zona de formación de hidratos. Se complementan con una gráficaque permite apreciar el descenso de la temperatura dependiente a la reducción de presión

debido a la expansión del gas, Marcías Martínez Ref. [23].

En este apartado se mostrara la gráfica para un gas con gravedad específica de 0.6, el resto

se encuentran en el Anexo III.

Figura Nº 2.4.14Expansión permisible para un gas con gravedad 0.6 sin formación de hidratos



Para estimar la caída de temperatura debido al descenso de la presión, se utiliza;

Figura 2.4.15Descenso en la temperatura debido a la expansión de la corriente.



Conociendo la caída de presión y estimando la reducción de la temperatura, se determina si

la corriente se encuentra en una zona de formación de hidratos.

2 .4 .2 .2 . Mé todo del Factor K

Un mé todo más seguro para estimar condiciones de formación de hidrato es el de Katz , en el cual

se ejecutan cálculos tipo ´Flashµ (ejemplo "punto de rocío"), usando constantes de equilibrio

vapor sólido K V-S, las cuales se muestran en las Figuras del Anexo IV.

Este mé todo se define como la distribución de un componente entre el hidrato y el gas, es decir

entre ambas fases del fluido. El equilibrio vapor sólido está definido por la ecuación:

Ec. (2.4.1)

, donde;

Kv-s: Constante de equilibrio para hidratos

Yi: Fracción mol del componente en la fase vapor

Xsi: Fracción mol del componente en el hidrato

Para propósitos de cálculo, el valor de K V-S es infinito para las moléculas no formadoras de

hidratos, moléculas más grandes que el nC4, también para contenido de nC4 en una mezcla

menor de 1 % y mayor de 6 % mol, y para Nitrógeno. Si el nC4 está en proporción de 1 a 6 % mol,

el valor de nC4 se lee en la carta correspondiente del Anexo IV

El procedimiento es iterativo y la convergencia se alcanza cuando se satisface la siguiente función

objetivo:

�

Ec. (2.4.2)

La metodología del cálculo se expone en un ejemplo simple a continuación;



Ejemplo 2.4.1:

Calcular la presión de formación de hidrato a 50 °F para el gas de la Tabla Nº 2.4.3

Solución:

Utilizando las gráficas para los valores de K

v-s del Anexo IV, se puede determinar a qué presión se

cumplirá la relación de la Ec.2.4.2. Lo primero es asumir un valor de presión y realizar todo el

cálculo hasta cumplir con la Ec. 2.4.2. Si en la primera iteración no se cumple asumir otro valor

de presión hasta que satisfaga la relación.

Fuente: Tratamiento del Gas Natural - Tomo II, Marco Calle.

Figura 2.4.16 Constante de Equilibrio, Kv-s para el Metano, Anexo IV

Analizando los resultados de la Tabla Nº 2.4.3, se observa que la solución se encuentra entre los

valores P=300 psia y P=400 psia. Se puede estimar valores intermedios de presión hasta cumplir

la condición �(y /Kv-s)=1.



Tabla Nº 2.4.3 Cálculo de las condiciones para la formacion de hidratos

ComponenteFracción mol

del gas

a 300 psia a 400 psia

K V-S y/K V-S K V-S y/K V-S

Metano 0.784 2.040 0.384 1.750 0.448

Etano 0.060 0.790 0.076 0.500 0.120

Propano 0.036 0.113 0.319 0.072 0.500

Iso-butano 0.005 0.046 0.109 0.027 0.185

n ² Butano 0.019 0.210 0.090 0.210 0.090

Nitrógeno 0.094 � 0.000 � 0.000

CO2 0.002 3.0 0.001 1.900 0.001

Total 1.000 0.979

Fuente: Tratamiento del Gas Natural - Tomo II, Marco Calle.

Resultado:

Para una rápida aproximación se interpola linealmente los valores calculados. El resultado sería;

Conociendo la temperatura y por el método de cálculo la presión para la formación de hidratos es

de P= 306 Psia.

Se realiza el mismo procedimiento cuando se intenta resolver para la Temperatura de formación

de hidratos.

2.4.3. C ontr ol de H idrat os

C omo se men ci on ó con anteri oridad , l os hidrat os re presentan un pr oble ma si g ni f i cati vo en la

ind ustria del g as nat ural . Ent on ces , qué se puede ha cer cuand o se en cuentran hidrat os en el



proceso? O cómo prevenir su formación en primer lugar? A continuación se bosqueja algunos

métodos de diseño para combatir los hidratos mediante la utilización de químicos.

La formación de hidratos puede prevenirse deshidratando el gas o líquido para evitar la formación

de una fase condensada de agua (líquida o sólida). En algunos casos, sin embargo, deshidratar puede no ser una solución práctica o económicamente viable. En estos casos, inhibidores

químicos pueden ser un método eficaz para la prevención en la formación de hidratos.

Dos clasificaciones de inhibidores químicos; inyección de Inhibidores Termodinámicos e

Inhibidores de hidratos de baja dosificación (LDHIs). Ref. [16].

y Los Inhibidores Termodinámicos son los tradicionales inhibidores (es decir, uno de los

glicoleso metanol), cuya función es la de bajar o reducir la temperatura para la formación

de hidratos.

y Los LDHIs son o bien inhibidores de hidratos cinéticos (KHIs) o Anti-aglomerantes (AAs).

Ambos no bajan la temperatura de formación de hidratación, pero si disminuye su efecto.

KHIs reduce la tasa de formación de hidratos, inhibe su desarrollo durante un tiempo

determinado. AAs permiten la formación de cristales de hidrato, pero restringe su

formación a tamaños sub-milimétricos.

Por ser los más comunes y económicos en la industria, nos avocaremos a la aplicación de

Inhibidores Termodinámicos, específicamente a la utilización de Glicoles.

2 .4 .3.1. Inhibidores Termodinámicos (Glicoles)

El químico o inhibidor utilizado es inyectado dentro de la corriente de procesos, en donde se

combina con la fase condensada acuosa reduciendo la temperatura o aumentando presión de

formación de hidratos.Generalmente cualquier inhibidor utilizado, glicol o metanol, puede ser

recuperado de la fase acuosa, regenerado y reinyectado a la corriente.Para procesos de inyección



continua,temperaturas hasta -40 °F, normalmente los glicoles ofrecen ventajas económicas

comparadas con el metanol debido a su recuperación por destilación.

Sin embargo, a temperaturas criogénicas por debajo de -40 °F, el metanol se ve favorecido por su

baja viscosidad lo que facilita su separación del hidrocarburo por gravedad, y porque la viscosidad del glicol se vuelve excesiva dificultando la separación efectiva. Es de anotar que

normalmente el metanol se inyecta puro (100 %wt).

Los glicoles usados para inhibir hidratos son el Etilen Glicol (EG) o Mono Etilen Glicol (MEG),

dietilen Glicol (DEG) y trietilen (TEG) glicol, siendo el más popular el etilen glicol por su bajo costo,

baja viscosidad, baja solubilidad en hidrocarburos líquidos y menos volatilidad en comparación

con el metanol.Las Tablas Nº 2.4.4 y 2.4.5 ilustran algunas características físicas de los

inhibidores.

Tabla Nº 2.4.4 Propiedades de Algunos Inhibidores de Hidratos

Fuente: Natural Gas Hydrates - John J. Carroll, Ref. [22].

Tabla Nº 2.4.5 Propiedades de Algunos Inhibidores de Hidratos (Continuacion)



Fuente: Gas ProcessoursSuppliersAssociation-Engineering Data Book 12th Ed, Ref. [16].

El GPSA (Gas ProcessoursSuppliersAssociation-Engineering Data Book 12th Ed capítulo 20, Ref.

[16]), presenta diferentes tablas y gráficas para determinar alguna de las características de estos

inhibidores a diferentes condiciones de operación.

Para que la inhibición sea efectiva, el inhibidor debe estar presente en el punto exacto en el cual

el gas húmedo es enfriado a su temperatura de hidrato. Por ejemplo, en plantas de refrigeración,

el glicol se inyecta en forma de rocío a la entrada del lado de los tubos del intercambiador gas -

gas, y cuando el agua condensa, el inhibidor está presente para mezclarse con ella y prevenir laformación de hidratos. La inyección debe ser de forma tal que permita una buena distribución a

través de cada tubo o geometría.

A. Calculo de la cantidad de inhibidor



Uno de los métodos relativamente simples pero ampliamente utilizados para aproximar los

efectos de inhibidores químicos sobre la temperatura de formación de hidratos es la ecuación de

Hammerschmidt.

Esta ecuación sólo predice la desviación de la temperatura sin un inhibidor presente, no lascondiciones para la formación de hidratos, esto quiero decir, que es necesario conocer de

antemano las condiciones a las cuales se formaran los hidratos sin un inhibidor presente.

Ec. (2.4.3)

, donde;

¨T: Decremento de la temperatura de hidratos,[ºF]

KH: Constante de Hammerschmidt, Tabla Nº 2.4.6

Xinh: Concentración del inhibidor, Fracción másica en peso

MW: Peso molecular del inhibidor, [lbm/lbmol], Tabla Nº 2.4.6

Tabla Nº 2.4.6 Ecuacion de Hammerschmidt

Fuente: SurfaceProductionOperationVol II 2da. Ed. - Arnol K. and Stewart M., Ref. [25]



La Ec. (2.4.3), se utiliza también para calcular la concentración final del inhibidor, conociendo la

reducción de temperatura con inhibidor, simplemente despejando la variable correspondiente,

Xinh;

Ec. (2.4.4)

La cantidad necesaria de inhibidor que satisfaga la concentración a la salida, se la calcula con la

siente ecuación;

� �

Ec. (2.4.5)

, donde;

mI: Cantidad mínima de inhibidor a ser inyectado, [lb/dia]

m w: Cantidad de agua a ser removida,[lb/MMscf]

X R:Fracción másica rica del inhibidor (= Xinh)

X L:Fracción másica pobre inhibidor

Secuencia de Cálculo:

1. Determinar la temperatura de formación de hidratos

2. Establecer el valor de temperatura más baja que se espera en el sistema

3. Establecer el contenido de agua para las condiciones iniciales, de entrada al sistema, y para

las condiciones en el paso anterior. Utilizar una correlación apropiada o la Figura Nº 2.4.17.

4. Utilizar las ecuaciones Ec. (2.4.4) y Ec.(2.4.5) para calcular la cantidad de inhibidor a utilizar y

la su concentración de salida.



Fuente: GPSAcap 20 pagina 20-5

Figura Nº 2.4.17 Contenido de Agua en el Gas Natural



2 .4 .4 . Sistema de Regenera ción de Gli col

La fun ción , com o s u n om bre indi ca , es regenerar el f l ujo de gli col utili zad o en el pr oces o a s u

con centra ción original para s u re utili za ción en el sistema .

El regenerad or cuy a parte prin ci pal es el horn o, puede calentarse con v a por de ag ua , a ceite de

calentamient o o fueg o dire ct o. El dise ño del horn o de be aseg urar la e v a pora ción del ag ua de la

me zcla gli col -ag ua , hasta al can zar la con centra ción deseada .Los v a pores de ag ua s on v entead os

a la atm os f era a tra vés de un des pojad or o chimenea que consiste en una col umna rellena . Un

ser pent í n col ocad o en el t ope de la t orre , condensa parte del v a por para formar un re f l ujo en la

col umna . Tod o est o es parte del horn o regenerad or . La F ig ura Nº 2 .4 .18 il ustra l o anteri or

men ci onad o.

Fuente : Gas Pr ocess oursS uppliers Ass ociati on -Engineering Data Book 12 t h Ed , Re f. [16]

F ig ura Nº 2 .4 .18 Es quema de regenera ción de Gli col



El regenerado en un sistema de inyección de glicol, debe operarse para producir una solución de

glicol pobre o regenerado cuyo punto de congelación esté por debajo de la mínima temperatura

encontrada en el sistema, es decir, que para una concentración de glicol ya regenerado, a la

temperatura mínima del proceso, el glicol no deberá congelarse. Una concentración típica está

entre 75 y 80% en peso (%wt). En la Figura Nº 2.4.19, se muestra el punto de congelación para

soluciones glicol agua a varias concentraciones.

Fuente: Gas ProcessoursSuppliersAssociation-Engineering Data Book 12th Ed, Ref. [16]

Figura Nº 2.4.19 Punto de Congelación Soluciones Glicol-agua



El proceso es básicamente un destilado, donde se separa el agua del glicol hasta llegar a una

concentración de glicol regenerado aproximadamente entre 60-80% wt, o concentraciones

típicas como indica la teoría 75-80% wt.

Para evitar que las altas temperaturas del horno descompongan el glicol, Marcías J. Martínez,(2003, p.113-118, Ref. [23]), recomienda no sobrepasar la temperatura límite de regeneración

para cada tipo de glicol utilizado. La tabla a continuación muestra estas temperaturas máximas a

las cuales deberán ser sometidas las distintas clases de glicoles utilizados en estos procesos.

Tabla Nº 2.4.7 Tempeaturas Límites para operar con Glicol

Tipo de Glicol Temperatura Límite

EG (MEG) 330

DEG 360

TEG 400Fuente: Deshidratación del Gas Natural ²Marcías M. Martinez, Ref. [23]

Capitulo 2_2.4 Hidratos

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