1. Comportamiento
del Sistema
Agua - Gas
natural
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

2. Contenido
Condiciones para la formación4
Técnicas de deshidratación6
Formación de Hidratos33
Motivos para evitarlos35
Contenido de Agua en el Gas32
Introducción31
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

3. Introducción
El gas natural, que se extrae de los pozos, contiene agua, en estado gaseoso junto con otros
componentes de la mezcla de hidrocarburos.
Los cambios de presión y temperatura que experimenta el fluido gaseoso hacen que el agua se
condense y se deposite en las tuberías y otros recipientes que lo contienen, generando
problemas tales como:
Formación de hidratos. Son sólidos blanquecinos, formados por agua e hidrocarburos.
Producen taponamiento. En las tuberías, válvulas y recipientes impidiendo su circulación.
Entonces, es necesario analizar las condiciones a las cuales se pueden formar los hidratos
para aplicar correctivos y evitar la formación.
Para ello se utiliza metanol o mono etilenglicol, los cuales bajan el punto de rocío e impiden la
formación de los hidratos.
Peligros de explosión. Si un bache de agua que se haya formado en la tubería entra a una
caldera, habrá una explosión.
La magnitud depende de la cantidad de líquidos que lleguen y de la temperatura que
encuentren.
El agua, al evaporarse aumenta 1.700 veces su volumen.
Los hidrocarburos, que obviamente también se pueden condensar, aumentan en menor
grado dependiendo de la composición que tengan.
Formación de ácidos. Cuando hay presencia de CO2 y H2S, conjuntamente con agua libre, se
formarán ácidos como el Carbónico, H2CO3 y el Sulfúrico, H2SO4 ,que corroen las tuberías y el
resto de los componentes metálicos del sistema.
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

4. Introducción
¿Cómo se sabe cuánta agua puede haber en el gas?
Para medir el contenido de agua que transporta el gas natural se
utiliza “el medidor de punto de rocío” (“Flash Point Tester”), capaz de
medir la temperatura a la cual se condensará fluidos a partir del gas
natural. El operador deberá aprender a diferenciar cuándo se
condensa agua o hidrocarburos y, debe estar en condiciones de
garantizar de cuál de los líquidos se trata.
El punto de rocío al agua. Se conoce como punto de rocío de agua a
la temperatura a la cual se condensa el agua, a determina presión
previamente conocida o establecida.
El punto de rocío a los hidrocarburos. El operador deberá
determinar la temperatura a la cual se depositaron los hidrocarburos,
indistintamente de que haya también agua en la mezcla.
Uno de los cálculos que más comúnmente se deben realizar es la
determinación y el conocimiento cierto del lugar geométrico de los
puntos de rocío y de burbujeo en una mezcla de gas natural.
Utilizando el “diagrama de fases” o “envolvente”
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

5. Contenido de Agua en el Gas
El comportamiento del agua en los sistemas de hidrocarburos es independiente Fig. 1 muestra
que el agua es esencialmente inmiscible en los hidrocarburos
La Solubilidad del agua en el gas disminuye por incremento de la presión y disminución de la
temperatura
La presión favorece la combinación del agua con el gas para formar hidratos sólidos de gas, aún
aunque la temperatura esté por encima de la temperatura de congelamiento del agua.
El concepto de presiones parciales es válido solo a presiones de 3 a 4 bar sin embargo esta
ecuación es válida a presiones cercanas a la atmosférica – Pero para presiones diferentes a la
atmosférica hay otras correlaciones.
Si se asume que el agua está presente en el gas en la fase líquida y por tanto en equilibrio con el
gas. Aplicando la ley de Dalton de las presiones parciales:
P.yw = Pv
Donde: P = Presión total del sistema
yw = Fracción molar del agua en la fase gaseosa
en condiciones de equilibrio
Pv = Presión del vapor de agua a la Tº dada
En la fase líquida agua: Xw = 1.0
A Presión cercana a la atmosférica la ecuación es totalmente válida.
Gas
Agua
P.yw Pv
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

6. Contenido de Agua en el Gas
El contenido de agua en el gas se establece cuando se alcanza
la temperatura del punto de rocío del gas a una presión dada.
Esta es la máxima cantidad de agua que el gas puede
contener en las condiciones especificadas.
No necesariamente ocurre en condiciones de saturación sino
también por debajo de la saturación, debido a que el gas es
comprimido, expandido, calentado y enfriado, y por tanto no
necesariamente se satura en cada punto del sistema.
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

7. Formación de Hidratos
Los hidratos son compuestos cristalinos sólidos parecidos al hielo
pero mucho menos densos que el hielo.
Su formación es el resultado de la asociación de una molécula de
metano, etano, butano con seis o siete moléculas de agua.
Su formación es gobernada por el tamaño de la molécula agregada
y su solubilidad en el agua.
Se descomponen fácilmente a temperaturas y presión ambiente,
pero no a las condiciones de bajas temperaturas y altas presiones
imperantes en el interior de intercambiadores de calor, medidores
de orificio, recipientes, válvulas y otros.
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

8. Condicionespara su formación
Gas con
agua Libre o
cerca del
punto de
Rocío
Alta
Presión
Variables
Baja
Temperatura
.
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

9. CondicionesSecundariasdeFormación
Las altas
velocidades Y
la turbulencia
favorecen su
formación
A
Velocidad
y Agitación
La siembra de
cristales en
presencia de
escamas de
la tubería
C
Siembra
de cristales
El flujo
discontinuo o
Pulsante
favorece su
formación
B
Pulsaciones
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

10. Motivospara evitar su formación
Taponamiento
Corrosión
Punto de Rocío
En los
Equipos
De proceso
Y en las
Uniones y
conexiones
En las
Tuberías de
Transporte
Y
distribución
Prevenir formación de hidratos
Optimizar el proceso
EVITA
TIENDE A
EN EN
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

11. Técnicasde Deshidratación
TÉCNICAS
Expansión/reducción de presión
Absorción
Inyección-Metanol
Adsorción
Con sólidos como
Tamices molec.
Con Glicol
abril 2014Deshidratación del gas Saavedra Luis Carlos

12. CONTENIDODE AGUA EN LA REGIÓN DE
HIDRATO
 Formacion de hidratos  tiempo
 Composicion del gas, grado de agitacion
 “periodo de la formación de hidratos” el agua
liquida presente esta en termino “liquido meta
estable”.
 El agua metaestable ..en equilibrio existirá como
un hidrato.

13. Hidratos en sistemas de gas natural
 Hidrato..
 Su formación en sistemas de gas
 Estructuras de hidratos:
 Estructura I (C1, C2, CO2, H2S)
 Estructura II (C3, iC4, nC-4)
 Estructura H (C5+)

14. Formación de hidratos
 Condiciones primarias.
 El gas o el liquido deben estar en el o por debajo del punto de
roció del agua o a la condición de saturación
 Temperatura
 Presión
 Composición
 Condiciones secundarias.
 Mezclado
 Espacio físico para la formación del cristal
 Salinidad
 P. aumenta …T. disminuye hasta formacion

15. CONTROL DE HIDRATOS
 La formación de hidratos, puede evitarse
removiendo el agua del gas antes del
enfriamiento de los hidrocarburos por debajo
de la temperatura a la cual podrían aparecer
los problemas
 Procesos de deshidratacion
 Absorcion
 Adsorcion

16. DESHIDRATACION CON SÓLIDOS
DESECANTES
 En la industria se utilizan lechos fijos de
desecantes para deshidratar gas,
deshidratantes típicos tenemos
 Un deshidratador de lecho fijo generalmente
tiene :

18.  La restitución del desecante requiere :
 El flujo de adsorción es generalmente hacia
abajo:
 Los lechos deben ser regenerados
apropiadamente

19. Las unidades de sólidos desecantes generalmente son más
costosas y difíciles de operar que las unidades de glicol:
En procesos donde se encuentran temperaturas
criogénicas:
Los desecantes en uso comercial caen en alguna de estas
tres categorías:
 Geles
 Alumina
 Tamices Moleculares

20. TAMICES MOLECULARES
 Los tamices moleculares son desde el punto de vista
químico, silicatos de aluminio
 La adsorcion de agua en los tamices es un proceso
reversible:
 La fuerza de adsorcion
 cationes actúan como puntos de fuerte carga positiva
 los tamices son utilizados para eliminar contaminantes
indeseables

21. DESHIDRATACION DE GAS NATURAL POR
ADSORCION
 ESQUEMA DEL PROCESO DE FLUJO

22. DISEÑO DE UN SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN CON
DESECANTES SECOS
 Su diseño
 determinar los parámetros fundamentales
asociados a la instalación y a los contratos de
venta

23. Tipo de desecante y cantidad requerida
Diferentes tipos de desecantes

24. Regeneracion
 El caudal de gas requerido
 La temperatura final del lecho

25. Calor latente de vaporizacion del agua
 Q= masa de agua a describir x calor latente
de vaporizacion del agua
 Calor de desorcion del agua
 A falta de datos del fabricante puede suponer
un 10% del calor de vaporizacion

26. CONSIDERACIONES BASICAS
SOBRE EL DISEÑO DE UN
DESHIDRATADOR CON TAMICES
MOLECULARES

27.  Temperatura de contacto
Mayor Tcontacto  Menor H2O ads
Rango 80- 100ºF
 Presion de operación
Mayor P  Menor Vgas
-P  Aumentan tamaño d los equipos
+P  Aumenta espesor de los recipientes
 Tiempo de contacto
F (req. tamiz)  descenso apropiado * rocio
∆P  ++Vel. romper particulas del tamiz
 Tamaño de las particulas del tamiz
si reduce  ++sup ads. Capacidad  ++ΔP

28. Problemas Operacionales
 Baches o tapones de agua
 Causa: Daño en el lecho de los tamices.
 Solucion: trampa o separador.
 Cambios bruscos de presion, Velocidad excesiva
del gas, movimientos del lecho debido al
calentamiento y enfriamiento
 Causa: compactacion del empaque
 Solucion: buen diseño mecanico

29. Problemas Operacionales
 Contaminacion del tamiz
 Causa: HC pesados, destilados, condensado
 Solucion: filtros o lechos de Sílica Gel o Bauxita aguas
arribas del adsorbedor.

30. Procedimiento de Calculo
 Parametros basicos para el diseño

• Tasa del flujo del gas: 10 MM pcdn en el cálculo a 14,7
lpca y 60°F
• Presión a la entrada: 1000.0 lpc
• Punto de rocio a la entrada: 90°F
• Punto de rocio a la salida: 10°F
• Capacidad de adsorción: 5% W (sílica o alúmina)
• Duración del ciclo: 8 hrs
• Regeneración: Gas natural
• Enfriamiento: Gas natural
• Tipo de Torre: Vertical
• Velocidad permisible: 30 pies/min.
• Temp. del gas a la entrada: 95°F
• Gravedad especifica del gas: 0,70

31. Tamaño del recipiente
 En cualquier caso se recomienda que la camada
tenga por lo menos de 2 a 3 pies de espesor, para
evitar la canalización.
 Las torres pueden ser horizontales o verticales, ellas
difieren con el fabricante, por lo tanto es de
esperarse que el diseño interno también sea
diferente.
 La mayoría de estos diseños dan un servicio
satisfactorio, la elección normalmente depende de la
preferencia individual y/o del precio.

32. DESHIDRATACIONDEL GAS NATURAL POR
ADSORCION
Gas para la regeneración:
 Cantidad de gas
 Temperatura final
Subdivisión de carga calorífica total
 Calor de desorción del agua.
 Calor latente de vaporización del agua.
 Calor sensible para calentar el agua hasta la temperatura de evaporación
 Calor sensible para calentar el desecante.
 Calor sensible para calentar la carcasa.
 Perdidas de calor

33. Operación de una planta de deshidratación
por tamices moleculares
Los cuatro lechos de tamiz molecular
se regeneran periódicamente
Se despresuriza el lecho
En las dos primeras horas
El lecho es enfriado durante 1 3/4
horas
Se subenfria el lecho hasta 40°F

34. Optimización de la operación
 Sucede con frecuencia que las condiciones de
operación de una planta o del gas procesado
varían a lo largo de su vida útil

35. Prueba de saturación (“breakthrough test’)
Lapsos del proceso de regeneración
 Tiempo normal de adsorción: 12 horas
 Tiempo normal del ciclo de regeneración: 3 horas
 Tiempo despresurización, represurización, etc.: 2
horas
 Tiempo de espera: 7 horas
 Tiempo de adsorción obtenido en la prueba de
saturación: 18 horas
 Tiempo de regeneración obtenido en la prueba de
saturación: 4 horas