Cuatro Métodos Clave para Medir la Humedad en el Gas Natural y la Formación de Hidratos

Métodos para la Determinación del Contenido de Agua en el Gas Natural

La determinación de la cantidad de agua en el gas incluye los siguientes métodos de cálculo:

1. Presión parcial y fugacidad

   El contenido de humedad en el gas aumenta al disminuir la presión o al aumentar la temperatura. A bajas presiones (hasta 60 psia - 400 kPa) se utiliza la Ley de Raoult:

   P y_w = P_v X_w

   Donde:

   • P: Presión absoluta del sistema.
   • y_w: Fracción molar del agua en la fase de vapor.
   • P_v: Presión de vapor del agua a la temperatura del sistema.
   • X_w: Fracción molar del agua en la fase líquida (= 1.0).

   La fracción molar del líquido se puede tomar como uno (1.0) debido a la no miscibilidad de la fase líquida.

2. Gráficas empíricas

   Para un gas natural pobre y dulce, el contenido de agua para una presión y temperatura específicas se puede determinar con las Figuras 1 y 2. Estas gráficas han sido un soporte tradicional en la industria del gas natural para evaluar la cantidad de vapor de agua que transporta la mezcla. Al analizar estas figuras, se pueden conocer los parámetros principales que gobiernan la presencia de agua en el gas natural.

   Consideraciones importantes:

   • Las gráficas son aplicables a gas completamente saturado a la presión y temperatura a la cual se encuentra la mezcla de hidrocarburos.
   • La medición se realiza en libras por cada millón de pies cúbicos de gas natural a condiciones estándar (14.7 lpca y 60 °F).

3. Efecto de la presencia de H₂S y CO₂ en el contenido de agua

   Para un contenido de gas ácido menor al 40%, se puede utilizar una ecuación que suma la cantidad de vapor de agua en el gas más la cantidad de agua en el H₂S más la cantidad de agua en el CO₂.

   La presencia de alguno de estos dos componentes o de ambos aumenta la cantidad de agua en el gas natural. A mayor presión y temperatura, mayor cantidad de agua presente en el H₂S o CO₂.

4. Ecuaciones de estado

   Suresh Sharma y J. M. Campbell han combinado los conceptos de Eykman Molecular Refraction (EMR) con ecuaciones estándar de fisicoquímica para proporcionar una correlación básica para gases ácidos. Este método también es empírico. El cálculo manual es más tedioso que los demás, pero representa una alternativa confiable en conjunto con los otros métodos presentados. Todas las figuras presentadas, por supuesto, son innecesarias cuando se usan programas de computadoras.

Factores que Influyen en la Humedad del Gas

Efecto de la presencia de N₂ y compuestos pesados

La presencia de nitrógeno (N₂) tiene menos efecto que el metano en el contenido de agua en el gas natural. A presiones de aproximadamente 1000 psia, el contenido de agua por presencia de nitrógeno es de aproximadamente 6-9% menos que el metano. Esta desviación se incrementa con la presión. Por lo tanto, incluir el nitrógeno como un hidrocarburo es práctico y ofrece un pequeño factor de seguridad. La presencia de compuestos pesados tiende a aumentar la cantidad de agua en el gas. Una vez más, la desviación es relativamente pequeña a presiones normales del sistema. Los efectos de la presencia de nitrógeno y compuestos pesados tienden a cancelarse entre sí en muchos sistemas de producción.

Formación de Hidratos en los Sistemas de Gas Natural

Un hidrato es una combinación física de agua y otras moléculas para producir un sólido que tiene la apariencia física de hielo. Los hidratos de gas natural son sustancias sólidas en forma de cristales de color blanco formadas cuando el agua líquida y algunos hidrocarburos ligeros, principalmente metano, etano y propano, se combinan físicamente bajo ciertas condiciones de presión y temperatura.

En estado puro, el metano, etano, CO₂ y H₂S forman hidratos de estructura I. Las moléculas de propano e isobutano pueden entrar solo en cavidades grandes de la estructura II, por lo que un gas natural que contenga estos hidrocarburos forma hidratos de estructura II. El butano en estado puro no forma hidratos o es muy inestable, pero sí lo forma con otros compuestos. Con la excepción del neopentano, todos los hidrocarburos parafínicos más pesados que los butanos no forman hidratos.