--- - -

estructura II que es la estructura del diamante, octogonal, y es la que presentan los hidratos de propano e isobutano, se pueden establecer las siguientes formulas aproximadas para hidratos: La linea de HFCI re

puro. La linea GBF

CH4 CH4.6H20 H2s H2S.6H20 CO2 CO2·6H20 C2H6 C2H6 ·8H20 C3Ha C3Ha.18H20

Factores que Favorecen la Formaci6n de Hidratos. En primer lugar para que se formen hidratos se necesita:

Presencia de agua libre / EI tamario de la molecula visitante no debe ser mayor de 8N y el enlace debe ser de tipo covalente.

- EI gas en estado liquido debe ser insoluble en agua . Una vez se tengan las condiciones requeridas para que se formen hidratos los siguientes factores favorecen su formacion:

* Temperatura igual 0 inferior al punto de rocio * Presiones altas, a mayor presion mayor temoeratura de formacion de hidratos * Solubilidad en el agua * agitacion ,. Presencia de C02 y H2S

4.2.1. Temperatura de Formaci6n de Hidratos

La presencia de hidratos crea roblemas e-taponamie . de e uipos, reduccion de diametro de . ~--tup.e.(@?, fallas en os com resores, ets.;, por ~ necesario preyer su formaclon y para ello

sELnecesita determinar la temperatura a la cual se empezaran a formar con to~c[Jal ycrsepuede, dependiendo de las condiciones e-presi6rlTtemperatora a las que se vaya a encontrar el gas en el proceso, saber si habra 0 no presencia de hidratos,

Para visualizar el concepto de temperatura de formacion de hidratos miremos un diagrama P-T para el gas y para el agua, en este diagrama se pod ran observar las diferentes fases para el gas y el agua que coexisten a unas condiciones dadas de presion y temperatura. Tal diagrama presenta el siguiente aspecto: I

P

1

e f\----~

c; __­

formacion de hidral calculo de fases al ~

La linea GBFE es formacion de hidrat derecha no habra p y temperatura a las anterior es la zona permite a una pre! hidratos,

Supongamos un g2 punto 1 en el grafie< vapor pero no hay constante, este pro problema de hidrat( Ifnea BC es el pi temperatura de roc procesamiento del!

Mientras mayor sec rocio para una pres

Determinar la tem temperatura a la cu

Metodos para De metodos entre los c

- Metodo de las hidratos son soluci que se pueden defi

don de: Yiv Fraccion m Xsi : Fraccion mola

Cuando una molee­

EI procedimiento p siguiente:

1. A la presion de~ valores de Ksvi par 34-39; el metodo c estos componente! 2. Con los valore! realiza la siguiente

142

pnal, y es la que presentan los hidratos de tes formulas aproximadas para hidratos:

Ie se formen

ser de tipo

:ondiciones :ion:

~tro de ra ello uede, II gas

P-T gas ma

La linea de HFCI representa la linea de puntos de rocio y puntos de burbujeo para un compuesto pur~. La linea GBFE representa la linea de fusion del agua y la linea ABCD representa la linea formacion de hidratos. Las lineas HFCI se pueden obtener aplicando ecuaciones de estado y calculo de fases al gas.

La linea GBFE es una caracteristica del agua y la linea ABCD define las condiciones para la formacion de hidratos, por encima de ella y a la izquierda se tendran hidratos, por debajo y a la derecha no habra posibilidad de hidratos. De todas maneras y dadas las condiciones de presion y temperatura a las que normalmente se puede encontrar un gas, la zona de interes en el grafico anterior es la zona a la derecha de la linea GBFE y en esta zona la linea BC es la linea que nos permite a una presion dada, conocer la temperatura a la cual se puedan empezar a formar hidratos.

Supongamos un gas que esta a unas condiciones de presion y temperatura correspondientes al punto 1 en el gratico; en este punto el agua del gas puede estar en estado liquido 0 en estado de vapor pero no hay hidratos. Si se inicia un proceso de enfriamiento manteniendo la presion constante, este proceso esta representado por la horizontal trazada desde el punto 1, no habra problema de hidratos hasta que la horizontal' no alcance la linea BC. EI punto en el que corta la linea BC es el punto 2 y la temperatura correspondiente a este punto se conoce como temperatura de rocio; si el enfriamiento debe continuar ya habra problemas de hidratos en el procesamiento del gas.

Mientras mayor sea la presion mas alta es la temperatura de rocio. EI valor de la temperatura de rocio para una presion dada depende del tipo de gas.

Determinar la temperatura de formacion de hidratos a una presion dada es encontrar la temperatura a la cual la horizontal trazada en el gratico corta la linea BC.

Metodos para Determinar la Temperatura de l'ormaci6n de Hidratos. Se tienen varios metodos entre los que se pueden mencionar.

Metodo de las Constantes de Equilibrio de Katz. Se basa en la ~uposicion de que los hidratos son soluciones solidas y por tanto se tienen constantes de equilibrio solido· vapor Ksv que se pueden definir como:

K - Yiv (4.8)sv - X . SI

donde: Yiv Fraccion molar del compuesto i en la fase vapor libre de agua. Xsi : Fraccion molar del compuesto i en la fase solida libre de agua.

Cuando una molecula no forma hidratos Xsi es cero Ypor tanto Ksv ~ 00

EI procedimiento para encontrar la temperatura de formacion de hidratos por este metodo es el siguiente:

1. A la presion deseada se supone una temperatura y con los valores de P y T se obhenen los valores de Ksvi para las diferentes moleculas que forman hidratos haciendo uso de las Figuras 34-39; el metodo considera que el N2 y el nC4 no forman hidratos y por tanto el valor de K para estos componentes se toma como 00 .

2. Con los valores de las fracciones molares y de la constante de equilibrio solido-vapor se realiza la siguiente sumatoria:

143

L: l

3 ___

----­2- ­

/ 'K /

JSi esta sumatoria e~:'ual a uno la temperatura supuesta es la del punto de rocio (temperatura de formaci6n de hidratos) si es diferente de uno se debe suponer otra temperatura y repetir el procedimiento.

Este metodo se aplica a presiones bajas.

Cuando la presencia de N2 es apreciable se recomienda corregir la temperatura de formacion de hidratos aplicando la siguiente correcci6n:

(4.9)

donde los valores de Ksvi son aquellos para los cuales se cumple que:

- Metodos graficos.Estos metodos se aplican cuando el enfriamiento del gas ocurre porj

despresurizacion y vari13...dependiendo si la despresurizacion es gradual, caso de un gasducto, 0

brusca, cas-o aeLiila'valvula de expansion 0 de un estrangulador.

En el primer caso conociendo la presion minima a la que se va a encontrar el gas y la gravedad especifica de este se hace uso de la Figura 40 y se determina la temperatura de rocio.

En el segundo caso haciendo uso de cartas como las que se muestran en las Figuras 41-45, cada una de las cuales esta identificada por una gravedad especifica del gas, y conociendo el valor de la presion y temperatura inicial se puede determinar hasta que presion se permite expandir el gas sin que se presente problemas de formacion de hidratos.

Metodo de Trekell-Campbell. Se aplica para r~sjp.!Jes de 1000 a 6000 Ipc aproximadamente. Se basa en 10 siguiente: de todaSlas moleculas de hidrocarburos la que mas ayuda a formar hidratos es el metano por tanto la temperatura de formacion de hidratos esta principalmente afectada por la temperatura de formacion de hidratos para el metano puro. Las demas moleculas formadores de hidrato ayudan a aumentar la temperatura de rocio pero en menor proporcion que el metano y dependiendo de su presencia en el agua. Por otra parte las moleculas que no forman hidratos dificultan la formacion de estos y en consecuencia reducen la temperatura de rocio. De acuerdo con 10 expuesto, el metodo calcula la temperatura de formacion de hidratos de la siguiente forma:

'I'll = TI,) CI +~T) C2 +~T)CJ +~T) H 2S +~T)C02 -~T) l' ! (4.10) )

donde:

Til )CI : Es la temperatura de formacion de hidratos para el metano puro

~T) i : Es la contribucion de las diferentes moieculas formadoras de hidratos a incrementar la temperatura de rocio

I-­

tt

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a.aB

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Figuras 34-36-.Constantes dE

144

~mperatura

y repetir el

naci6n de

\00 PSi AS S

3___ METHANE

30 40 50

TEMPERATUR E I of

70 80

(Ref.17 . 3)

(4.9)

0.4

0.3

0.2

0.1

0 .06

1/ I 1

--H--H-l-++--+--I

70 80 90 100

Temperature, deQ F

me por ~ucto , 0

K

3vedad

0. 06

41-45, 0 .04

ndo el 0 .03

~rmite 30 40 50 60

lente. )rmar

3.0 lente ~mas

2 .0 lenor

HydrOc;Jen Sulfide

(Ref . 17.4)

Car bon 0 I 0)( I de ! las ( Re f. 17. 5 ) ~n la

I de 1.0

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I

0 .3

0 .2 32 40 ro 60

la Tomperature,dlO F

Figuras 34-36-.Constantes de Equilibrio Vapor - Solido para Metano, CO2 y H2S (5).

145

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3__ - ftl;:I--t­----t----f-­__

ETHANE

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30 40

TEMPERATURE. of

.. _ 1_ ,' •

Figura 37-. Constantes de Equilibrio Vapor - Solido (Ksv) para el Etano(5,. Figura 38-. Constantes de Equilibrio \

146

ETHANE

., '.,

'.;

7_ - . r-I-II--r---i--ft--t-l------:-~-~---+--·h--JJIJLJ

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~O 40 50 60

TEMPERATURE, of

70 80

PROPANE

Figura 38-. Constantes de Equilibrio Vapor- Solido (Ksv) para el Propano(5) .. 147

~____~F_~__--; ISOBUTANE

~-,9~-r----r-------~.---------"---------r--------~--------r---~

~--~--~--~.--~-----+---------~-------4---------+~-------V----4

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TEM PERATURE. 0 F

Figura 40-. Temperatura de Forr

Figura 39-. Constantes de Equilibrio Vapor - Solido (Ksv) para Isobutano(5).

148

ISOAUTANE

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Figura 40-. Temperatura de Formaci6n de Hidratos para Varios Gases(3)

149

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