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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