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7/23/2019 DESHIDRATACION DE HIDROCARBURO
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GERENCIA INGENIERIA DE PROCESO
DIVISION DE PROCESO
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GERENCIA DE SISTEMAS DE PRODUCCION
DESHIDRATACION Y DESALADO
DE CRUDO
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GERENCIA DE SISTEMAS DE PRODUCCION PRINCIPIOS BASICOS
1.- PRESENCIA DE AGUA EN EL CRUDO. Un alto porcentaje del crudo producido en yacimientos
petrolíferos en el mundo, viene asociado con cantidades apreciables de agua. El agua asociada con el crudopuede presentarse en las tres formas siguientes (ver figura No. 6):
a) AGUA LIBRE. No esta íntimamente meclada con el crudo, es decir no esta dispersa en gotas pe!ue"as.
Es el volumen de agua !ue se desplaa junto con el crudo, tal como si esto ocurriera en una tubería. #u
aparici$n es funci$n de las características del yacimiento y de la forma en !ue se e%plote.
b) AGUA EMULSIFICADA. Es la mecla de dos lí!uidos inmiscibles con la e%istencia de un agente
emulsificante. En una emulsi$n agua&aceite, el agua se encuentra en forma de gotas (rodeadas por unapelícula de agente emulsificante !ue pueden ser parafinas, asfaltenos, resinas, etc.) dispersas en el aceite,
!ue es la fase continua. El agente emulsificante disminuye la velocidad de separaci$n de los lí!uidos, ya !ue
reduce la tensi$n interfacial de la gota de agua, causando la formaci$n de gotas m's pe!ue"as las cuales
re!uieren m's tiempo para asentarse !ue las gotas mayores. El grado de dispersi$n de las gotas de agua en
el aceite se ve favorecido por efectos de turbulencia causados por bombas, orificios, v'lvulas, etc.
2.- OTROS CONTAMINANTES DEL PETROLEO CRUDO. as principales impureas !ue se encuentran en
el crudo adem's del agua son sales solubles e insolubles asociadas en ella, y s$lidos cuyo origen es elmismo yacimiento. eneralmente el agua salada es m's densa !ue el crudo por lo !ue se deposita en la
parte inferior de la formaci$n !ue lo contiene.
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EL AGUA EN EMULSION SE PRESENTA DESDE 0.1-0.2 % ENEL INICIO DE LA EXPLOTACION, PERO SE INCREMENTACONFORME ESTA AVANZA ( HASTA -10 % VOL MAX. !
EMULSION" MEZCLA DE DOS LI#UIDOS INMISCIBLES CON LAEXISTENCIA DE UN AGENTE EMULSIFICANTE.
GAS
ACEITE ( AGUA EN EMULSION )
AGUA LIBRE
MEZCLA GAS - ACEITE - AGUA
AGUA
ACEITE
AGENTEEMULSIFICANTE"
PARAFINAS,ASFALTENOS
RESINAS, ETC.
YACIMIENTO Y DE LA FORMA EN #UE SE EXPLOTE.
SE DRENA DIRECTAMENTE DE LOS SEPARADORES TRIFASICOS PARA
ENVIARSE AL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE DESECHO.
NO SE PRESENTA AL PRINCIPIO DE LA EXPLOTACION.
SU APARICION ES FUNCION DE LAS CARACTERISTICAS DEL
FIG.N$. . AGUA ASOCIADA AL CRUDO
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&. DESHIDRATACION Y DESALADO DE CRUDO
#e puede definir la ')*+'/+ como el proceso mediante el cual se separa el agua presente en el crudo
*asta niveles inferiores al +. El ')'$ consiste en la remoci$n de pe!ue"as cantidades de sales
inorg'nicas !ue generalmente !uedan disueltas en el agua, despu-s de !ue el crudo *a sido des*idratado.
Es conveniente ')*+' el crudo desde el punto m's cercano a donde se produce ya !ue con esto se
reducen los re!uerimientos de e!uipo y tubería para su manejo *asta los puntos de entrega. or otra parte,
el ')'$ del crudo se re!uiere para evitar los problemas !ue ocasionan las sales.
DESHIDRATACION Y DESALADO DE CRUDO
DESHIDRATACION
CRUDO 3 AGUA
SEPARADOR
AGUA
CRUDO ( 1% AGUA !
DESALADO
SEPARADOR
AGUA
CRUDO ( 1% AGUA ! CRUDO ( 1% AGUA, 20-&0 PTB SAL!
AGUA FRESCA
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El papel !ue juegan los desemulsificantes comerciales es el de desplaar dic*a película o emulsificante de
la interfase. a propiedad !ue se busca en la formulaci$n de este tipo de aditivos es la de ser m's activo !ue
los surfactantes naturales pero no formar películas !ue impidan la coalescencia de la gotas.
a separaci$n de fases crudo&agua ocurre debido a la diferencia de densidad entre ellas y la velocidad con
!ue esto sucede se calcula por la E/4/+ ' S$5) :
/s0 (ρ1&ρ+) g d2
2 +3µ
donde:
/s : velocidad de sedimentaci$n
ρ1 : densidad del agua
ρ+ : densidad del crudo
µ : viscosidad del crudo
g : aceleraci$n de gravedad
d : di'metro de las gotas de agua
Es evidente !ue la modificaci$n de las variables de la ecuaci$n incidir' directamente en la velocidad de la
separaci$n de las dos fases lí!uidas.
4ísicamente, estas modificaciones pueden lograrse de diversas formas como se muestra en la 5abla No. +).
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MECANISMO DE SEPARACION DE
LAS GOTAS DE AGUA DISPERSAS
FACTORES #UE AFECTAN LA
ESTABILIDAD DE LA EMULSION
AGUA EN ACEITE
SISTEMA DE TRATAMIENTO
5E789U7;8
5E7E<5U<# =E
5<5<7EN58: +>> & +6> ?4
;U=8# E#<=8# @>> ?4
458# << =E#A=<5<;8N
B =E#<<=8 =E ;U=8 (ENUEC<#)
<;<;8N =E 4UED<;EN54U< 8 7E=8 =E UN<
EN5<=< 5<NEN;<
<;<;8N =E UN <58
/85<E EE;5;8
=4EEN;< =E =EN#=<=E#=E <U< B =E <;E5E
<=;8N =E UN <EN5E
=E#E7U#4;<N5E
N;E7EN58 EN <
5E7E<5U<
A=8;;8NE#
( <;<;8N E;EN5E )
EE;58#5<5;8
TABLA N$.1
PRINCIPIOS DE OPERACION DE LOS
SISTEMAS DE DESHIDRATACION (Y DESALADO!.
=E#<;5/< E <EN5E =E#E7U#4;<N5E
<U7EN5< < 4E;UEN;< =E ;8#8N
#E 487<N 85<# 7<B8E# E75EN=8 #U <#EN5<7EN58
(;8<E#;EN;<)
E=U;E < /#;8#=<= =E < 4<#E ;8N5NU<
&&
&&
&&
&&
&&
#E87E< E;U< =EE7U#4;<N5E8 E;<7C8 EN<
5EN#8N #UE4;< 9UE 8N< E =E#E7U#4;<N5E
&&
E# E 7E;<N#78 4N< =E 58=8# 8# 58# =E 5<5<7EN58
/t 0+.F3 % +>
1(
#..) (dm)&6
G
/t 0 /E8;=<= =E <#EN5<7EN58 =E <U< (ft2seg)
dm0 =<7. =E <5;U< =E <U< (7;<#)
G0 /#;8#=<= =N<7;< =E <;E5E (;)
#..0=4EEN;< EN </E=<= E#E;. (<U<&<;E5E)
E# < 4UED< 785D =E < #E<<;8N 8 <#EN5<7EN58&&
4 0 Hs E (dm)61
# I
40 4UED< =E <5<;;8NJ E0 <=EN5E EE;5;8J
dm0 =<7E58 =E <5;U<#J #0 =#5<N;< EN5E <5;U<#
E ;<78 EE;5;8 5EN=E < =#58#8N< B < =EC5< <
E;U< =E =E#E7U#4;<N5E
<# <5;U<# #8N <5<=<# < UN EE;58=8 =EC=8 < UN<
;<< N=U;=<, 487<N=8 85<# 7<B8E# 9UE #E <#EN5<N
8 </E=<=
<# <5;U<# =E 9U=8 ;8N=U;58 #E 8<D<N B
5EN=EN < <NE<#E B < <5<E#E
&&
&&
&&
< 4UED< ;EN54U< <;5U< #8CE E <U< 9UE E# < 4<#E
7<# =EN#< B < <ND< ;8N5< < <E= =E ;;8N =8N=E <
/E5N8#<7EN5E, E#58 =E#<D< E <;E5E A<;< E ;EN58=8N=E 487< UN NU;E8 =E C<< E#8N.
&&
45<;8N 8 7E=8 =E UN 7<5E< <5<7EN5E A=84;8&&
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58# =E =E#A=<5<=8E#
=E#A=<5<;8N
5<N9UE# =E <#EN5<7EN58
=E#A=<5<=8E#
EE;58#5<5;8#
7E7C<N<#
;8<E#;E=8<#
5<5<=8E#
;<EN5<=8E#
A=8;;8NE#
;EN54U8
7E;<N;8
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FIG.N$. 6A. TAN#UES DE ASENTAMIENTO
TAN#UES DE ASENTAMIENTO.
Este proceso se lleva a cabo por medio del principio b'sico de
separaci$n de dos lí!uidos por su diferencia de densidades, durante
un tiempo de residencia re!uerido (elevado) en tan!ues de
almacenamiento.
El agua (o salmuera) cuya gravedad específica es mayor !ue la del
aceite, tender' a asentarse en el fondo del tan!ue !ue los contiene.#e emplean los llamados KUN C<EK (tan!ues de lavado) o los
tan!ues de asentamiento simples (ver figuras L< y LC).
5e$ricamente todas las dispersiones podrían separarse en dos fases
*omog-neas de aceite y agua si se dispusiera de un tiempo limitado,
y si se tratara de agua libre.
#in embargo las partículas de agua en emulsi$n se encuentranrodeadas por películas de sustancias suficientemente fuertes y
estables !ue resisten la ruptura y evitan la coalescencia de las gotas
de agua dentro de un lapso de tiempo raonable. =e a*í !ue se
re!uiera de la intervenci$n de otros factores como la aplicaci$n de
calor, agentes !uímicos, dispositivos mec'nicos o de la combinaci$n
de varios de -stos para acelerar el proceso de separaci$n.
N/E =E <;E5E
N/E =E <U<
/</U<
#48N
<7EN5<=8
5UCE< <NU<=< B
;8NEM8NE#
K5EEK =E I /<#
#48N
<;H =E
=#5CU;8N
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FIG.N$. 6B. GUN BARREL
El proceso podría cumplir *asta cierto límite para la =es*idrataci$n de crudos ligeros, previa adici$n deagentes !uímicos (desemulsificantes), pero como se ver' m's adelante e%isten ya otras tecnologías
m's avanadas y eficientes !ue eliminan la conveniencia de los tan!ues de asentamiento.
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FIG. N$.10. TRATADOR CALENTADOR HORIZONTAL.
TRATADORES CALENTADORES
El principio de operaci$n consiste en adicionar calor a
la corriente agua&aceite. a aplicaci$n de calor, es un
proceso au%iliar para acelerar la separaci$n agua&
aceite ya !ue se reduce la viscosidad de la fase
continua causando una r'pida coalescencia de las
gotas de agua. Aay una gran variedad de tipos y
estilos de estos e!uipos.5ipos de calentadores:
;alentadores directos
;alentadores indirectos
os calentadores directos son usados en campo. En
este tipo de calentador la emulsi$n est' en contacto
directo con el elemento de calentamiento, y como regla
general es utiliado para calentar emulsiones no
corrosivas y de baja presi$n. a figura No. +> muestra
un calentador *oriontal.
El e!uipo comercial se dise"a normalmente para
crudos ligeros mayores de @>?<.
os tratadores calentadores pueden manejarcorrientes con porcentajes altos de agua, pero si
es agua libre, es recomendable instalar un
separador de agua libre para reducir el tama"o
del e!uipo tratador y reducir así la cantidad de
calor y el consumo de gas combustible.
#<(:=< =E( )<#
EM56<;586 =E N:EC(<EN56<=< E7U(#:8N
#<(:=< =E( <;E:5E
#<(:=< =E <)U<
=:#56:CU:=86
5UC8 =E ;<(EN5<7:EN58
#<(:=< =E
<)U< (:C6E
=E4(E;586 =E(
5UC8 =E ;<(EN5<7:EN58
;8(E;586
<;E:5E
<)U<
<;E:5E B
E7U(#:8N
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<7EN5<;8N
<;E5E
7E7C<N<
;8<E#;E=8<
8E84;<
7E7C<N<;8<E#;E=8<
A=84;<
#8=8#
<U<
FIG.N$.11. MEMBRANAS COALESCEDORAS
MEMBRANAS COALESCEDORAS.
El fluido (emulsi$n agua en aceite) se bombea a un
separador !ue contiene un medio interno coalescedor
(ver figura No. ++). El medio esta formado por dos
secciones diferentes, una de tipo oleofílico y otra
oleof$bico. Esto *ace !ue las gotas de aceite y de
agua se separen y despu-s ocurra una coalescencia
de las gotas de cada fase. a coalescencia consiste
en la acumulaci$n de gotas pe!ue"as para formaruna mayor. El fen$meno de la coalescencia continua,
form'ndose una clara separaci$n entre el agua y el
aceite lo cual conduce a la separaci$n total de las
fases. o anterior aplica tanto al tratamiento de agua
aceitosa, como a la des*idrataci$n de crudo, y la
Onica diferencia en el sistema es la localiaci$n de las
v'lvulas de control.
<ctualmente este proceso presenta una e%celenteeficiencia para la separaci$n de aceite en agua en las
instalaciones de roducci$n.
En lo !ue respecta a su aplicaci$n como
des*idratador, durante las fases de estudio se *aencontrado !ue el m-todo no es recomendable
para aceites pesadosJ para aceites ligeros el
comportamiento es satisfactorio.
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;EE;5;8
C<< /E8;=<= CEE;5;8
DESHIDRATACION ELECTROSTATICA.
;onsiste en la coalescencia de las gotas de agua dispersas en el crudo por la
aplicaci$n de un /78$ 9/+/$ a la emulsi$n agua&aceite. El /78$ 9/+/$
aplicado vence la resistencia de la película estable (emulsificante) !ue rodea a las
gotas de agua, ya !ue origina un dipolo el-ctrico en las mol-culas de agua con lo !ue
se genera atracci$n entre ellas provocando la ruptura de la película !ue las rodea y su
posterior coalescencia. =espu-s de la coalescencia, la separaci$n de las fases se
realia por efecto de la gravedad.
=6EN
=6EN
<6< (<
:N5E64<#E
EN56<=<
=E
E7U(#:8N
#<(:=<
=E(
<)U<
;8N568(
=E (<
:N5E64<#E
#<(:=<
=E(
<;E:5E
56<N#4867<=86
;8N568(<=86
56<N#4867<=86
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HIDROCICLONES.
#u funcionamiento se basa en principios de mec'nica
de fluidos y en un dise"o geom-trico interno Onico
(ver figura). Uno de los elementos claves en el dise"o
del *idrocicl$n es el punto de entrada en forma de
espiral. a corriente de alimentaci$n entra en forma
tangencial en un separador y comiena a girar
generando fueras cicl$nicas, las cuales producen
casi instant'neamente la separaci$n de aceite y agua
dentro del cicl$n.
osteriormente, a trav-s de una reducci$n del
di'metro se aumenta la fuera centrífuga (a m's de
+>>> g), acelerando la separaci$n del aceite *acia el
centro o vortice del *idrocicl$n. Un regulador de
contrapresi$n crea en la columna, un flujo a%ial
invertido, forando al aceite a salir a trav-s de un
pe!ue"o orificio ubicado cerca de la entrada, mientras!ue el agua limpia es conducida directamente al punto
de descarga del separador.
eneralmente *an sido utiliados en las nstalaciones
de roducci$n as&<ceite, para remover aceite del
agua (tratamiento de agua aceitosa).
FIG.N$.12. HIDROCICLON
os *idrociclones pueden manejar corrientes
con alto porcentaje de agua, adem's de ciertas
cantidades de vapores, así como de s$lidos. El
crudo !ue sale del *idrocicl$n contiene menos
de + de sedimentos y agua.
EN56<=< =E E7U(#:8N
=E <)U< B ;6U=8
#<(:=< =E
;6U=8
+, /8(. <)U<
NU;(E8 ;EN56<(
=E ;6U=8
#<(:=< =E
<)U<
(<# )85<# =E ;6U=8
7:)6<N A<;:< E(
NU;(E8
#E;;:8N
EN/8(/EN5E
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CENTRIFUGO MECANICO.
Emplea como principio de separaci$n el aumento de la
fuera aparente de la gravedad por medio de rotaci$n a
gran velocidad (varios miles de r.p.m.) (/er figura +@).
=ebido a !ue el aumento de dic*a fuera es de una
magnitud bastante considerable (alrededor de P,>>> g.
fuera), se logra !ue los fluidos tengan una facilidad de
separaci$n muy r'pida (en segundos), lo !ue en
cual!uier otra tecnología re!ueriría de manera normal
minutos e incluso *oras para la misma.
a mecla aceite&agua se alimenta al recipiente
separador del e!uipo donde se distribuye entre los
discos del mismo. El agua y los s$lidos !ue contiene la
alimentaci$n, tienden a irse *acia la pared del recipiente
mientras !ue el aceite se concentra en el centro de
rotaci$n. =esde estos puntos el aceite y el agua se
descargan continuamente, los s$lidos se colectan en laperiferia del separador donde, a intervalos, se descargan
autom'ticamente.
FIG.N$.1&. CENTRIFUGO MECANICO.
ara obtener una mayor eficiencia se re!uiere
tener una diferencia de densidades arriba de P.
Este proceso cumple para cual!uier tipo de
crudo sin re!uerir calentamiento y puede
manejar corrientes *asta con @> volumen de
agua libre o emulsionada
#<=< =E <;E5E
#<=< =E <U<
#<=< =E #8=8#
EN5<=< =E < E7U#8N
<;E5E
<;E5E
<U<
<U<
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FIG. N$.1:. TERMINAL MARITIMA DOS BOCAS " CRUDO LIGERO MARINO
NOTAS" 0 Qg2cm man.
5 0 ?;9 0 77C5U2*
//0 resi$n de vapor real
R @3?;, psia
1
ppm A1# I>> 1+L.@
< @1.61 @+.3
// P+.> +I.F
C= (;U=8) L3,>>> L6,3I3
C= (<U<) 1,>>> I3F
+ 1
MEZCLA
GAS-ACEITE
ESTABILIZADOR
TAN#UE
DESHIDRATADOR
CRUDODESHIDRATADO Y
NO ESTABILIZADO
PT @3.>
+.LI 77;#=
L3,3L3 C=
//0+6.L psia
PT
>.+I
@F.1
+>>,>>> C= (E9.)
1 /8. <U<
>.+P 77;#=
+
1
<U< < 5<5<7EN58=E E4UEN5E#
@.P
//0+I.F psia
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FIG. N$.1. PLANTA DESHIDRATADORA DE CACALILAO
5 FI&3>
@.>
4
>.> C= <U<
3 /ol.
<guaSEPARADOR DEAGUA LIBRE
;U=8 =E#A=<5<=8
< E4NE< 7<=E8;U=8 E#<=8 :
;<;<<8E#5<;8N I+
#<N 7<NUE <NU;8&7EN=ED
F,>>> C= A;.1+,>>> C= A18
3 /ol. <gua
C87C<
5<#E8
SSS /ol. A18
SSS C #al27C
S- I, S-II
N85<# : , Hg2cmT man. 5, ?;
N87EN;<5U<
5 & + 5an!ue de Calance de 5rasiego5 & 1 5an!ue de Calance de Combeo
5 & @ 5an!ue =es*idratador en ;aliente5 & I 5an!ue =es*idratador en 4río4 egistro de 4lujo
Τ 5iempo de esidencia
;alentadores #ecundarios
5 & +5 & I
C= A18
5 & @;<EN5<=8E#
7<8#
C= A18
5 & 1
/ol. <gua
1P /ol. A;.FP /ol. A18
=E#E7U#4;<N5EAU7E;5<N5E
I.>
30.0
T
I.>
30.0
T
DESHIDRATACION Y DESALADO