Este previo será un seguimiento del previo de Abril 2016, el cual investigó los beneficios de tener una corriente lateral en una columna estabilizadora. Se aplicará un simulador comercial para evaluar el rendimiento de la operación en la estabilizadora. Para poder tomar en cuenta el impacto no-ideal del agua, este previo efectuará cómputos tri-fásicos (fases de vapor, hidrocarburo líquido, y acuosa) en los platos con gastos excesivos de agua. Específicamente, se estudiará la influencia de los perfiles de temperatura y presión parcial del agua sobre la colocación del plato de la corriente lateral de extracción de agua. Igual se estudiará el impacto del separador tri-fásico aguas arriba de la unidad sobe las cargas térmicas del re-hervidor, condensador, y el intercambiador de la corriente alimentadora estabilizada, más la potencia de la bomba de reflujo. Este previo presentará un resumen de los resultados de las simulaciones de computación y los diagramas claves para el mismo caso en estudio.
Caso en Estudio
La Tabla 1 presenta las composiciones (% molar) del condensado sin-tratar del caso en estudio. Esta tabla igual presenta las propiedades de las fracciones pesadas (Peso Molecular, Gravedad Específica, Punto Mediano Volumétrico de Ebullición), más las condiciones de la corriente alimentadora.
Tabla 1. Composición de la alimentación, propiedades de las fracciones pesadas, y condiciones
La Figura 1 presenta un diagrama flujo de proceso para el caso en estudio. El previo utiliza el mezclador de entrada para variar el caudal del agua de alimentación exclusivamente para el propósito de simulación. El uso del intercambiador de calor (IC-HEX) reducirá las cargas térmicas del re-hervidor, y condensador, así como la potencia de la bomba de reflujo. La adición de un separador tri-fásico aguas arriba del IC remueve esencialmente toda el agua excesiva. Igual permite la investigación del impacto de la temperatura de la corriente de entrada sobre el rendimiento de la columna. La Tabla 2 presenta las especificaciones de la misma. Nótese que la diferencia entre el despojo lateral dentro de la columna, y el drenaje desde el tambor V-4 de reflujo. La Referencia [1] presenta una buena “sobre vista” del despojo de agua en una columna estabilizadora.
Figura 1. Una columna estabilizadora simplificada con despojo lateral de agua
Basado en la data de las Tablas 1, y 2 , y el diagrama de flujos de proceso de la Figura 1., este previo efectuó la simulación aplicando la ecuación de estado [2] Soave-Redlich-Kwong (SRK) acompañado por el conjunto de programas de computación (software) ProMax [3].
Tabla 2. Especificaciones de la Columna Estabilizadora del Condensado
Resultados de la Simulación – Perfiles de la Presión Parcial del Agua y la Temperatura
Las Figuras 2a y 2b presentan los perfiles de las presiones parciales del agua de los dos caudales de 1200 y 1500 lbmol/d (545 y 681 kmol/d), respectivamente. Ambas figuras presentan las presiones parciales para el caso sin despojo lateral, así como el despojo de la bandeja 7 u ocho. En estas figuras, un apunte grande de la presión parcial del agua se observa en los casos sin bandeja de despojo de agua.
Para el caso de menor caudal de agua (Figura 2a), el despojo desde el contacto 8 igual muestra un aumento repentino en la presión parcial del aguan indicando que éste no es la selección óptima. El perfil de la presión parcial del agua es aligerada para el contacto 7, indicando que ésta si presenta la mejor ubicación para este gasto.
Para el caso de mayor caudal de agua (Figura 2b), el plato de desojo 7 indica un aumento similar de la presión parcial de agua indicando que el contacto 7 no es el óptimo. El perfil de la presión parcial del agua es lisa para el contacto 8, indicando que éste es la ubicación óptima para el caso de este caudal. Analizando estas dos figuras indica que la presión parcial del agua es una herramienta útil para identificar la ubicación óptima del contacto de despojo lateral de agua.
Figura 2a. Perfil de presión parcial del agua en la columna estabilizadora para los tres casos
Figura 2b. Perfil de presión parcial del agua en la columna estabilizadora para los tres casos
De manera similar, las Figuras 3a, y 3b presentan el perfil de temperatura para las dos corrientes de agua de 1200 y 1500 lbmol/d (545 y 681 kmol/d), respectivamente. Ambas figuras indican este perfil para las posiciones de contacto nos. 7 y 8. En estas figuras, se nota un aumento sustancial para el caso de la columna sin despojo de agua. Estos picos no son de la magnitud de los presentados para el caso de las presiones parciales.
En el caso del menor caudal de agua (Figura 3a), el contacto de despojo en la no. 8 no es la selección óptima. Se ve que el perfil se normaliza aplicando la posición 7 de despojo como la óptima para este caudal de agua.
Para el caso del mayor caudal (Figura 3b), el contacto 7 de despojo sigue indicando un aumento precipitoso menor en la temperatura de la columna indicando que ésta no es la selección óptima. La temperatura de la columna es menos pronunciada en la posición 8 de despojo indicando ésta como la indicada para el caudal en cuestión. El análisis de estas dos figuras indica que el perfil de temperatura en la columna es igual una herramienta útil para la ubicación de la posición óptima de la bandeja de despojo lateral de agua. Estas cuatro figuras también confirman las ubicaciones de estos contactos reportados en el previo del mes de Abril.
Figura 3a. Perfil de temperatura en la columna estabilizadora con y sin despojo de agua lateral
Figura 3b. Perfil de temperatura en la columna estabilizadora con y sin despojo de agua lateral
Resultados de la Simulación – Impacto de la Temperatura del Condensado no Tratado
Normalmente, un separador tri-fásico aguas arriba como mostrado en la Figura 1 , es usado para la remoción del gas ligero y el agua libre, así mermando las cargas térmicas del re-hervidor, condensador, e intercambiador de calor (IC-HEX) , y minimizando la potencia de la bomba de reflujo. Un separador correctamente diseñado puede eliminar el requerimiento de un plato de contacto para el despojo lateral de agua.
Para investigar el impacto de la temperatura sobre el rendimiento de la columna, este previo efectuó una simulación de las temperaturas de la corriente de entrada entre 70 hasta 120 °F, (21 hasta 49°C), con incrementos de 10 °F, ( 5.5 °C). Las Tablas 3a, y 3b presentan los resultados de esta simulación.
Tabla 3a. Resumen de los resultados de la Simulación
Tabla 3b. Resumen de los resultados de la simulación. (Véase la Figura 1 para su ubicación)
La Tabla 3a y la Figura 4 indican claramente que mientras aumenta la temperatura de la entrada, el agua disuelta en el condensado no estabilizado aumenta. La mayoría de ésta sale de la columna con los gases ligeros desde el tope de la unidad, y una pequeña cantidad se despoja con el condensado en el fondo. Ninguna cantidad de agua sale del contacto de despojo lateral. Con la excepción de la temperatura alta (120 °F – 48.9 ᴼC) ninguna cantidad de agua se despoja de la columna por el drenaje de la misma en el tope de la unidad.
Las Figuras 5 al 7 presentan el impacto de la temperatura de entrada sobre la Presión de Vapor Reid (RVP) el condensado estabilizado, cargas térmicas del intercmabio de calor, y requeriminetos en la potencia de bombeo.
Figura 4. Caudal del agua de entrada como función de la temperatura del separador tri-fásico
Figura 5. RVP del condensado estabilizado como función de la temperatura del separador tri-fásico
Figura 6. Cargas térmicas como función de la temperatura del separador tri-fásico
Figura 7. Potencia de bombeo como función de la temperatura del separador tri-fásico
Con la excepción de la carga térmica del intercambiador de calor (IC – HEX ), en todos los casos el incremento en la temperatura de la corriente de entrada aumenta el RVP del condensado estabilizado, las cargas térmicas del re-hervidor y condensador, y potencia de bombeo requerida.
Conclusiones:
Los resultados de simulación para los casos en estudio han demostrado la efectividad del despojo lateral de agua más la importancia de la colocación de éste dentro de la columna. Basado en los resultados obtenidos, este previo arroja las siguientes observaciones:
- El perfil de la presión parcial del agua dentro de la columna es una excelente herramienta para determinar la colocación óptima para el contacto de despojo de agua.
- El perfil de temperatura dentro de la columna igual proporciona una guía para la colocación óptima de la citada bandeja de despojo de agua.
- El previo del mes pasado ha demostrado la ubicación del contacto de remoción lateral de agua maximizando ésta acción y minimizando las cargas térmicas del re-hervidor, y condensador. Este previo confirma las ubicaciones citadas de estos despojos laterales mediante una representación gráfica de los perfiles de las presiones parciales del agua y temperaturas dentro de la columna. .
- La instalación apropiada de un separador de agua (unidad tri-fásica) minimiza el gasto de la corriente de agua de entrada hacia la unidad estabilizadora. Esto asegura una operación de mayor facilidad/menos problemática y con menor costo en las utilidades (cargas del re-hervidor y condensador, y potencia de bombeo).
- La instalación apropiada de un separador de agua (unidad tri-fásica) también podrá eliminar la necesidad de la instalación del contacto para el despojo lateral de agua en la columna. En este caso la mayoría del agua se despoja con los gases ligeros del tope de la columna. Solo mínimas cantidades de agua se despoja con el condensado estabilizado del fondo de la columna.
- Mientras que la temperatura de la alimentación aumenta, el agua disuelta en el condensado crudo igual aumenta. Éste incremento en gasto aumenta las cargas térmicas del re-hervidor, y condensador, más la potencia de bombeo y RVP del condensado estabilizado. Éste es un punto importante en el dimensionamiento de los equipos y flexibilidad en la operación.
- Mientras aumenta la temperatura de la alimentación, la carga térmica del intercambiador de calor (IC) disminuye.
La parte 3 del previo (seguimiento del presente), investigará el rendimiento de un estabilizador sin reflujo.
By: Dr. Mahmood Moshfeghian
Traducido al Español por : Dr. Frank E. Ashford
Reference:
- Campbell, J.M., Gas Conditioning and Processing, Volume 2: The Equipment Modules, 9th Edition, 2nd Printing, Editors Hubbard, R. and Snow–McGregor, K., Campbell Petroleum Series, Norman, Oklahoma, 2014.
- Soave, G., Chem. Eng. Sci. 27, 1197-1203, 1972.
- ProMax 3.2, Bryan Research and Engineering, Inc., Bryan, Texas, 2016.
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