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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
y Comportamiento de Fases de los Hidratos?
En el ltimo Previo del Mes (PDM/TOTM), hemos demostrado que una
de las primeros problemas a ser resuelto por el Ingeniero de
Procesos trabajando en una Planta de Gas o facilidad de produccin
se identifica en donde opera la planta con relacin con el diagrama
de fases del gas. Un conocimiento general, sino uno detallado,
permitir al Ingeniero de Diseo, y el Operador de la Facilidad tomar
decisiones inteligentes que impactan significativamente la utilidad
de una facilidad de produccin.
La mejor manera de prevenir la formacin de hidratos (y corrosin)
es mantener las caeras, tuberas, y equipos secos del agua libre. En
este PDM demostraremos como se desplazan las curvas del punto de
roco e hidratacin a travs de un diagrama de fases convencional
mientras que se deshidrata un gas natural.
Caso en Estudio:
Para poder demostrar el comportamiento fsico de los gases
naturales conteniendo agua y el impacto del contenido de agua sobre
las temperaturas de punto de roco, e hidratacin, consideremos el
gas natural indicado en la Tabla 1. Para generar los diagramas en
este PDM, hemos aplicado el ProMax [1] el cual se basa en la
ecuacin de estado Peng-Robinson (PR EDE/EOS) [2].
Tabla 1. Composicin del Gas Seco
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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
y Comportamiento de Fases de los Hidratos? - Campbell Tip of the
Month | John M. Campbell & Co.
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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
y Comportamiento de Fases de los Hidratos? - Campbell Tip of the
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Component Mole %C1 80.0C2 10.0C3 4.0iC4 3.0nC4 3.0Sum 100.0
Resultados y Discusin:
La Figura 1 presenta la envolvente de fases, formacin de
hidratos, y curvas de punto de roco de este gas con un contenido de
agua de 0.06 porcentaje molar, equivalente a 28.5 lbm/MMPCS (456
kg/106 Sm3).Ntese que a una presin de aproximadamente 414 lpca
(2854 kPa), la curva de punto de roco se ubica ligeramente a la
izquierda de la lnea de formacin de hidratos. Esto indica que el
gas se encuentra sub saturado con agua a presiones menores que este
nivel. Esto tambin indica que se encuentra termodinmicamente
inestable y no formar en fase lquida de agua. Toda el agua se
convierte a un hidrato y este estado se identifica como el estado
de equilibro meta-estable. Para mayor detalle sobre este estado
meta-estable, vea el PDM de Diciembre 2010. Comportamiento similar
se demuestra en la Figura 2 para la cual el contenido de agua se
redujo a 0.0247 porcentaje molar, equivalente a 20.3 lbm/MMPCS
(324.6
kg/106 Sm3). En este caso las curvas del punto de roco de agua,
y de hidratacin se cruzan a una presin mayor que 1000 lpca (6895
kPa). A presiones menores que sta el gas es sub-saturado y posee un
estado de equilibrio meta estable. De esta manera, la curva del
punto de roco de agua se ubica a la izquierda de la de formacin de
hidratos., pero ms arriba de la presin de interseccin se desplaza a
la derecha de la curva de formacin de hidratos donde el contenido
de agua es mayor que el de saturacin.
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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
y Comportamiento de Fases de los Hidratos? - Campbell Tip of the
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(Figura 1. Curvas de envolvente de fases, formacin de hidratos y
de punto de roco para un gas natural con contenido de agua de 0.06
% molar, equivalente a 28.5 lbm/MMPCS (456 kg/106 Sm3).)
La Figura 3 presenta la superimposicin de las Figuras 1, y 2
conteniendo curvas de punto de roco y formacin de hidratos para dos
contenidos de agua (0.06 and 0.0427 mole%). Ntese que las curvas de
formacin de hidratos de ambos casos coinciden uno con otro para
presiones mayores que 1000 lpca (6895 kPa) .
La Figura 4 presenta el diagrama de fases junto con las curvas
de punto de roco de agua y formacin de hidratos para el mismo gas
mientras que el contenido de agua se redujo a 0.0427, 0.03, 0.0148,
and 0.00422 % mole correspondientes a 20.3, 14.2, 7, 2 lbm/MMPCS
(324.6, 228, 112, 32 kg/106 Sm3) respectivamente. Ntese para todos
los casos en donde el gas es sub saturado con agua, las curvas del
punto de roco se ubican a la izquierda de las curvas
correspondientes de formacin de hidratacin. Bajo sas condiciones el
estado de equilibrio es termodinmicamente inestable (meta-estable),
y no formar una fase libre acuosa. Sin embargo, si el contenido de
de agua es mayor que su punto de saturacin, el punto de roco de
agua se ubicar a la derecha de la curva de formacin de hidratos y
se formara un fase libre acuosa.
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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
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(Figura 2. Curvas para el diagrama de fases, formacin de
hidratos, y punto de roco de agua para un gas natural con contenido
de agua de 0.0427 % molar equivalente a 20.3 lbm/MMPCS (324.6
kg/106 Sm3))
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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
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(Figura 3. Curvas para el diagrama de fases, formacin de
hidratos, y punto de roco de agua para un gas con contenido de agua
de 0.0427, y 0.06 % molar)
Conclusiones
Hemos demostrado el impacto del contenido de agua sobre el
comportamiento de fases de un gas natural. El nfasis fue colocado
en la interaccin de las curvas del punto de roco de agua, y la de
hidratacin. Fue demostrado que la ubicacin relativa de las curvas
del punto de roco del agua, y la de formacin de hidratos con
respecto de una con la otra es una funcin importante del contenido
de agua. Tambin fue demostrado para los casos donde el contenido de
agua es mayor que el punto de saturacin, la curva del punto de roco
se ubica a la derecha de la curva de hidratacin. Bajo estas
condiciones se condensa el agua libre y los hidratos pueden
formarse si las condiciones son las precisas. Esto es lo que
normalmente se espera como se expone en los textos. Sin embargo, si
el contenido de agua es sub saturado, la curva del punto de roco se
ubica a la izquierda de la de hidratacin, y el estado de equilibrio
es inestable en trminos termodinmicos (meta-estable), y formar una
fase libre acuosa.
Como fuera discutido en el PDM del mes pasado, ingenieros de
facilidades deben determinar la manera en que esta ocurrencia
impacta sus operaciones. Estos diagramas de fase sugieren que, a
bajas concentraciones de agua, los hidratos pueden precipitarse aun
cuando del agua libre no est presente. Efectivamente este fenmeno
ha sido
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Cual es el Impacto del Contenido de Agua sobre el Punto de Roco
y Comportamiento de Fases de los Hidratos? - Campbell Tip of the
Month | John M. Campbell & Co.observado. A condiciones
criognicas, cuando el agua es removida por las tamices moleculares,
la cantidad de agua meta-estable es de cantidad mnima, por lo cual
no debe causar problemas operacionales.
Para informarse mas sobre casos similares y como minimizar los
problemas operacionales, sugerimos su asistencia a los siguientes
cursos de la John M. Campbell: G4 (Gas Conditioning and
Processing), G5 (Gas Conditioning and Processing-Special), and G7
(Process Simulation in Gas Conditioning and Processing).
La consultora JMC puede proveerle experticia termodinmica en sus
proyectos de procesamiento del gas para asegurar que el modelo de
proceso desarrollado sea lo ms certero posible. Con los Consultores
de mayor solicitud en la industria del petrleo y gas, la Consultora
JMC provee servicios en consultora de primera seleccin para
nuestros clientes selectos. Para mayor informacin ofrecido por
Campbell, visite nuestra direccin de red al
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By: Dr. Mahmood Moshfeghian
Traducido al Espaol por: Dr. Frank E. Ashford
Reference:
1. ProMax 3.2, Bryan Research and Engineering, Inc, Bryan,
Texas, 2010.2. Peng, D. Y. and Robinson, D. B., I. and E. C. Fund,
Vol. 15, p. 59, 1976.
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(Figura 4. Curvas de punto de roco, formacin de hidratos , y
diagrama de fase para un gas natural de contenido de agua entre
0.0427 a 0.00422 % molar )
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