Este previo es un seguimiento del Previo del Mes de Enero 2017 [1], el cual investigó una columna estabilizadora sin reflujo integrada con alimentación compartida donde una porción de la corriente es pre-calentada con un intercambiador de calor con producto de fondo (ver también página 352 de la referencia [2]). El remanente de la alimentación es dirigida al contacto del tope de la unidad, similar a una estabilizadora de alimentación fría. Ese previo analizó el rendimiento de un estabilizador de entrada compartida sin reflujo y equipada con una corriente de gas de arrastre dulce para reducir el contenido de H2S en el condensado agrio. Fue anotado que una disminución del corte de alimentación del tope de 100 hasta 80 % redujo la carga del re-hervidor y la temperatura de fondo, pero aumentó la PVA (Presión de Vapor Actual), y contenido de H2S.

 

El presente previo ejecutará simulaciones de computación para estudiar el impacto de la presión sobre el rendimiento de la columna estabilizadora sin reflujo con el mismo diseño de alimentación compartida. Este previo considerará la estabilización del condensado agrio coincidente con una PVR Presión de Vapor Reid (RVP (Reid Vapor Pressure) de especificación de 7 lpc (48 kPa). Igual se analizará el impacto de la presión de la columna sobre la carga térmica del re-hervidor, temperaturas de tope y fondo, gasto del condensado estabilizado, contenido del H2S y PVA (TVP). Igual se arroja un resumen de los resultados de las simulaciones de computación más diagramas claves de la planta.

 

Case Study 

La Figura 1 presenta un diagrama de flujo de proceso equipado con pre calentador, gas de arrastre, y bandeja de despojo de agua para la estabilización de los condensados agrios crudos.

 

 

Figura 1. Una columna estabilizadora sin reflujo con alimentación compartida, despojo de agua lateral y gas de arrastre

 

 

El separador tri-fásico aguas arriba del pre-calentador elimina esencialmente toda el agua de exceso/libre. Este previo aplica un repartidor de alimentación para calentar una porción de ésta en el pre-calentador por el condensado caliente estabilizado. El gas de arrastre dulce reduce el contenido de H2S del condensado estabilizado y logra la presión de vapor deseada a la temperatura del re-hervidor. Tres casos de presión operativa fueron investigados. Con fines de comparación e independiente de la presión de la unidad y el separador tri-fásico, el gas de separación de esta unidad y la estabilizadora son comprimidos y enfriados a una temperatura de 225 lpca y 90 °F (1758 kPaa y 32 °C) en las facilidades de compresión y enfriamiento indicados en la región del tope-izquierda de esta figura.

 

La Tabla 1 presenta el condensado crudo, conteniendo unos 21 % molar de H2S, más composiciones del gas de arrastre, caudales y condiciones. La Tabla 2 presenta las variables especificadas de la columna. Las especificaciones de la columna estabilizadora del condensado para los tres casos se detallan en la Tabla 2. Para todos los tres casos, la presión del separador tri-fásico fue de 5 lpc (35 kPa) mayor que la presión de la presión de alimentación.

 

 

Tabla 1. Composiciones del gas de alimentación de arrastre, gastos, y condiciones

 

Tabla 2. Especificaciones de la columna estabilizadora

 

 

Resultados de la Simulación

 

Basado en la data de las Tablas 1, y 2, y el diagrama de flujo de procesos de la Figura 1, el previo arrojó simulaciones aplicando la ecuación de estado Soave-Redlich-Kwong (SRK) [3] en el conjunto operativo de simulación ProMax [4]. Similar al previo anterior la relación de flujo de fondo fue ajustada para coincidir con el RVP del condenado estabilizado. La Tabla 3 presenta un resumen de los resultados para los tres casos de presión. Esta tabla indica que al disminuir la presión del separador tri-fásico y la columna estabilizadora merman los caudales de producción de fondo y tope de la unidad, las temperaturas de tope y fondo, pero aumenta la carga de compresión y enfriamiento. A presiones menores, mayor gas se genera del separador tri-fásico y se reduce la alimentación de la columna. De manera que, el producto de fondo (condensado estabilizado) y producto del tope son mermados. En adición, la reducción de la presión de la columna aumenta la volatilidad relativa (la relación de los valores-K de los componentes claves) facilitando la separación de los componentes, y así reduciendo la carga térmica del re-hervidor.

 

Los resultados presentados en la Tabla 3 se ven prácticamente independiente de la distribución de la alimentación del tope la cual fue variada entre 80 hasta el 100% con incrementos de 2%. Los valores presentados en la Tabla son los ponderados aritméticos para el corte de alimentación del tope entre 80 al 100%. Los resultados de la simulación para aquellas variables las cuales fueron dependientes del corte en el tope se ven gráficamente en las siguientes figuras.

 

 

Tabla 3. Resumen de los resultados de la simulación para tres presiones de columna

 

 

La Figura 2 presenta la carga térmica requerida como función del corte de alimentación y la presión de fondo de la unidad. Esta figura indica que al disminuir la presión de fondo se reduce la carga del re-hervidor, y ésta aumenta linealmente con el corte de la entrada en el tope en %. A una presión de columna especificada, el aumento del corte de entrada del tope merma el caudal de alimentación caliente a la torre y, por ende aumenta la carga del re- hervidor. Sin embargo, la instalación del pre calentador reduce la carga del re – hervidor por un 19% para el caso del corte de 80 % de alimentación del tope debido a la recuperación de energía del producto de fondo (condensado estabilizado).

 

La Figura 3 presenta la variación de la temperatura del condensado estabilizado como función del corte en el tope. Disminuyendo ésta de 100 a 80% disminuye la temperatura de fondo en unos 2 °F (1.1 °C) para la tres presiones especificadas. Al reducir la presión de la columna, se ve mermada la temperatura de fondo por cuanto las presiones de vapor y temperaturas de los componentes se relacionan directamente.

 

La Figura 4 presenta la variación de la PVA (TVP) estabilizada como función del corte de alimentación en el tope más la presión del fondo de la columna. Al disminuir éste corte, se ve en aumento la PVA (TVP) por unos 2.6 lpc (18kPa) para las tres presiones de fondo indicadas.

 

 

Figura 2. Efecto del corte de alimentación del tope en la carga térmica del re-hervidor para las tres presiones de fondo

 

 

Figura 3. Efecto del corte de alimentación sobre la temperatura de fondo para tres presiones de fondo de la columna

 

 

Figura 4. Efecto del corte de alimentación sobre la PVA (TVP) para tres presiones de fondo de la columna

 

 

La Figura 5 presenta la variación del contenido de H2S del   condensado estabilizado como función del corte del tope de la columna y la presión. Esta figura indica que al disminuir el corte del tope de 100 to 80%, el contenido de H2S del condensado estabilizado aumenta por unos 44, 50, and 56 ppm para las presiones de fondo de 195, 225, y 255 lpca (1345, 1552, y 1759 kPaa), respectivamente. Esta figura igual indica que para los tres casos:

  • El contenido de H2S es menor que el límite de 60 ppm
  • Mientras mayor el % del corte de tope, mejor es el despojo del H2S
  • Arrastre (despojo) de H2S se ve mejor y más facilitado a presiones menores.

Debe ser notado que debido al despojo de la corriente alimentadora de condensado crudo (separador tri-fásico) saturado con agua pero sin agua libre, los resultados de la simulación indican que no se atrapa agua en la columna. De manera que no se despja agua de la bandeja designada para ello en todos los caso vistos en ete previo. Sin embargo, es recomendable mantener esta capacidad instalada en los paltos superiors.

 

Figura 5. Efecto del corte de alimentación del tope sobre el contenido de H2S en el condensado estabilizado para tres presiones del tope de la columna

 

 

 

Conclusiones

 

Este previo investigó el impacto of de la presión de la columna y la del separador tri-fásico sobre el rendimiento de una columna estabilizadora sin reflujo con alimentación distribuida (corte en el tope)   variando este entre 80 a 100% por incrementos de 2 % para tres presiones especificadas. Basado en los resultados de la simulación se arrojan las siguientes observaciones.

 

Disminuyendo las presión del separador tri-fásico y la columna:

  1. disminuye la carga térmica del re-hervidor (Figura 2)
  2. disminuye la temperatura del producto de fondo (Figura 3)
  3. disminuye la PVA (TVP) del condensado estabilizado (Figura 4)
  4. disminuye el contenido de H2S del condensado estabilizado (Figura 5)
  5. aumenta la potencia de compresión y carga del enfriador (Tabla 3)
  6. disminuye el gasto del condensado estabilizado (Tabla 3).

 

Para informarse adicionalmente sobre casos similares y como minimizar los problemas operacionales, sugerimos su asistencia a nuestras sesiones técnicas G4 (Gas Conditioning and Processing), G5 (Practical Computer Simulation Applications in Gas Processing), y PF4 (Oil Production and Processing Facilities), cursos.

 

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By: Dr. Mahmood Moshfeghian

Traducido al Español por: Dr. Frank E. Ashford

 

Reference:

  1. Moshfeghian, M., January 2017 TOTM, PetroSkills | John M. Campbell, 2017.
  2. 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.
  3. Soave, G., Chem. Eng. Sci. 27, 1197-1203, 1972.
  4. ProMax 4.0, Bryan Research and Engineering, Inc., Bryan, Texas, 2016.