TECNICAS Y ADMINISTRACION EN LA INDUSTRIA PETROLERAFebrero 2010SOCIEDAD DE INGENIEROS DE BOLIVIA

COLEGIO DE INGENIEROS PETROLEROSSANTA CRUZ DE LA SIERRAwww.cipbolivia.org

TECNICAS Y ADMINISTRACION EN LA INDUSTRIAContenido Propiedades del gas Proceso de separacin liquido gas Proceso de endulza mientoProceso de deshidratacinProceso de ajuste de punto de rocioProceso de fraccionamientoProceso de estabilizacinSistema de compresinTransporte a traves de ductosSistema de medicin

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROPIEDADES DEL GAS

COMPOSICIONGas Natural: Mezcla de hidrocarburos de la serie parafinica con algunas impurezas.Ecuacion general de los componentes: CnH 2n+2Componente principal es el metano: CH4Otros componentes:Etano: C2H6Propano: C3H8Butano: C4H10Pentano: C5H12Hexano: C6H14Heptanos y Superiores

COMPOSICIONFuente: Ingeniera de gas, principios y aplicaciones

COMPONENTECOMPOSICION MOLAR (%)C1C2C3-C6C7+GAS SECO90-982-30.9-1.20.4-1.0GAS NATURAL70-892-203.0-15.00.0-6.0GAS CONDENSADO80-893-53.0-5.01.0-6.0PETROLEO< 80>56.0

COMPOSICIN DE GASES EN YACIMIENTOS DE BOLIVIA % MOLAR

Componente

CampoVIBORACARRRASCOYAPACANIRIO GRANDESAN ANTONION22.2190.3102.1251.6720.4490CO20.5045.3203.0770.1611.8586C185.01685.84089.19788.60588.1188C26.6337.1803.0295.1205.9788C33.2761.2401.3122.4842.4193iC40.3930.0500.2110.3190.3762nC40.9960.0500.4460.7580.4797iC50.2650.0000.1610.2000.1383nC50.3070.0000.1460.2290.0888C60.1970.0000.1100.2040.0710C7+0.1940.0000.1360.2480.0164Total Mol %100.0100.0100.0100.0100.0

CONTENIDO CALRICO DEL GAS

La energa calrica de una corriente particular de gas natural es medida en unidades de Poder Calorfico, lo que significa que cuando se quema el gas se desprende una cantidad de energa por la cantidad de volumen de gas. Las unidades tpicas de energa calorfica son BTU ( British Thermal Units), J (Joules) y Kcal (kilocalorias). 1 BTU es aproximadamente la cantidad de energa que libera la quema de un palito de fosforo.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALSISTEMAS DE PROCESO

PROCESOS DEL GAS

OBJETIVOSPrincipales objetivos para procesar el gas en una planta son:

1.Conseguir la mxima cantidad de licuables posible

2.Acondicionar tanto el gas como el liquido para que entren de ciertas especificaciones para su comercializacin.

ESPECIFICACIONES DE CALIDAD PARA ENTREGA A GASODUCTO

Poder Calorfico 1034 BTU por pie cbico.Densidad especifica no menor a 0.58 ni mas de 0.69Mximo 2 % por volumen de NitrgenoNo mas de un toral combinado de inertes ( CO2, N2 y otro inerte) de 2.5 % por volumenNo ms de 5 a 7 lb de vapor de agua por milln de pie cubico de gas No ms de 50 miligramos de azufre total por metro cbico de gas.No mas de 0.2% de oxigeno por volumen de gas de entrada.No ms de 2% de dixido de carbono por volumen de gas entregado.No mas de 0.6 microgramos de mercurio por metro cbico de gas.Sustancialmente libre de hidrocarburos aromticos, glicoles, metanol o cualquiera sustancia utilizada en el procesamiento del gas.No contener condensados o hidrocarburos en forma liquida.Un punto de roci de hidrocarburo mximo de 32 grados F a la presin manomtrica de 340 psi.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROCESO DE SEPARACION

SISTEMA DE SEPARACINLos equipos de separacin se basan en los siguientes principios y/o mecanismos:

Precipitacin por gravedadFuerza centrifugaFuerza de impactoPrecipitacin electrostticaFiltracin

PARTES DEL SEPARADOR

Una seccin de separacin primaria para remover el liquido del gas.

Suficiente capacidad para lquidos , para manejar las oleadas de liquido de la lnea.

Suficiente longitud o altura para permitir que las gotas pequeas se asienten por gravedad.

PARTES DEL SEPARADOR

Medios para reducir la turbulencia en el cuerpo principal del separador de manera de que el sentamiento tenga lugar.

Un extractor de nieblas para capturar las gotas arrastradas o las muy pequeas para que se asienten por gravedad.

Controles de presin y nivel de lquidos.

TIPOS DE SEPARADOR

VerticalesHorizontalesEsfricosAlta relacin msica vapor/liquidoPoco espacio disponibleEl control del nivel del liquido no es criticoFciles de limpiarMenor tendencia a re vaporizarSon mas carosRequieren mayor dimetro para la misma capacidad de gas.Separacin de dos fases liquidasManejan mejor tres fasesFciles de transportar ensamblados sobre patinesControl de nivel del liquido mas criticoSon mas difciles de limpiarMas baratos.Compactos Limitada capacidad para manejar lquidos (critica).Requieren menos acero para una presin dada.Mas baratos.

PARMETROS NECESARIO PARA DISEAR UN SEPARADORComposicin del fluido que se va a separar.Caudal del gas en condiciones normalesPresin de operacin Temperatura de operacinFactor de compresibilidad del gas en las condiciones de operacinDensidad del gas en las condiciones de la unidadCantidad de liquido y de gas dentro de la unidad.Tipo de liquido: gravedad.Tiempo de retencin asignado al liquidoDimensionamiento del recipiente.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROCESO DE ENDULZAMIENTO

PROCESO DE REMOCIN DE GASES CIDOS

CORROSIN

El H2S y el CO2 en presencia de agua aseguran la existencia de corrosin.

H2S/CO2 = alto menos corrosividad

H2S/CO2 = bajo sistema mas corrosivo

ACIDEZBsico 14.0

Agua pH = 7.0

Acido 0.0

pH normal del TEG: entre 6 y 8.5MDEA a 71.5 F , pH = 10.93Ucarsol HS 102 a 77 F ,pH = 10.3TEG, pH = 7.3

REMOCIN DE GASES CIDOS

La remocion de las impurezas denominadas gases cidos: H2S y CO es necesaria para evitar la corrosin en los ductos de transporte.

Para ello normalmente se utiliza un modulo que consiste en una torre de absorcin , una torre de regeneracin y un caldero.

En el proceso generalmente se utiliza etanolamina que tiene la propiedad de absorber las molculas de H2S y CO2

ENDULZAMIENTO DEL GAS

Factores a considerar cuando se selecciona un proceso de endulzamiento:Tipos de contaminantes a ser removidosLa concentracin de los contaminantes y el grado de remocin requeridoLa selectividad requeridaRelacin costo de inversin beneficios de los procesos seleccionados.

ENDULZAMIENTO DEL GASTipos de procesos de Endulzamiento

H2SCO2H2S+CO2Plantas de AminasxxxCarbonato de potasio calientexxSolventes fsicosxxxMembranasxxxLechos no regenerativos (slidos o lquidos)x

ENDULZAMIENTO DEL GAS

Aminas Selectivas

Alguna aminas por ejemplo MDEA absorben preferentemente H2S sobre CO2.

Aminas FormuladasSon aminas ofrecidas por diferentes firmas de tecnologia de procesos preparadas en base a MDEA que mejoran la performance de este tipo de plantas.

REMOCION DE GASES ACIDOS

El proceso consiste en circular en contracorriente con el gas, en la torre de absorcin, una solucin de 15-60 % de etanolamina en agua.

REMOCIN DE GASES CIDOS

Tambin se utilizan Tamices Moleculares para remover el H2O y el CO2 junto con el agua.

La utilizacin de estos equipos depende de factores econmicos tanto por la inversin y el costo de operacin de los mismos.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROCESO DE DESHIDRATACION

PROCESO DE DESHIDRATACIN

DESHIDRATACIN DE GAS

El propsito de la deshidratacin es prevenir la formacin de hidratos y la condensacin de agua , la cual al asociarse con compuestos como el H2S y el CO2, puede ocasionar graves problemas de corrosin.

HIDRATOS

Los hidratos crecen como cristales y pueden taponar lneas, placas, orificios y vlvulas , cuando la fuerza de la corriente de flujo no puede prevenir su crecimiento. Los hidrocarburos lquidos ayudan a prevenir la formacin de hidratos por la accin lavadora.

HIDRATOSCondiciones para su formacin:Agua LibreTemperaturas menores que la de formacin de hidratos a la correspondiente presin de operacin

Factores que afectan la velocidad de formacinComposicin del gasAltas velocidadesPulsacin de presinPequeos CristalesExistencia de lugares apropiados

HIDRATOS

Acciones para evitar su formacinModificar condiciones de presinLlevar el punto de roci de agua por debajo de la temperatura de operacin (deshidratacin).Introducir sustancias que bajan la temperatura de formacin de hidratos (inhibicin).

HIDRATOS

Las principales tcnicas para deshidratar el gas natural son:

Absorcin usando desecantes lquidos

Absorcin usando desecantes slidos

UNIDADES DESHIDRATADORAS DE GAS CON TEG

Descripcin del funcionamientoAbsorcinDel agua contenida en el gas con circulacin contra corriente del TEG en una torre con internos de platos o relleno.RecuperacinDel TEG , a presin atmosfrica con calentamiento suficiente para evaporar el agua y llevarlo a la concentracin requerida por el proceso de absorcin

DESHIDRATACIN CON TEG

DESECANTES LIQUIDOS

Cuando las especificaciones de contenido de agua del gas son de alrededor de 7 lbs/MMPC, la absorcin con desecantes lquidos es econmicamente mas factible.

El liquido mas utilizado en deshidratacin es el glicol como: trietilenglicol (TEG), di etilenglicol (DEG) y tetra etilenglicol (TREG).

DESECANTES SOLIDOS

Las unidades de desecantes slidos requieren una mayor inversin y mayor costo de operacin que las unidades de glicol , y por tanto, su uso es normalmente limitado a aplicaciones especiales. En plantas criognicas la deshidratacin por desecantes slidos es usualmente preferida sobre la inyeccin de glicol para prevenir la formacin de hidratos.

DESECANTES SOLIDOS

Almina.- Proveniente de una forma natural de oxido de aluminio que es activada por calentamiento.

Gels.- Gels de aluminio o silicio fabricadas y acondicionadas para tener afinidad con el agua.

Tamices moleculares.- Fabricado o provenientes de la naturaleza como aluminosilicatos presentando un grado de selectividad basado en estructuras cristalinas en su adsorcin de los componentes de gas natural.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROCESO DE AJUSTE DE PUNTO DE ROCIO

PROCESO DE AJUSTE DE PUNTO DE ROCI

AJUSTE DE PUNTO DE ROCI

El gas , luego de la separacin y deshidratacin ,todava contiene componentes pesados que hay que extraer. Estos tienen un valor econmico( gasolina natural) y adems las empresas de transporte por gasoductos establecen un mnimo de contenidos de hidrocarburos pesados en los contratos de compra y venta.

PLANTA DE REFRIGERACIN MECNICA

Recuperacin de frioGas gasGas liquidoSub enfriamiento de propanoGlicol - glicol

PLANTA DE AJUSTE DE PUNTO DE ROCI

REFRIGERACIN

La refrigeracin puede ser lograda mediante la utilizacin de un refrigerante como ser propano, propileo, fren o amonia, como tambin con la utilizacin de un turbo expansor. Este ultimo caso es especialmente interesante cuando la presin de entrega puede ser baja, y no se necesita re comprimir el gas.

La refrigeracin mediante propano u otro refrigerante, es comnmente llamada refrigeracin mecnica pues se utiliza un compresor y su respectivo motor.

CICLO DE REFRIGERACIN

Los pasos del ciclo de refrigeracin son cuatro:

Expansin : PEvaporacin : TCompresin : P Condensacin : T

CIRCUITO DE REFRIGERACINCON ECONOMIZADOR

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROCESO DE FRACCIONAMIENTO

MODULO DE ABSORCION Y FRACCIONAMIENTO

Absorcin y fraccionamiento son operaciones muy relacionadas desde un punto de vista bsico.

La funcin de un absorbedor es remover los componentes licuables del gas. Esto se logra por medio del contacto del gas con un aceite. La presion de vapor de los componentes absorbidos sobre el aceite es menor que su presin parcial en el gas rico, de tal modo que la transferencia es del gas al aceite.

La recuperacin de propano y butano , adems de los pentanos se puede realizar con el proceso de absorcin.

ECUACIONES DE DISEO

Las ecuaciones usadas para calcular los diseos de absorbedores y fraccionadores estn basadas en los mismos conceptos fundamentales:

El plato o bandeja de equilibrio (terico).Balance de calor y material.Control de composicin a travs de la temperatura, comportamiento de fases y presin.

CONFIGURACIN INTERNA DE LAS TORRESEl plato perforado es simplemente un plato plano con una serie de agujeros perforados, cada agujero usualmente es de 1.25 cm hasta de 2.5 cm. De dimetro en casos mas complicados.

El plato de campanas de burbujeo presenta un tubo el cual mantiene un nivel de liquido e el plato evitando que caiga a travs de los agujeros por los cales el gas esta pasando.

El plato de vlvulas tiene una campana mvil que sube y baja con la velocidad del gas que pasa a travs de las aberturas del palto, similar a una vlvula de retencin.

BURBUJEO DENTRO DE UN PLATO

FRACCIONAMIENTO

Independientemente de cmo se separen los fluidos del gas natural, el fraccionamiento es necesario si los productos a ser separados tienen que cumplir con una serie de especificaciones rgidas. El numero de columnas de fraccionamiento requeridas depende del numero de productos a separar y de las caractersticas del liquido de carga.

CONSIDERACIONES DE DISEOEl diseo de un fraccionador involucra los siguientes pasos:

Conocimiento de presin, temperatura, composicin y caudal de alimentacinEspecificar productos requeridos basados en la alimentacinEstablecer una temperatura de condensacin razonable para la corriente de cabeza.Para el producto destilado como liquido, calcular la presin de ebullicin a la temperatura establecida. Si el producto de cabeza es un vapor, calcular la presin del punto de roci. Despus de calcular la presin ajustar la condiciones de operacin.

TORRE DE FRACCIONAMIENTO

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALPROCESO DE ESTABILIZACION

ESTABILIZADORES DE PETRLEO Y GASPara el diseo de un estabilizador con reflujo se utiliza la misma metodologa de fraccionamiento. En general la especificacin ser para el producto de fondo de la torre y en la mayora de los casos ser una limitacin a la presin de vapor. Una torre sin reflujo no puede ser diseada en la misma forma descrita para fraccionadores. Al no tener reflujo la torre, se pierde un grado de control sobre la misma.

El uso de estabilizacin ayudara a incrementar la recuperacion y/o gravedad API, as como tambin reduce las perdidas por evaporacin en los tanques de almacenamiento y durante las operaciones de embarque y transferencia; por lo que la estabilizacion debera ser siempre considerad como una alternativa, atractiva econmicamente, con respecto a la separacin por etapas.

ESTABILIZACIN

EstabilizacinPresin de TorreTipo de internosPlatosRelleno desordenadoRelleno ordenadoCantidad de etapas tericas

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALSISTEMA DE COMPRESION

TIPOS DE COMPRESORES

SISTEMA DE COMPRESIN

COMPRESIN EN 2 ETAPASDIAGRAMAS

COMPRESORES RECIPROCANTES

Estos compresores son mayormente utilizados en plantas de proceso e inyeccin debido a su mayor flexibilidad en capacidad y rango de presiones a que pueden funcionar, adems de su mayor eficiencia y menor costo de combustible.

PROCESAMIENTO DEL GAS NATURALTRANSPORTE A TRAVES DE DUCTOS

TRANSPORTE POR DUCTOSPara disear un gasoducto es importante considerar las siguientes variables:

Tamao del ductoPeso o espesor de la caeraGrado de la caera (tipo acero)RutaCruce de rosCruce de puentesRango de las vlvulas y conexiones

FACTORES DE DISEODe acuerdo al cdigo ASA B 31.1 , la formula para el diseo de tuberas de gasoducto es :

P = 2 x S x t x F x E x T / D

donde:

S = mxima resistencia del acero ( yield strenght)t = grosor de pared, pulgadasF = factor de tipo de construccinE = factor de unin longitudinalT = factor de temperaturaD = dimetro externo nominal, pulgadas

FACTORES DE DISEOEl factor F depende del tipo de construccin , que puede ser:

Tipo de construccin A B C DFactor F 0.72 0.60 0.50 0.40

Tipo A = desiertos y pastisajesTipo B = cercanas de ciudadesTipo C = ciudades pero sin edificiosTipo D = cerca del centro de ciudades

MUCHAS GRACIAS