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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Proceso General de Separación
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Procesos General de Separación
d) Deshidratación de gas: Silica , Carbón Activado
e) Deshidratación de aceite:Equipos gravitacionales,
electrostáticos, centrífugos, etc.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
• 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)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
• Emulsiones inversas– Fase Dispersa: Gotas de
Aceite– Fase Continua: Salmuera– Tipo de Separación:
Mecánica (Separar la fase dispersa de la fase Continua)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Adición o Creación de Fases
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Adición o Creación de Fases
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Adición o Creación de Fases
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Barreras de Separación
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Agente Sólido
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Madurez y uso de los procesos de Separación
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
• 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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
20
PROCESO TERMODINÁMICO
T1
V1
P1
zi1
ESTADO INICIAL
T2
V2
P2
z12
ESTADO FINAL
Calor (Q) y Trabajo (W)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
,,,,,,,,
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
24
Procesos irreversibles TRABAJO MECÁNICO DE EXPANSION
TRABAJO MECÁNICO DE COMPRESIÓN
0d
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
25
• CANTIDADES MINIMAS Y MÁXIMAS DE TRABAJO
PROCESOS REVERSIBLES
0d
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
PRO/IIEJEMPLOS DE APLICACIÓN Y SU SIMULACIÓN
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Establecer el sistema de Unidades
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
2. Definir el modelo Termodinámico
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
3. Seleccionar los componentes definidos del banco de datos
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
3. Seleccionar los componentes definidos del banco de datos
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
4. Componentes no definidos
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
5. Colocar los equipos del proceso y conectarlos
Barra Seleccionadora
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
6.Introducir las composiciones de las corrientes de alimentación
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
7.Fijar las condiciones de operación de los equipos
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
8.Correr la simulación
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Proceso de Separación 3 Etapas
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Casos de Estudio en PRO/II
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Optimización en PRO/II
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Optimización en PRO/II
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Proceso de Separación 4 Etapas
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Proceso de Separación de Vacío con Calentamiento
Optimizador(Dejar al último)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Proceso de Separación con Columna Desorbedora
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
PODER CALORIFICO DEL GAS
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Contenido• OBJETIVOS
• ANTECEDENTES
• ANÁLISIS TÉCNICO
• ANÁLISIS ECÓNOMICO
• CONCLUSIONES
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
T (ºC)P (kg/cm2a)Qg (MMPCD)Qo (MBPD)
ACEITE
GAS
A ATASTA
DE POZOS
ACEITE
ACEITE
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Estabilización con Columna Agotadora(Proceso Modificado)
La recirculación de condensados aumenta la producción de crudo
SEP-REMOTO
1
11
12
T (ºC)P (kg/cm2a)Qg (MMPCD)Qo (MBPD)
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
CRUDO AALMACENAMIENTO
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
CRUDO ADISTRIBUCIÓN
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
CRUDO AALMACENAMIENTO
GASLIBERADO
Qg = 0.0
AGUA
CRUDO AALMACENAMIENTO
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
CRUDO ADISTRIBUCIÓN
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Estabilización con Vacío con Calentamiento
SEP-REMOTO
BOMBA-VACIO
T (ºC)P (kg/cm2a)Qg (MMPCD)Qo (MBPD)
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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.
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Aplicación de la Separación con Membranas a el Tratamiento de Gas Natural
PERMEACIÓN DE GASES
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Permeación de Gases(Esquema Simplificado)
Residuo (Gas)
MezclaGaseosa
Membrana
Permeado (Gas)
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Sección Transversal de una Membrana AsimétricaSubcapa Posora Subcapa Densa
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
Comparación de Costos en el Endulzamiento de GN entre Membranas y Aminas
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos
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
Instituto Mexicano del PetróleoPrograma de Aseguramiento de la Producción de Hidrocarburos