máxima recuperación de líquidos
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Diapositiva 1Optimización del Sistema Integral de Producción
Petrolera y Gas Natural
Ing. ÁVILA RODRIGUEZ IGNACIO JAHIR
[email protected]
Profesor de Carrera Titular “A”
Tiempo Completo
Optimización de la presión de separación por máxima recuperación de hidrocarburos líquidos a condiciones del tanque de almacenamiento
2008
Método
2008
Balance de materia en un proceso de separación gas-aceite
El proceso de separación del gas y el aceite es realizado por una serie de etapas de separación. Una etapa de separación se define como la condición a la cual el aceite y el gas alcanzan el equilibrio, a la presión y temperatura existentes en el separador.
Para determinar las cantidades de gas y líquidos separados se llevan a cabo cálculos de balance de materia en una etapa de separación.
A partir del balance de materia global en una etapa de separación se tiene:
SEPARADOR
F,Zi
2008
Equilibrio Líquido-Vapor en el cálculo de Balance de Materia a partir de las fracción mol de las componentes de la fase liquida
De un balance global por componente se determina:
Por otra parte la constante de equilibrio vapor-líquido se define como:
Combinando las expresiones anteriores y considerando como unitario los moles en la entrada de alimentación esto es F=1 y V = Vs, se determina la siguiente expresión:
Dado que es factible conocer la composición de alimentación al sistema y las condiciones de operación, es posible determinar la constante de equilibrio físico (Ki), determinada de diferentes formas, como son: correlaciones, gráficas, tabulaciones y ecuaciones de estado. Zi es la fracción mol del componente en la mezcla total incluyendo las fases líquido y vapor.
2008
Para todo sistema definido se tiene que:
Con fluidos hidrocarburos provenientes del yacimiento, se determina la composición de la mezcla de alimentación en fracción mol “Zi” a la entrada de la primera etapa de separación a condiciones de operación y a partir de ecuaciones de estado determinamos los valores de Ki. Los cuales ya tenemos como datos.
Componentes
Fracción
Balance de materia en un proceso de separación gas-aceite
La solución para poder determinar Vs correcto es de forma iterativa, se suponen diferentes valores de moles en la fase vapor “Vs” y la solución se encuentra cuando las composiciones en ambas fases son iguales a la unidad. “Vs” el número total de moles en la fase vapor en equilibrio.
De tal forma que se propone Vs1, con los valores de Zi y Ki se determina Xi para cada componente. Si el problema esta resuelto y el valor tomado para Vs1 es el correcto. Los valores calculados para Xi representan el análisis del líquido. Ahora si la , el valor de Vs1 supuesto no es correcto, por lo que es necesario suponer otro valor, Vs2, iteramos nuevamente hasta obtener el valor de Vs correcto.
Un sistema deseparación el cual está formado por varias etapas, es simulado realizando cálculos de balance de materia en cada etapa. De estos balances se pueden obtener factores tales como: la relación gas-aceite (RGA), la densidad del aceite.
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
La separación por etapas es un proceso en el cuál la fase gaseosa es removida del líquido por dos, tres o más etapas de separación instantánea, llevadas a cabo a una presión menor que la anterior. Una separación por etapas es especialmente ventajosa en tratamientos de aceites volátiles y condensados.
A
B
C
D
E
F
G
TANQUE
LIQUIDO
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Para obtener el Vs correcto en la primera etapa se realiza una interpolación lineal con la siguiente expresión:
P R I M E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
C7+
Dato
Dato
Xc7+
P1
T1
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Para obtener el Vs correcto en la segunda etapa se realiza una interpolación lineal con la siguiente expresión:
S E G U N D A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
C7+
Xc7+
Dato
Xc7+
P2
T2
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Para obtener el Vs correcto en la tercera etapa se realiza una interpolación lineal con la siguiente expresión:
T E R C E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
C7+
Xc7+
Dato
P3
T3
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Si F1=1 son los moles alimentados al tren de separación de tres etapas de tal manera que para cada etapa se tiene:
Donde V1,V2,V3 son las fracciones molares en la fase vapor en equilibrio en cada etapa de separación y L1,L2,L3 son las fracciones molares en la fase líquida en equilibrio para cada etapa de separación respectivamente.
Por otra parte F2, F3, F4 son los moles de líquido recuperados después de cada etapa de separación.
Los valores de ng1, ng2, ng3, representan los moles de gas separado después de cada etapa de separación respectivamente.
Primera Etapa
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Los moles de líquido recuperados en el tanque de almacenamiento (mol de aceite), por mol de alimentación al sistema se obtiene con la siguiente expresión:
Para un número determinado “m” de etapas se tiene:
nt=F1(LmLm-1….L1)=
F4=nT son los moles retenidos en el tanque de almacenamiento. Para cada etapa ng es el número de moles de gas separado por mol de alimentación. El volumen de aceite en el tanque de almacenamiento puede ser calculado a partir de la densidad y el peso molecular del aceite.
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Los volúmenes de gas separado por etapas son calculados mediante los moles de gas liberado en cada etapa (ng) y el volumen molar del gas a condiciones estándar de la siguiente manera:
RGA total
Conversiones
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
La relación gas-aceite definida como volumen de gas a volumen de líquidos, a condiciones estándar, puede ser determinada por medio de la expresión:
El peso molecular del aceite en el tanque de almacenamiento es calculado mediante la composición de la fase líquida y el peso molecular de cada componente:
La densidad del aceite a condiciones del tanque, ρot se determina a partir de la composición de la fase líquida en el tanque de almacenamiento y la densidad de cada componente medido a condiciones estándar.
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Por lo tanto la relación gas-aceite total es la sumatoria de las relaciones gas-aceite por etapa.
Estas propiedades son una representación del funcionamiento de un sistema de separación gas-aceite.
2008
Nomenclatura
Peso Molecular total.
Presión de convergencia supuesta (punto donde convergen la fase líquido y la fase vapor).
F →Fracción molar presente en la entrada de la mezcla de alimentación.
V → Número de moles en la fase vopor.
L → Número de moles en la fase líquida.
Xi → Fracciones molares de las componentes de la fase líquida.
Yi → Fracciones molares de las componentes de la fase Vapor.
Zi → Fracción molar de la corriente de alimentación.
Ki → Relación o constante de equilibrio vapor-líquido.
nt → Número total de moles para la fase líquida.
ng→ Moles de gas separado.
2008
Ejemplo # 1
Calcular la RGA total a partir del método de Balance de Materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas?
A
B
C
D
E
F
G
Componentes
Fracción
Cálculos de la Primera etapa de separación
Para obtener cada una de las fracciones molares de las componentes de la fase líquida (Xi) proponemos el valor de Vs1=0.5
Los cálculos se realizan para cada componente de la mezcla de alimentación demostrando que para un sistema definido se tiene que
P R I M E R A E T A P A
Componentes
Fracción
A
B
C
P R I M E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
D
E
S E G U N D A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
F
G
T E R C E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Si F1=1 son los moles alimentados al tren de separación de tres etapas de tal manera que para cada etapa se tiene:
Los moles de liquido recuperados en el tanque de almacenamiento, por mol de alimentación al sistema:
El volumen de aceite en el tanque:
Primera Etapa
0.03974
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Los volúmenes de gas separado por etapas:
RGA total
A
B
C
D
E
F
G
Figura # 1
Ing. ÁVILA RODRIGUEZ IGNACIO JAHIR
[email protected]
Profesor de Carrera Titular “A”
Tiempo Completo
Optimización de la presión de separación por máxima recuperación de hidrocarburos líquidos a condiciones del tanque de almacenamiento
2008
Método
2008
Balance de materia en un proceso de separación gas-aceite
El proceso de separación del gas y el aceite es realizado por una serie de etapas de separación. Una etapa de separación se define como la condición a la cual el aceite y el gas alcanzan el equilibrio, a la presión y temperatura existentes en el separador.
Para determinar las cantidades de gas y líquidos separados se llevan a cabo cálculos de balance de materia en una etapa de separación.
A partir del balance de materia global en una etapa de separación se tiene:
SEPARADOR
F,Zi
2008
Equilibrio Líquido-Vapor en el cálculo de Balance de Materia a partir de las fracción mol de las componentes de la fase liquida
De un balance global por componente se determina:
Por otra parte la constante de equilibrio vapor-líquido se define como:
Combinando las expresiones anteriores y considerando como unitario los moles en la entrada de alimentación esto es F=1 y V = Vs, se determina la siguiente expresión:
Dado que es factible conocer la composición de alimentación al sistema y las condiciones de operación, es posible determinar la constante de equilibrio físico (Ki), determinada de diferentes formas, como son: correlaciones, gráficas, tabulaciones y ecuaciones de estado. Zi es la fracción mol del componente en la mezcla total incluyendo las fases líquido y vapor.
2008
Para todo sistema definido se tiene que:
Con fluidos hidrocarburos provenientes del yacimiento, se determina la composición de la mezcla de alimentación en fracción mol “Zi” a la entrada de la primera etapa de separación a condiciones de operación y a partir de ecuaciones de estado determinamos los valores de Ki. Los cuales ya tenemos como datos.
Componentes
Fracción
Balance de materia en un proceso de separación gas-aceite
La solución para poder determinar Vs correcto es de forma iterativa, se suponen diferentes valores de moles en la fase vapor “Vs” y la solución se encuentra cuando las composiciones en ambas fases son iguales a la unidad. “Vs” el número total de moles en la fase vapor en equilibrio.
De tal forma que se propone Vs1, con los valores de Zi y Ki se determina Xi para cada componente. Si el problema esta resuelto y el valor tomado para Vs1 es el correcto. Los valores calculados para Xi representan el análisis del líquido. Ahora si la , el valor de Vs1 supuesto no es correcto, por lo que es necesario suponer otro valor, Vs2, iteramos nuevamente hasta obtener el valor de Vs correcto.
Un sistema deseparación el cual está formado por varias etapas, es simulado realizando cálculos de balance de materia en cada etapa. De estos balances se pueden obtener factores tales como: la relación gas-aceite (RGA), la densidad del aceite.
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
La separación por etapas es un proceso en el cuál la fase gaseosa es removida del líquido por dos, tres o más etapas de separación instantánea, llevadas a cabo a una presión menor que la anterior. Una separación por etapas es especialmente ventajosa en tratamientos de aceites volátiles y condensados.
A
B
C
D
E
F
G
TANQUE
LIQUIDO
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Para obtener el Vs correcto en la primera etapa se realiza una interpolación lineal con la siguiente expresión:
P R I M E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
C7+
Dato
Dato
Xc7+
P1
T1
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Para obtener el Vs correcto en la segunda etapa se realiza una interpolación lineal con la siguiente expresión:
S E G U N D A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
C7+
Xc7+
Dato
Xc7+
P2
T2
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Para obtener el Vs correcto en la tercera etapa se realiza una interpolación lineal con la siguiente expresión:
T E R C E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
C7+
Xc7+
Dato
P3
T3
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Si F1=1 son los moles alimentados al tren de separación de tres etapas de tal manera que para cada etapa se tiene:
Donde V1,V2,V3 son las fracciones molares en la fase vapor en equilibrio en cada etapa de separación y L1,L2,L3 son las fracciones molares en la fase líquida en equilibrio para cada etapa de separación respectivamente.
Por otra parte F2, F3, F4 son los moles de líquido recuperados después de cada etapa de separación.
Los valores de ng1, ng2, ng3, representan los moles de gas separado después de cada etapa de separación respectivamente.
Primera Etapa
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Los moles de líquido recuperados en el tanque de almacenamiento (mol de aceite), por mol de alimentación al sistema se obtiene con la siguiente expresión:
Para un número determinado “m” de etapas se tiene:
nt=F1(LmLm-1….L1)=
F4=nT son los moles retenidos en el tanque de almacenamiento. Para cada etapa ng es el número de moles de gas separado por mol de alimentación. El volumen de aceite en el tanque de almacenamiento puede ser calculado a partir de la densidad y el peso molecular del aceite.
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Los volúmenes de gas separado por etapas son calculados mediante los moles de gas liberado en cada etapa (ng) y el volumen molar del gas a condiciones estándar de la siguiente manera:
RGA total
Conversiones
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
La relación gas-aceite definida como volumen de gas a volumen de líquidos, a condiciones estándar, puede ser determinada por medio de la expresión:
El peso molecular del aceite en el tanque de almacenamiento es calculado mediante la composición de la fase líquida y el peso molecular de cada componente:
La densidad del aceite a condiciones del tanque, ρot se determina a partir de la composición de la fase líquida en el tanque de almacenamiento y la densidad de cada componente medido a condiciones estándar.
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Por lo tanto la relación gas-aceite total es la sumatoria de las relaciones gas-aceite por etapa.
Estas propiedades son una representación del funcionamiento de un sistema de separación gas-aceite.
2008
Nomenclatura
Peso Molecular total.
Presión de convergencia supuesta (punto donde convergen la fase líquido y la fase vapor).
F →Fracción molar presente en la entrada de la mezcla de alimentación.
V → Número de moles en la fase vopor.
L → Número de moles en la fase líquida.
Xi → Fracciones molares de las componentes de la fase líquida.
Yi → Fracciones molares de las componentes de la fase Vapor.
Zi → Fracción molar de la corriente de alimentación.
Ki → Relación o constante de equilibrio vapor-líquido.
nt → Número total de moles para la fase líquida.
ng→ Moles de gas separado.
2008
Ejemplo # 1
Calcular la RGA total a partir del método de Balance de Materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas?
A
B
C
D
E
F
G
Componentes
Fracción
Cálculos de la Primera etapa de separación
Para obtener cada una de las fracciones molares de las componentes de la fase líquida (Xi) proponemos el valor de Vs1=0.5
Los cálculos se realizan para cada componente de la mezcla de alimentación demostrando que para un sistema definido se tiene que
P R I M E R A E T A P A
Componentes
Fracción
A
B
C
P R I M E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
D
E
S E G U N D A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
F
G
T E R C E R A E T A P A
Composición del Aceite
Composición del Aceite
Composición del Aceite
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Si F1=1 son los moles alimentados al tren de separación de tres etapas de tal manera que para cada etapa se tiene:
Los moles de liquido recuperados en el tanque de almacenamiento, por mol de alimentación al sistema:
El volumen de aceite en el tanque:
Primera Etapa
0.03974
2008
Balance de materia para un sistema de separación gas-aceite de tres etapas
Los volúmenes de gas separado por etapas:
RGA total
A
B
C
D
E
F
G
Figura # 1