análisis cfd de separador

Introducción a los Procesos de Separación en el Acondicionamiento de

Gas y Petróleo

Procesos de Separación

Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos


Proceso General de Separación


Procesos General de Separación

a) y b) Estabilización y endulzamiento de crudo: Calentamiento y/o Vacio b) y c) Deshidratación y

endulzamiento de gas: Glicoles, aminas, etc.


Procesos General de Separación

d) Deshidratación de gas: Silica , Carbón Activado

e) Deshidratación de aceite:Equipos gravitacionales,

electrostáticos, centrífugos, etc.


El grado se separación alcanzado depende de la explotación de las diferencias en propiedades moleculares, termodinámicas y

de transportePropiedades Moleculares

Peso Molecular Momento Dipolar

Factor Acéntrico Constante Dieléctrica

Fuerzas de Van der Waals Carga Electrica

Propiedades Termodinámicas y de Transporte

Presión de Vapor Solubilidad

Adsorbitividad Difusividad


• Separación Química: Se busca separar de la mezcla homogénea original (una sola fase) uno o mas compuestos que la constituyen; ejemplo: Deshidratación del gas natural (Compuesto Químico Agua)

• Separación Mecánicas: Se busca separar de la mezcla heterogénea original (dos o mas fases) una o mas fases que la constituyen; ejemplo: Deshidratación del crudo (Fase Dispersa Salmuera)


• Emulsiones inversas– Fase Dispersa: Gotas de

Aceite– Fase Continua: Salmuera– Tipo de Separación:

Mecánica (Separar la fase dispersa de la fase Continua)


Adición o Creación de Fases


Barreras de Separación


Agente Sólido


Factores que influyen la selección de los procesos de separación

• Condiciones de Alimentación– Composición– Flujo– Temperatura– Presión

• Condiciones del Producto– Pureza– Temperatura– Presión– Estados de agregación

• Diferencia de Propiedades a explotar• Características de la Operación

– Escalamiento– Instalación– Tamaño– Requerimientos energéticos


Madurez y uso de los procesos de Separación


TERMODINAMICA DE LOS PROCESOS DE SEPARACION

• SISTEMA, FRONTERA Y ENTORNO. Un sistema termodinámico es aquella parte del universo físico cuyas propieades se están estudiando. El sistema está confinado a un lugar definido en el espacio por la frontera que lo separa del resto del univero, el entorno .

16

CONCEPTOS BÁSICOS

SISTEMA

ENTORNO

ENTORNO

FRONTERA


• TIPOS DE SISTEMA. Un sistema es aislado cuando la frontera evita cualquier interacción con el entorno. Un sistema aislado no produce efectos observables sobre el entorno. Un sistema es abierto cuanto pasa masa a través de la frontera, cerrado cuando no hay paso de masa a través de la frontera. Un sistema es adiabático cuando no hay transferencia de energía con el entorno a través de la frontera.

17

CONCEPTOS BÁSICOS

MASASISTEMACERRADO


18

• PROPIEDADES DE UN SISTEMA. Aquellos atributos físicos que se perciben por lo sentidos o que pueden hacerse perceptibles mediante ciertos métodos experimentales. Las propiedades de dividen en dos clases: (1) no medibles, como la clase de sustancias que component al sistema y los estados de agregación de sus partes, y (2) medibles, como la presión y el volumen .

CONCEPTOS BÁSICOS

SISTEMA

T, P, V, zi


19

• ESTADO DE UN SISTEMA. Un sistema se encuentra en un estado definido cuando cada una de sus propiedades tiene un valor determinado.

• CAMBIO DE ESTADO, TRAYECTORIA Y PROCESO. El sistema sufre un cambio de estado cuendo una de sus propieades cambia de valor. El cambio de estado está completamente definido cuando se especifican los estados final e inicial. La trayectoria del cambio de estado se define especificando el estado inicial, la secuencia de estados intermedios y el estado final. Un proceso es el método de operación mediante el cual se realiza un cambio de estado. La descripción del proceso consiste en establecer : la frontera, el cambio de estado, la trayectoria y los efectos en el entorno.

CONCEPTOS BÁSICOS


20

PROCESO TERMODINÁMICO

T1

V1

P1

zi1

ESTADO INICIAL

T2

V2

P2

z12

ESTADO FINAL

Calor (Q) y Trabajo (W)


21

• Desigualdad de ClausiusCRITERIOS DE EQUILIBRIO

Costantes Intercambio con el entorno

d≤0 a ser minimizada

U, V, ni sistema aislado dS≥0 Entropía S (max!)

S, V, ni sistema aislado dU ≤0 Energía interna U

T, V, ni calor dU –TdS≤0 Energía de Helmholtz F=U-TS

P, T, ni calor y volumen dU –TdS+PdV≤0 Enegía de Gibbs G=U-TS+PV

S, P, ni Volumen dU +PdV≤0 Entalpía H=U+PV

T, μi, V Calor y masa dU –TdS+∑μidni≤0 Gran potencial Ω=U-TS-∑μini


22

• Proceso isotérmico (dT=0) e isobárico (dP=0)

• Equilibrio térmico • Equilibrio mecánico• Equilibrio químico

CRITERIOS GENERALES DE EQUILIBRIO

TTT ...21

PPP ...21

Niiii ,...1;...21

jjjj nPTinVTinPSinVSii n

G

n

A

n

H

n

U

,,,,,,,,


23

• Describir el estado en equilibrio del sistema de dos o más fases son libres de intercambiar energía y materia. Una fase homogénea en equilibrio es una región del sistema de estudio donde las variables intensivas son iguales en todas partes.

ESCENCIA DEL PROBLEMA

Fase : x1 ,… x1

Fase : x1 ,… x1

P

T


24

Procesos irreversibles TRABAJO MECÁNICO DE EXPANSION

TRABAJO MECÁNICO DE COMPRESIÓN

0d


25

• CANTIDADES MINIMAS Y MÁXIMAS DE TRABAJO

PROCESOS REVERSIBLES

0d


26

• Un sistema experimenta un cambio de estado y luego regresa a su estado original mediante la realización de las mismas etapas en orden inverso. Si el entorno también ha regresado a su estado original, el proceso es reversible. Si el entorno no ha regresado a su estado original después del ciclo, el proceso es irreversible. Los procesos reales son siempre irreversibles y los procesos reversibles son ideales.

PROCESOS REVERSIBLES



SIMULACIÓN DE LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN

28

• La simulación de procesos en general y de los procesos de separación en particular es realizada suponiendo que el proceso de mezclado-separación se lleva acabo en forma reversible. A este se le conoce como mezclado perfecto o ideal


PRO/IIEJEMPLOS DE APLICACIÓN Y SU SIMULACIÓN


18 de abril de 2023 30

Corrientes de HidrocarburosCOMPUESTO PESO MOLECULAR API

CO2 44.010 39.600

H2S 34.079 47.600

N2 28.013 43.600

H2O 18.015 10.063

METHANE 16.043 340.167

ETHANE 30.070 265.526

PROPANE 44.097 147.208

IBUTANE 58.124 119.788

BUTANE 58.124 110.629

IPENTANE 72.151 95.727

PENTANE 72.151 92.747

HEXANOS 100.000 62.224

NBP107 111.900 52.515

NBP121 119.600 50.361

NBP136 128.900 47.891

NBP152 138.300 45.621

NBP168 147.800 43.538

NBP183 157.900 41.481

NBP199 168.200 39.535

NBP215 178.800 37.672

NBP230 189.700 35.870

NBP246 200.900 34.163

NBP262 212.500 32.510

NBP278 224.300 30.927

NBP293 236.400 29.393

NBP309 248.800 27.923

NBP325 261.600 26.498

NBP340 274.600 25.132

NBP356 287.900 23.807

NBP372 301.500 22.521

NBP388 315.300 21.289

NBP403 329.600 20.093

NBP418 343.500 18.899

NBP443 361.000 15.079

NBP469 386.700 13.634

NBP497 417.200 12.657NBP531 455.600 11.534

PROPIEDADESCorriente AYIN-GAS AYIN-CRUDO MISON-GAS MISON-CRUDO

Fase Vapor Liquid Vapor Liquid

Std. Liq. Rate K*BBL/DAY 7.3392 72.3499 12.5405 37.4149

Total Std. Vapor Rate M*FT3/DAY 17.0620 34.0443 28.3620 26.3863

Temperature C 15.56 15.56 15.56 15.56

Pressure KG/CM2 1.0332 1.0332 1.0332 1.0332

Molecular Weight 22.8141 254.7302 24.2621 154.2443

Sp. Gravity 0.3991 0.9020 0.4129 0.8186

API Gravity 223.02 25.37 211.16 41.35

Total Molar Comp. Percents

CO2 10.5512 0.1534 10.3580 0.1554

H2S 0.3924 0.0289 0.4178 0.0240

N2 4.8159 0.0047 4.6440 0.0047

H2O 1.7227 0.1518 1.7227 0.1093

METHANE 66.5429 0.3536 64.5406 0.3518

ETHANE 11.0865 0.3991 11.1864 0.4101

PROPANE 3.8933 0.5545 4.4234 0.6398

IBUTANE 0.4406 0.1611 0.6030 0.2240

BUTANE 0.3914 0.2183 0.6040 0.3412

IPENTANE 0.0520 0.0773 0.1140 0.1717

PENTANE 0.0191 0.0387 0.0477 0.0976

HEXANOS 0.0022 0.0411 0.6765 12.8676

NBP107 0.0247 0.7882 0.3492 11.1800

NBP121 0.0235 1.3474 0.1774 10.2076

NBP136 0.0164 1.9005 0.0780 9.0641

NBP152 0.0112 2.6391 0.0340 7.9894

NBP168 0.0068 3.3214 0.0143 7.0128

NBP183 0.0037 3.9525 0.0058 6.1013

NBP199 0.0019 4.4539 0.0022 5.2827

NBP215 0.0009 4.8263 0.0008 4.5507

NBP230 0.0004 5.0726 0.0003 3.9068

NBP246 0.0002 5.1806 0.0001 3.3418

NBP262 0.0001 5.1920 0.0000 2.8460

NBP278 0.0000 5.1191 0.0000 2.4097

NBP293 0.0000 4.9728 0.0000 2.0329

NBP309 0.0000 4.7943 0.0000 1.7057

NBP325 0.0000 4.5732 0.0000 1.4280

NBP340 0.0000 4.3297 0.0000 1.1900

NBP356 0.0000 4.0664 0.0000 0.9917

NBP372 0.0000 3.8013 0.0000 0.8132

NBP388 0.0000 3.5353 0.0000 0.6743

NBP403 0.0000 3.2855 0.0000 0.5553

NBP418 0.0000 2.7686 0.0000 0.4562

NBP443 0.0000 4.0030 0.0000 0.3570

NBP469 0.0000 4.4867 0.0000 0.2479

NBP497 0.0000 3.6528 0.0000 0.1587

NBP531 0.0000 5.7544 0.0000 0.0992

COMPOSICION


EJEMPLO 1

• Elabore el Diagrama de Flujo de Proceso (DFP) de simulación en PRO/II de un Proceso de Separación Multietapas, para separar la producción de 500 MBPD de Mison y 500 MBPD de Ayin, sí la primera etapa de separación se encuentra a 70.0332 kg/cm² y 65 °C y la última a 1.0332 kg/cm². ¿Cuál es el número óptimo de etapas de separación (2, 3 o 4) que maximice la producción de aceite ?. Para el número de etapas óptimo determina la presión óptima de separación


Construcción del DFP en PRO/II

1. Establecer el sistema de unidades2. Definir el modelo Termodinámico 3. Seleccionar los componentes definidos del banco de datos4. Introducir dos de tres propiedades (Peso Molecular, API y

Punto de Ebullición) de los componentes no definidos5. Colocar los equipos del proceso y conectarlos6. Introducir las composiciones de las corrientes de

alimentación y sus especificaciones7. Fijar las condiciones de operación de los equipos8. Correr la simulación


Establecer el sistema de Unidades


2. Definir el modelo Termodinámico


3. Seleccionar los componentes definidos del banco de datos


4. Componentes no definidos


5. Colocar los equipos del proceso y conectarlos

Barra Seleccionadora


6.Introducir las composiciones de las corrientes de alimentación


7.Fijar las condiciones de operación de los equipos


8.Correr la simulación


Proceso de Separación 3 Etapas


Casos de Estudio en PRO/II


Casos de Estudio en PRO/IIInstituto Mexicano del Petróleo

Programa de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos

Presión Optima 3 Etapas(5.7 kg/cm²)

Presion0 20.0 40.0 60.0 80.0

Qo

, MB

PD

996.000

998.000

1000.000

1002.000

1004.000

1006.000

1008.000

Gasto


Optimización en PRO/II


Proceso de Separación 4 Etapas


EJEMPLO 2• Elabore el (DFP) de simulación en PRO/II de un

Proceso de Separación de 3 etapas, para separar la producción de 500 MBPD de Mison y 500 MBPD de Ayin, sí la primera etapa de separación se encuentra a 70.0332 kg/cm² y 50 °C, la segunda a la presión determinada en el ejemplo anterior y la última a 1.0332 kg/cm². Sí la producción de aceite no esta estabilizada y la concentración de H2S es mayor a 70 ppm, utilice calentamiento y/o reducción de presión (vacío) para alcanzar tal propósito.


Proceso de Separación de Vacío con Calentamiento

Optimizador(Dejar al último)


Efecto de la Temperatura en la Concentración de H2S

Temperatura35.0 45.0 55.0 65.0 75.0

H2S

,ppm

50.0

70.0

90.0

110.0

130.0

H2S


Efecto de la Temperatura en la Presión de Vapor

Temperatura35.0 45.0 55.0 65.0 75.0

PV

0.54

0.66

0.78

0.90

1.02

1.14

PVR

6.50

7.50

8.50

9.50

10.50

11.50

PV

PVR


Efecto de la Presión en la concentración de H2S

PRE SION0.3 0.5 0.7 0.9 1.1

H2S

,ppm

30.0

50.0

70.0

90.0

110.0

130.0

H2S


Efecto de la Presión en la Presión de Vapor

PRESION0.3 0.5 0.7 0.9 1.1

PV

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

PV

R

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

PV

PVR


EJEMPLO 3• Elabore el (DFP) de simulación en PRO/II de un

Proceso de Separación de 2 etapas con columna desorbedora, para separar la producción de 500 MBPD de Mison y 500 MBPD de Ayin, sí la primera etapa de separación se encuentra a 70.0332 kg/cm² y 50 °C, la segunda a 5.7148 kg/cm² y la columna 1.0332 kg/cm². Calcule la cantidad de Gas Dulce de desorción para producir un aceite con 70 ppm.


Composición del Gas Dulce% MOL

NI TROGENO 4. 45DI OXI DO DE CARBONO 0. 07AC. SULFHI DRI CO 0. 00METANO 81. 62ETANO 12. 80PROPANO 0. 57i so BUTANO 0. 07n BUTANO 0. 23i so PENTANO 0. 07n PENTANO 0. 09HEXANO + PESADOS 0. 04

C O M P O N E N T E S


Proceso de Separación con Columna Desorbedora


Efecto de la Presión en la Columna en el Gasto de Gas Dulce

Presion0 2.0 4.0 6.0 8.0

Qg

, MM

PC

D

0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

GAS DULCE


Efecto de la Presión de la Columna en la PVR

PRESION0 2.0 4.0 6.0 8.0

PV

R,

ps

i

0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

PVR


EJEMPLO 4• Calcular el poder calorífico del Gas Dulce del

ejemplo anterior en BTU/ft³. Se recomienda utilizar un Reactor de Gibbs para simular la reacción de combustión, un controlador para establecer las proporciones de Gas y Oxígeno, y finalmente una calculadora para determinar el Poder Calorífico en las unidades establecidas.


PODER CALORIFICO DEL GAS


Estabilización de Crudo Ligero en la Terminal Marítima de Dos Bocas

Análisis Técnico Preliminar

Columnas AgotadorasVacío y Calentamiento

Bernardo Carreón CalderónJuan de la Cruz Clavel López


Contenido• OBJETIVOS

• ANTECEDENTES

• ANÁLISIS TÉCNICO

• ANÁLISIS ECÓNOMICO

• CONCLUSIONES


Objetivo y Alcances

• Determinar la mejor alternativa técnica - económica entre las alternativas de columnas agotadoras y vacío con calentamiento para estabilizar el crudo ligero del activo Litoral de Tabasco en la Terminal de Dos Bocas Tabasco


Antecedentes

• La compañía IPSI presenta ante al personal del PEMEX-PEP una propuesta de estabilización de crudo ligero marino, consistente un columnas agotadoras

• Se solicita la evaluación de la alternativa al IMP, por parte de PEMEX

• El estudio debe contemplar además de la producción de Litoral, las producciones de AYIN, MISON y ALUX.


Alternativas Analizadas por IPSI Las alternativas analizadas por IPSI son: 1. Estabilización con Calentamiento y Tanques

de Separación 2. Estabilización en Columnas de Agotamiento

con Calentamiento Interetapas

Alternativas cuyos resultados se reprodujeron mediante la simulación de procesos en PRO/II


Observaciones de las Alternativas Analizadas por IPSI

• El análisis efectuado fue incompleto, puesto que no se analizan otras alternativas como vacío

• No se establece la filosofía de manejo de gas y condensados, y por lo tanto no se contabiliza el impacto de este manejo en el análisis económico

• En los esquemas de estabilización no se contabilizó la concentración de H2S en el crudo

• No se contempla la producción de AYIN, MISON y ALUX.


Estabilización con CalentamientoIPSI (Descripción del Proceso)

• El proceso consiste en el calentamiento del crudo antes de la 2a etapa de separación con la finalidad de incrementar la temperatura del crudo (69°C), con lo que los componentes mas ligeros se liberan más fácilmente en las siguientes etapas de separación (4 y 0 kg/cm²g), donde se alcanza la Presión de Vapor deseada (6 psi)

• El gas liberado en la 2a etapa se comprime en una etapa hasta 12 kg/cm²g• En el caso del gas liberado en la 3a etapa, este se comprime en dos etapas

hasta los 12 kg/cm²g• Todo el gas producido en las etapas se separación (1a, 2a y 3a) se mezcla y se

envía.• Los condensados obtenidos después de las etapas de compresión es retornado

a la corriente de crudo. El punto de retorno depende de la presión de la corriente de condensado.

• La temperatura de calentamiento y las cargas térmicas calculadas coinciden con las reportadas por IPSI


Estabilización con Calentamiento IPSI

SEP-REMOTO

T 52P 40Qo 208

T 43P 12Qg 35

T 43P 12Qo 2293

T 62P 40Qo 208

T 68P 5Qo 217

T 132P 5.5Qg 15

T 52P 5.5Qg 15

T 50P 5Qg 24.5

T 49P 13Qg 14

T 52P 13Qg 24.5

T 44P 13Qg 39

T 50P 5Qo 0.7

T 51P 5Qg 28

T 83P 36Qg 445

T 49P 13Qo 222

T 69P 5Qg 13

T 72P 13Qo 222

T 83P 36Qo 228

T (ºC)P (kg/cm2)Qg (MMPCD)Qo (MBPD)

T (ºC)P (kg/cm2a)Qg (MMPCD)Qo (MBPD)

ACEITE

GASA ATASTA

DE POZOS


Estabilización con Columna AgotadoraIPSI (Descripción del Proceso)

• Esta alternativa consiste en la estabilización del crudo en una columna agotadora, donde para reducir los servicios de calentamiento se precalienta el crudo en una etapa intermedia (plato) de la columna, además de mantener temperaturas relativamente bajas en los domos.

• El precalentamiento interepatas representa aproximadamente el 60 % de los requerimientos de calentamiento de la columna.

• Aunque no se menciona, el número de platos teóricos se fijó en 12, con base a la altura reportada para la columna.

• Sólo se utiliza una etapa de separación (11.6 kg/cm²g) previa a la columna.• La columna opera a 4.2 kg/cm²g en los domos con la finalidad de utilizar sólo una

etapa de compresión• En vista de la alta temperatura requerida en los fondos de la columna (173°C) es

necesario enfriar el crudo para evitar la dilatación de los ductos, con la subsecuente reducción de su vida útil.

• No se establece el manejo de los condensado y del gas producido.• Las temperaturas y cargas térmicas calculadas corresponden con las reportadas por

IPSI.• A altas temperaturas, las incrustaciones de sales y sólidos en general es un problema

en los intercambiadores de calor, sin embargo no se plantea ningún esquema de pretratamiento del crudo.


Estabilización con Columna Agotadora IPSI

SEP-REMOTO

1

11

12

S23

T 50P 12Qg 33

T 52P 5Qo 211

T 99P 5Qo 211

T 173P 5Qo 211

T 50P 5Qg 19

T 49P 13Qg 14

T 49P 12Qo 0.03

T 49P 12Qg 33

T 49P 5Qg 18

T 52P 13Qg 18T 83

P 36Qg 445

T 83P 36Qo 228


ACEITE

GAS

A ATASTA

DE POZOS

ACEITE

ACEITE


Premisas Técnicas

• Las propiedades físico-químicas de las corrientes de alimentación de crudo y gas a los centros de tratamiento son constantes en el tiempo, excepto los gastos volumétricos.

• Las simulaciones de proceso necesarias para los análisis se realizaron en PRO/II versión 5.55.

• El horizonte de estudio del proyecto es del 2004 al 2015.• La filosofía de operación de manejo y distribución de la

producción de crudo de permanece sin cambios en el horizonte de estudio del proyecto.

• Concentración máxima de ácido sulfhídrico (H2S) en el crudo de estabilizado 70 partes por millón en masa (70 ppm)

• Presión de Vapor Reid del Crudo Estabilizado 6 psi (D323-73)


Caracterización de las Corrientes de Crudo Involucradas

CONCEPTO AYIN ALUX MISON LITORAL

Peso Molecular 255 227 154 164

°API 25 28 41 40

Factor de Watson, K 11.43 11.44 11.51 11.56

Presión de Vapor, kg/cm²a 1.2668 1.2754 1.2864 1.3206

RVP, PSI 17.0259 17.0763 17.9148 17.6952

RGA 32 59 135 391

CORRIENTES DE CRUDO

• Partiendo de un análisis composicional de AYIN, los ° API y RGA de los campos, se estimaron las propiedades de las corrientes y se estableció una composición.


Estabilización con Columna Agotadora(Descripción del Proceso)

• Este proceso es igual al propuesto por IPSI, excepto que los condensados obtenidos en el proceso son recirculados a la corriente de crudo, antes de alimentarse a la columna, con lo cual se logra un incremento de la producción de 1.0 MBPD en comparación con el proceso propuesto por IPSI.

• En el caso del gas producido se plantea un esquema de enfriamiento del gas con la finalidad de recuperar la mayor cantidad de líquidos y así evitar que estos se condensen en la línea y sea necesario la corrida de diablos.

• Sigue sin establecerse un pretratamiento para el crudo en vista que se desconoce la cantidad de sales y sólidos. Sin embargo cabe mencionar que para una columna similar donde la temperatura de fondos es de aproximadamente 200 °C el contenido de sales y sólidos tiene que ser menor a 0.01 % en peso.


Estabilización con Columna Agotadora(Proceso Modificado)

La recirculación de condensados aumenta la producción de crudo

SEP-REMOTO

1

11

12


T 52P 4.6Qo 365

T 97P 5.2Qo 365

T 50P 5.2Qg 29

T 16P 11.9Qo 0.8

T 44P 11Qg 32

T 17P 12Qg 53

T 31P 12Qg 53

T 49P 12Qg 53

T 52P 13.2Qg 29

T 49P 12.6Qg 23

T 48P 5Qg 29

T 49P 12.6Qo 380

T 112P 13.5Qg 29

T 83P 36Qo 392

T 83P 36Qg 468

T 168P 5.3Qo 365

E4

E1 E2

E3

E5

C1

ACEITE

GAS

A ATASTA

DE POZOS


Estabilización del Gas

Temperature, C-180.0 -140.0 -100.0 -60.0 -20.0 20.0 60.0

Pre

ssu

re, k

g/c

m2

0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

Envolvente de Fases del Gas Producido

S37 - L/F=1.000000

Crit ical Point

S37 - L/F=0.000000

Alimentación al Gasoducto

Salida del Gasoducto

Con el esquema propuesto se evita que las condiciones de operación en el Gasoducto caigan dentro de la zona de dos fases, evitando la corrida de diablos por acumulación de líquidos en la línea


Estabilización con Vacío y Calentamiento (Descripción del Proceso)

• El proceso consiste en una combinación entre incremento de temperatura del crudo y reducción de presión en tanque de 3a etapa de separación con la finalidad de que los componentes mas ligeros se liberen y se alcance la Presión de Vapor deseada (6 psi). La temperatura y la presión se fijan de tal forma que la producción de crudo sea máxima (55°C y 0.6 kg/cm²a).

• Con la finalidad de reducir los requerimientos de calentamiento, se utiliza la corriente de gas proveniente del compresor como medio de precalentameinto.

• Para aplicar el vacío se propone la utilización de bombas de anillo líquido, que son dispositivos de gran capacidad y flexibilidad. Estas bombas utilizan líquido del mismo sistema como sello (agua), para evitar la contaminación del sistema.

• El gas liberado en la 2a etapa se comprime en una etapa hasta 12 kg/cm²g• En el caso del gas liberado en la 3a etapa, este se comprime en dos etapas hasta los 12 kg/cm²g• Todo el gas producido en las etapas se separación (1a, 2a y 3a) se mezcla y se introduce al ciclo de

enfriamiento para recuperar los líquidos.• Los condensados obtenidos después de las etapas de compresión son retornados a la corriente de

crudo. El punto de retorno depende de la presión de la corriente de condensado.


Proceso propuesto para la Estabilización de Crudo Maya e Istmo

BOMBA

PC

SHEBP

TD

SHEBP

DE

CRUDO MAYA

CRUDO ISTMO

CRUDO AALMACENAMIENTO

GASLIBERADO

Qg = 0.0

AGUA


AGUA

T = 60.0P = -0.12

T = 52.0P = -0.12

T = 55.0P = 0.0 NOMENCLATUR

A:

P Kg/cm2

(man)T ºCQg MMPCSDQo BPDQc BPDPVV PSIAH2S PPM

Qo = 1136400

Qo = 423101

Qo = 1101259PVV = 8.31H2S = 130.70

Qo = 397526PVV = 11.43H2S = 159.52

T = 52.0P = 2.50

Qo = 1506.37

TA

CRUDO ADISTRIBUCIÓN

Qo = 397526PVV = 11.09H2S = 160.86

TA


GASLIBERADO

Qg = 0.0T = 35.0P = -0.26

Qo = 1101257PVV = 7.98H2S = 131.62

Q = 149.72

Q = 98.40

T = 60.0P = 2.50

SISTEMA DE

COMPRESIÓN

RECUPERACION

DE CONDENSADOS

GAS ACUNDUACAN

GASLIBERADO

Qg = 0.0

T = 45.0P = 0.0

GASLIBERADOQg = 0.03

T = 35.0P = -0.0

Separador

AGUA DEALIMENTACION

Qg = 31.31

Qg =24.67

BOMBA

PC

SHEBP

TD

SHEBP

DE

CRUDO MAYA

CRUDO ISTMO


GASLIBERADO

Qg = 0.0

AGUA


AGUA

T = 60.0P = -0.12

T = 52.0P = -0.12

T = 55.0P = 0.0 NOMENCLATUR

A:

P Kg/cm2

(man)T ºCQg MMPCSDQo BPDQc BPDPVV PSIAH2S PPM

Qo = 1136400

Qo = 423101

Qo = 1101259PVV = 8.31H2S = 130.70

Qo = 397526PVV = 11.43H2S = 159.52

T = 52.0P = 2.50

Qo = 1506.37

TA


Qo = 397526PVV = 11.09H2S = 160.86

TA


GASLIBERADO

Qg = 0.0T = 35.0P = -0.26

Qo = 1101257PVV = 7.98H2S = 131.62

Q = 149.72

Q = 98.40

T = 60.0P = 2.50

SISTEMA DE

COMPRESIÓN

RECUPERACION

DE CONDENSADOS

GAS ACUNDUACAN

GASLIBERADO

Qg = 0.0

T = 45.0P = 0.0

GASLIBERADOQg = 0.03

T = 35.0P = -0.0

Separador

AGUA DEALIMENTACION

Qg = 31.31

Qg =24.67


Estabilización con Vacío con Calentamiento

SEP-REMOTO

BOMBA-VACIO


T 83P 36Qo 392

T 49P 13Qg 14

T 43P 12Qo 5.5

T 16P 11.9Qo 8.6

T 55P 0.6Qo 361

T 60P 1.1Qo 395

T 55P 1.8Qg 2.2

T 95P 5.5Qg 46

T 49P 4.7Qg 46

T 55P 1.8Qg 46

T 43P 1.8Qo 395

T 39P 4Qg 66

T 38P 4Qg 54

T 52P 12.7Qg 54

T 43P 12Qg 70

T 37P 12Qg 70

T 17P 12Qg 70

T 55P 0.6Qg 48

T 20P 2Qw 12.3

E5E4

E3

E2

E1

C3C1

P1

GAS

ACEITE

A ATASTA

DE POZOS


Pronósticos de Producción de Crudo

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

Qo

, MB

PD

AYIN

ALUX

MISON

LITORAL

Columnas

40°API

25°API

28°API

41°API

34°API

32°API

Pronósticos de Producción


Producción de CrudoDiferencia en la Producción de Crudo entre la Alternativas

de Columnas y Vacío

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

DQ

o, M

BP

D

• Con el proceso de Columnas Agotadoras hay más producción de Crudo en todo el período de estudio, con un pico de 4.2 MBPD (1.2 %) en el 2008


Producción de GasDiferencia en la producción de Gas entre la Alternarivas de

Columnas y Vacío

-7.0

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

DQ

g, M

MP

CD

• Con el proceso de Vacío con Calentamiento hay más producción de Gas en todo el período de estudio, con un pico de 6 MMPCD (11.6 %) en el 2008


Grados APIComparación de los °API

30.0

32.0

34.0

36.0

38.0

40.0

42.0

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

°AP

I Columnas

Vacío

• La Opción de Columnas Agotadoras produce un crudo de mayor calidad (0.5 °API adicionales)


Poder Calorífico del GasComparación del Poder Calorífico del Gas

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

BT

U/f

t³ Columnas

Vacío

• El Gas producido en la opción de Vacío con Calentamiento tiene mayor poder Calorífico (200 BTU/ft³ adicionales)


Servicios de EnfriamientoComparación de los Servicios de Calentamiento

0

50

100

150

200

250

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

Q, M

MB

TU

/hr

Columnas

Vacío

163°C

168°C

193°C

55°C

55°C

53°C

• Los Servicios de Calentamiento son mayores en la opción de Columnas (140 MMBTU/hr adicionales en el 2008)

• En Columnas se requieren niveles de calentamiento mayores (108 °C) y se incrementan a medida que los °API de la mezcla también aumentan.


Servicios de CalentamientoComparación de los Servicios de Enfriamiento

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

Q, M

MB

TU

/hr

Columnas

Vacío

• Los Servicios de Enfriamiento son mayores en la opción de Columnas (150 MMBTU/hr adicionales en el 2008)


Requerimientos de Compresión y BombeoComparación de los Servicios de Compresión y Bombeo

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

Po

ten

cia

, H

P

Columnas

Vacío

• Los requerimientos de Potencia son mayores en la opción de Vacío con Calentamiento (9000 HP adicionales en el 2008)

• En la opción de Vacío con Calentamiento se requieren presiones de vacío entre 10.2 y 15.8 inHg


Concentración de H2S en el CrudoComparación de la concentración de H2S en el crudo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

Co

nce

ntr

ació

n d

e H

2S, p

pm

Columnas

Vacío

• Con crudo ligero (°API mayor a 34), la alternativa de Columnas produce un crudo con un contenido de H2S dentro de especificación, pero para crudos mas pesados es este contenido de H2S el parámetro limitante de la operación


Premisas Económicas

• Análisis económico por Valor Presente Neto (VPN).• 10 años de horizonte de estudio del proyecto (2005-2015).• Tasa de descuento del 10%• Paridad Peso dólar 10.1625 $/dólar• Tasa de impuestos de 70%• El precio de la Energía Eléctrica (CFE) 1.11$/kWh (0.11

Dlls/kWh)• El precio del refrigerante (Amoniaco) 2 Dlls/ton dia• El precio del Vapor (250psi) 3.7Dlls/1000lb• El precio del Vapor (15psi) 2.2 Dlls/1000lb• El precio del Crudo se obtuvo en función de los °API y de los

crudos Olmeca, Maya e Istmo• Precio del Gas 9.86 $/Gcal


INVERSION REQUERIDA DE LA ALTERNATIVA DE COLUMNAS AGOTADORAS

Equipo Nombre de Equipo Cantidad

COSTO TOTAL (MM USD)

E1 Precalentador de Crudo Interetapas 4 3.27E2 Enfriador de Crudo tipo Soloaire 1 4.31E3 Enfirador de Gas tipo Soloaire 1 0.49E4 Intercambiador 1 0.85E5 Paquete de Refrigeración 1 0.35* Hornos 4 3.46

C1*** Compresor Reciprocante 1 3.28P1** Bomba Centrifuga 3 1.74P2** Bomba Centrifuga 2 0.07F2 Separador Horizontal 1 0.84F3 Separador Vertical 1 0.15F4 Separador Vertical 1 0.31F8 Separador Vertical 1 0.29

T1-R Reboiler 4 0.68DE Deshidratadora Electrostatica 3 8.34T1 Columna Agotadora 4 6.36

34.81

INVERSION REQUERIDA PARA LA ALTERNATIVA DE COLUMNAS AGOTADORAS

INVERSIÓN TOTAL


INVERSIÓN REQUERIDA DE LA ALTERNATIVA DE VACÍO CON CALENTAMIENTO

Equipo Nombre de Equipo Cantidad

COSTO TOTAL (MM USD)

E1 Intercambiador 1 0.71E2 Intercambiador 1 1.62E3 Enfriador de Gas tipo Soloaire 1 0.67E4 Intercambiador 1 0.71E5 Paquete de Refrigeración 1 0.90* Hornos 4 1.29

C1*** Compresor Centrifugo 1 4.17C2** Bomba de Vacio 5 4.88C3*** Compresor Centrifugo 1 3.51P1** Bomba Centrifuga 3 0.08P2** Bomba Centrifuga 2 0.04F2 Separador Horizontal 1 0.42F3 Separador Horizontal 1 0.56F4 Separador Vertical 1 0.24F5 Separador Horizontal 1 0.20F7 Separador Vertical 1 0.69F8 Separador Vertical 1 0.63

21.31

INVERSION REQUERIDA PARA LA ALTERNATIVA DE VACIO CON CALENTAMIENTO

INVERSIÓN TOTAL


Diferencia de Ingresos

• La alternativa de Columnas Agotadoras obtiene mayores ingresos (38 MMUSD en el año 2007) con respecto a la alternativa de Vacío con Calentamiento, en el periodo donde se procesa Crudo Ligero (2006-2010).

Diferencia de Ingresos (Columnas- Vacio con Calentamiento)

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Años

MM

US

D


Diferencia de Costos Totales

• Los costos totales en la alternativa de Columnas Agotadoras es mayor (5.05 MMUSD en el año 2012) con respecto a la alternativa de Vacío con Calentamiento.

Difencial de Costos (Columnas - Vacio con Calentamiento)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016Años

MM

US

D


Valor Presente Neto

• La alternativa de Columnas Agotadoras presenta mayores utilidades netas respecto a la alternativa de Vacío con Calentamiento.

• Con un Tasa Interna de Retorno (TIR) de 99.225 %. en la alternativa de Columnas Agotadoras respecto a la alternativa de vacío.

VALOR PRESENTE NETOALTERNATIVA DE COLUMNAS AGOTADORAS CONTRA VACIO CON

CALENTAMIENTO

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016

Año

mm

usd


Comparación Económica de Alternativas

Alternativa

Vacio Con Calentamiento

Columnas Agotadoras

Valo Presente del Costo de Operación y Mantenimiento 70.14 86.91Valor Presente del Costo de Inversión de la Alternativa 21.31 34.81Valor Presente del Costo Total 91.40 127.80

COMPARACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS PROPUESTA


Conclusiones Técnicas• Con las columnas se obtiene una mayor producción de crudo con una mejor calidad

(mayores °API)• Con la alternativa de vacío con calentamiento se obtiene una mayor producción de

gas con una mayor calidad• En el esquema de columnas se requieren mayores servicios de calentamiento y

enfriamiento• En el esquema de vacío con calentamiento son mayores los requerimientos de

compresión y bombeo.• El contenido de H2S en el crudo siempre es el parámetro limitante en la

estabilización del crudo con el proceso de Vacío con Calentamiento• Con crudo ligero (°API mayor a 34), la alternativa de Columnas produce un crudo con

un contenido de H2S dentro de especificación, pero para crudos mas pesados es este contenido de H2S el parámetro limitante de la operación

• La alternativa de Columnas significa un cambio total en el esquema de tratamiento del activo

• El proceso de Vacío con Calentamiento puede tratar cualquier crudo en el intervalo estudiado (41 a 22 °API), sin cambios considerables en las condiciones de operación

• Sí el contenido de sólidos en la alimentación a la columna es mayor o igual 0.01% peso el esquema de columnas requiere de esquemas de pretratamiento (filtros, precipitadotes electrostáticos, etc)


Conclusiones Económicas• El periodo donde se procesa Crudo Ligero los ingresos de la alternativa

de Columnas Agotadoras son mayores que en la alternativa de Vacío con Calentamiento, por lo que en el periodo donde se procesa Crudo Pesado esta alternativa es capaz de solventar sus costos y obtener ganancias.

• Los costos de la alternativa de Vacío con Calentamiento son mayores debido al precio de la energía eléctrica, que sobrepasa el precio del vapor y del refrigerante.

• Se requiere mayor inversión en la alternativa de Columnas con Calentamiento debido al costo de la misma Columna.

• El Valor Presente Neto (VPN) de la alternativa de Columnas contra la de Vacío con Calentamiento tiene mayor factibilidad económica.


Aplicación de la Separación con Membranas a el Tratamiento de Gas Natural

PERMEACIÓN DE GASES


Permeación de Gases(Esquema Simplificado)

Residuo (Gas)

MezclaGaseosa

Membrana

Permeado (Gas)


Mecanismos de Transporte a través de las Membranas

Flujo Convectivo o Difusivo

a través de los Poros

Flujo Restringidoa través de los Poros

Solución-Difusióna través de la

Membrana


Sección Transversal de una Membrana AsimétricaSubcapa Posora Subcapa Densa


Aplicaciones de la Permeación de Gases en el Tratamiento del GNPERMEACIÓN DE GASES

DESHIDRATACIÓN(Reducción de H2O)

ENDULZAMIENTO(Reducción de H2S y CO2)

PRESIÓN DE VAPOR(Reducción de C4+)

• Sistemas más pequeños y ligeros• Pocos requerimientos de supervisión y mantenimiento• Potenciales ahorros de energía• No adecuados para separaciones nítidas• Su operación no requiere de materiales peligrosos• Potenciales aplicaciones a la Remoción de N2


Endulzamiento con Membranas (Reducción de H2S y CO2)

El CO2 y el H2S se concentran en el permeado Económicamente adecuadas para

concentraciones mayores a 10 % mol La selectividad del H2S es de 2 con respecto al

CO2 en la mayoría de los casos. Pueden reducir la concentración del H2S hasta

100 ppm


Patrones de Flujo Idealizado en Módulos de Membranas

Alimentación Residuo

Permeado

Mezclado Perfecto

Residuo

Flujo a Contracorriente

Alimentación

Permeado

Flujo en Paralelo

Alimentación

Permeado

Residuo

Flujo Cruzado

Alimentación

Permeado

Residuo


Sistemas de Múltiples Etapas de Separación con Membranas

Dos etapas de Agotamiento

Dos etapas de Enriquecimiento

Alimentación

Permeado

ResiduoMemb 1 Memb 2

Alimentación

Permeado

ResiduoMemb 1

Memb 2


Cálculo de la Transferencia de Masa a través de la Membrana

MiP

FuerzaPFuerzal

PN

i

i

MM

Mi

scmcmHg

cmSTPcmbarrer 2

310101

MiP

Mil

Permeabilidad

Permeanza

Espesor de la Membrana

Unidad de Medida Típica


Perfiles de presión para el soluto a través de la Membrana

Membrana densa

Alimentación

Permeado

PiFPio

PiL

Cio

CiL

PiP

iPiLiPiLiM

MiiFiFi CCkCC

l

PCCkN i 00

iFk Coeficiente de Transferencia de Masa del lado del residuo

iPk Coeficiente de Transferencia de Masa del lado del permeado


Cálculo del Coeficiente de Transferencia de Masa d

HSc

b

i

HiSh L

dNaN

D

dkN

33.0

Re

vd

N HRe

iSc D

N

Hd

v

Régimen de Flujo

Geometría del Canal de

Flujo

dH a b d

Turbulento NRe>10000

Tubo D 0.023 0.8 0

Turbulento NRe>10000

Canal rectangular

2hw/(h+w) 0.023 0.8 0

Laminar NRe<2000

Tubo D 1.86 0.33 0.33

Laminar NRe<2000

Canal rectangular

2hw/(h+w) 1.62 0.33 0.33

Diámetro Hidráulico

Velocidad

w Ancho del Canal de Flujo

v Altura del Canal de FlujoL Longitud del Canal al Flujo


Comparación de Costos en el Endulzamiento de GN entre Membranas y Aminas


Membrane

Separator

MEM1

Membrane

Separator

MEM2

C1

M1

GAS-CO2

P1

GAS-DULCE

P2

CO2

REFLUJO

S7

Separacin de CO2 del Gas Natural. Planta del Carmito

Stream NameStream PhaseTotal Molar RateVapor RateLiquid RateTemperaturePressureTotal Molecular WeightTotal Actual DensityVapor Z (from density)Total Molar Comp. Percents N2 CO2 METHANE ETHANE PROPANE BUTANE

KG-MOL/HRM3/HRM3/HRCBAR

KG/M3

GAS-CO2Vapor

1632.93121119.4307

n/a45.00034.47427.99840.8420.8934

0.608032.607054.85906.40203.27402.2500

P1Vapor

787.973020485.6055

n/a44.7291.013

33.6591.295

0.9967

0.164961.558435.99391.93290.27080.0791

GAS-DULCEVapor

1078.0916752.2755

n/a44.72934.12922.28531.9370.9010

0.90207.1018

74.18729.45354.94873.4067

P2Vapor

787.9730542.2470

n/a45.00034.12933.65948.9120.8879

0.164961.558435.99391.93290.27080.0791

CO2Vapor

554.839614428.5459

n/a45.0001.013

39.1001.504

0.9961

0.036782.165317.30290.47270.01990.0025

REFLUJOVapor

233.1333167.3959

n/a45.00034.12920.71228.8450.9264

0.470312.515380.47705.40800.86800.2614

S7Vapor

1866.06461298.5686

n/a44.72934.12927.08838.9260.8986

0.590830.096958.05956.27782.97342.0016


análisis cfd de separador

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