formacion de hidratos

formación de hidratos, propiedades de los fluidos, tablas de formacion de hidratos

1. ---- -
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
H
2
s H2S.6H20
CO2 CO2·6H20
C2H
6 C2H 6 ·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 瑩灯 
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, et s.;, por ~ necesario preyer su formaclon y para ello
s
ELnecesita determinar la temperatura a la cual se empe zaran a formar con to~c[Jal ycrsepuede,
dependiendo de las condiciones e-pres
i6rlTtemperatora 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:
Y
iv Fraccion m
X
si : 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 �

2. 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
摯湤攺 
Y
iv Fracci on molar del compuesto i en la fase vapor libre de agua. �
X
si : 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 nC
4 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 �

3. 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 por
j
despresurizacion y vari13...dependiendo si la despresurizacion es gradual, caso de un gasducto, 0
brusca, cas-o ae Liila'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 toda Slas 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)H2S +~T)C 02 -~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
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0.6
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Figuras 34-36-.Constantes dE
144 �

4. ~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
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0.2
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1
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70 80 90 100
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(Ref . 17.4)
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0 .2
32 40 ro 60
la Tomperature,dlO F
Figuras 34-36-.Constantes de Equilibrio Vapor -Solido para Metano, CO
2 y H
2S (5).
145

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~-40I ,~-r--_r ---.I- -
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ETHANE
~.+---~--~--~~ ---t~--t-
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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

6. 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

7. ~____~F_~__--; ISOBUTANE
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~--~--~--~.--~-----+ ---------~ -------4---------+~-------V----4
~--I~~·+----+-------- -~------- -4--,------+----------~------++----1
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~-~4-~----~-------~ ·---------+ -------- 4---------- ··I+---H~- -- ~----l
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K
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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

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