HyReQ: Proceso de alta recuperacin de crudo y estabilizacin de condensado ResumenSe ha desarrollado un proceso que mejora la recuperacin de Lquidos de Gas Natural (LGN) en las instalaciones de produccin de petrleo al maximizar la absorcin de componentes C4+ en la corriente de crudo estabilizado. El proceso consiste de tres etapas donde el crudo es primeramente despojado de componentes C3 utilizando vapor en una columna de despojamiento y loscomponentes C4+ que se encuentran en lacorriente de gasse extraen mediante un sistema de control del punto de roco, junto con un despropanizador. Finalmente las corrientes de crudo y condensado son mezcladas bajo condiciones que aseguren que la especificacin de presin de vapor de producto lquido de la corriente sea la conocida. La configuracin y el control del proceso se asegura que, independientemente de la cantidad o proporcin de crudo y condensadoproducido, la cantidad de componentes C4+ en la corriente de producto estabilizado sea la mayor y la cantidad de componentes C3-mnima. Esto incrementa el rendimiento de la produccin de lquido estabilizado en comparacin con un proceso de separacin de 3 etapas convencional ymejora de calidad del crudo estabilizado, entre otros. El rendimiento del nuevo proceso fue examinado y comparado contra el sistema convencional, usando software comprobado de simulacin - Hysys.

IntroduccinLa actual situacin mundialdel agotamiento delas reservas de crudo, la escalada en el precio de crudo, junto con un aumento en la conciencia ambientaly la legislacinsobre la gestin delas emisiones de CO2requiere de un desarrolloms responsable de losactivos de hidrocarburos. De acuerdo conestimaciones realizadasdurante el ao2005 a 2009,de unos14 a 16billones de pies cbicos(billones de pies cbicos) se quematodos los dasen el mundo. La quema de gastambin tieneun impacto globalsobre el cambio climticomediante la adicin deunos 400millones de toneladas deCO2anualesenlas emisiones. Para abordar esta cuestin, las empresas que operanestninvestigando e implementandoestrategias para aumentar la recuperacindelcrudomaximizando la recuperacindelquidos de gas naturaly minimizando la quema. El proceso deHyReQtiene el potencialpara aumentar la recuperacinde petrleo deentre un 5a un 30%sobre los procesos convencionales. Esto se logramediante el uso depetrleo crudo desdelos pozos de produccinpara absorberlos componentes intermediosde hidrocarburos(C4+)a partir deuna corriente de gas natural, manteniendo el producto crudoestabilizadodentro de sus especificacionesde

presin de vapor(TVP/RVP). Estotambin mejora la calidaddel petrleo crudo(aumento dela gravedadAPI, reduccin de laviscosidad) y la reduce las emisiones degases de efecto invernadero hasta un 50%dependiendo de sise quemael gas asociadoypor el usode gas combustible ms ligero.Adems de esto,se reduce la seguridad referente altemadealmacenamiento de petrleo ya que se reduce al mnimo loscomponentes voltiles(C2, C3) en la composicinde la produccin depetrleo crudo.El proceso de configuracines simple yfcil la actualizacinenlas instalaciones existentes.El procesoes adecuado tanto paratierra como para instalaciones en alta mar.

TeoraEl conceptoHyReQutiliza la capacidadde crudopara absorberalgunos de los componentesC3yesencialmentetodos los componentes C4+de la corriente degasy manteneren elpetrleoestabilizadoestos valiosos productosdel lquido del gas natural. Esto da como resultado un aumento dela recuperacin depetrleo crudoestabilizadoymejora de la calidaddel crudo, es decir, un aumento de la gravedadAPIy la reduccin de la viscosidaddel petrleo. La figura 1 nos muestra lo siguiente. El petrleo crudoestabilizadocon los mtodosconvencionales, es decir, convarias etapasde separacin flash,es inherentemente ineficientecon pequeas cantidades deC2que an permanecenen el flujo decrudoestabilizado.

En la figura anterior, 1000barriles de petrleo crudose estabilizan por mediosconvencionaleshasta unaTVP, de 12 psia.Desetanizandoelcrudo, es decir,si retiramos los componentes C1yC2 resultandoen la reduccinmarginaldel volumen decrudollevndolo a 999barriles, peroreduce drsticamente laTVPde crudoa 5psia. Esto es debido a que aunque las cantidades delos componentes C1yC2de lamuestra de crudoson bajos, laTVPde estos componenteses muy alta(aproximadamente 5075psiay870psiarespectivamente, en comparacina 51psiaparaNC4), lo que contribuye significativamentea la presin de vaporgeneral del crudoestabilizado.Enlas operaciones posterioresque se muestra enla figura anterior,el crudo escada vezcargado deC3+ presentesen elflujo degas asociadohasta que laTVPdel crudo es llevada a 12psia. Conesta operacin, elvolumen decrudoen generalse incrementa en7,3%. Si ademsel crudoes despojadodel C3ycargado de C4+hastaunTVP lmite de 12 psia, el volumen decrudoaumenta enun total de 10,6%. Lacalidad total del crudotambin mejoraen el proceso aumentando la gravedadAPIdecrudodesde 40,4 hasta 44,1y reduciendo la viscosidad delcrudode 1,95cP a 1,45cP. El proceso deHyReQutilizaeste conceptopara absorberlos componentesC4+de la corriente degas natural. La corriente de petrleo crudoabsorbentequeha sido despojado deC3-se mezcla con elcondensadoque se hadespropanizadohasta un nivel quepermita la mezcla decrudo y condensadopara cumplir conla especificacin deTVP/ RVPdel lquidoestabilizado.

Descripcindetallada dela tecnologaLa figura2 nos muestra laconfiguracin tpicadel proceso deHyReQ

Configuracin tpicadel proceso deHyReQ Seccin de despojamientode crudo Asi la corriente de crudo congas asociadoy conagua producidaes dirigida alseparador de entrada, donde se lleva a cabo la separacin de 3fases. Elseparador de entradasuele seroperadoen el rangode 5 a 20bargy una temperatura enel rango de 60Cparaseparar la emulsin. El petrleo crudo delseparador de entradase calientaa travs de unintercambiador de calorcrudocrudo por elcalorcrudo/condensadofluye desde elsistema de aguas abajopara recuperarel calortanto como sea posiblede la corrientecaliente. Alcrudo sele reduce la presin, por lo general en el rangode 0,5 a 4bargyluego se alimenta ala columna despojadorade crudo.Idealmente, lapresin de operacin dela columna de extraccinde crudose ha fijado enlo ms bajoposible,es decir,la presinquese operaeslamisma presin que elrecipientede Flashaguas abajo. Esto es paraminimizar los requerimientos devapory permitirla presin de succin parael trende compresinde gasde Flash. Por otra parte,la columna despojadorase puede operara una presin superiorparahabilitarla alimentacin inter etapasparalos

compresores de gasFlash. ElVapor alimentaen la basede la columna.

sobrecalentadode

despojamientose

La cantidad devapor sobrecalentadousadodepende de la composicindel crudoy la presinde operacin dela columnapero normalmente esde aproximadamente 1librade vaporpor galn dealimentacin de crudoala columna de despojamiento. El nmero deplatos tericosutilizados esten el rangode 3 a 10etapas tericas. El nmero deplatos tericosutilizado es unarreglotrade-offentre los requerimientos deconsumo de vapor, el poder de compresiny laaltura de la columnapara reducir al mnimola cantidad deC3- de la corriente decrudo, despojada, mientras que los componentesC4son maximizados. Paraevitar la descomposicin delas fracciones pesadasdel crudo, la temperaturadel crudoen el fondodela columna de extraccinse suele mantenerdentro de los 100Caproximadamente. La siguiente figura despojadorade crudo. 3nos muestrala configuracin tpicadela columna

Figura 3. Configuracin tpicadela columna despojadorade crudo

Esta seccin del proceso selectivamente desplaza los componentes livianos (C3)del crudo, mientras que mantiene la mayor cantidad de C4+ dentro de la corriente de crudo. Sin embargo, el proceso global est configurado de tal manera que cualquiera de los componentes C4+ queson despojados del crudo en esta seccin son recuperados de la corriente de gas en la seccin de control del punto de roco del proceso.Por lo tanto, el objetivo principal de esta seccin del proceso es

despojar a la mayor cantidad de componentes C3- de la corriente de crudo. En consecuencia, la presin de vapor del crudo cae muy por debajo de la especificacin de TVP/RVP del crudo estabilizado. El uso de vapor de despojamiento minimiza el aumento de la temperatura del crudo durante el proceso de separacin. Tambin evita la necesidad de unrehervidor que para crudos sucios y con alto contenido de asfltenos, causara la formacin de incrustaciones y deposicin de asfltenos en los tubos del rehervidor. Adems, los beneficios del despojamiento de crudo incluyen la reduccin de los problemas de operacin relacionados con: Desalinizacin Espuma Asfaltenos Incrustacin y deposicin de sales La columna de vapor de despojamiento puede ser una columna convencional con platos, estructurada, con empaques al azar o de otros internos adecuadospara promover el contacto vapor lquido. Para una columna convencional, un lquido con capacidad de arranque est obligado a proporcionar suficientetiempo de residencia para la separacin de lquido y vapor para dar aumento adecuado al volumen de la bomba de aguas abajo. Por otra parte, la columna se podra configurar como se muestra en la Figura 3. Esta configuracin permite que el sistema seaoperado como un tren convencional de separacin cuando la columna est fuera de servicio por mantenimiento, etc Cuando la produccin de crudo comienza a descender, el crudo de las bombas de trasiego de crudo aguas abajo podra ser recirculado haciala columna despojadorapara asegurar que no se supere el mnimo nivel de la columna. El gas de salida de la columna despojadora de crudo, depende de la presin de operacion en funcin de la presin de servicio ya sea con comingledoffgas de laaguas abajo del barco Flash, se enfra y se dirige a los trenes de compresin de gas de Flash. Alternativamente, si la columna despojadora es operada a una presin mayor que la del tanque Flash, el gas de salida de la columna despojadora podra ser enfriadoy dirigido ala inter etapa del tren de compresin de gas Flash. El crudo caliente despojado proveniente de la columna despojadora es dirigido alacumulador de columna de despojamiento donde se lleva a cabo la separacin delas tres fases (gas, crudo yagua). Cualquier gas separadoes mezclado con vapor sobrecalentado de despojamiento y dirigido a la Columna despojadora. El crudo es descargado del acumulador bajo un control de nivel a travs de una bomba hasta la coalescedor electrosttico.

Seccinde recuperacin de condensadoEsta seccindel procesorecuperacomponentes C4+de las corrientes degas asociadoy no asociado. El condensadopodraser extrado de lacorriente de gas medianteun sistema de controldel punto de rococonuna vlvula JT, turboexpansor, refrigeracin mecnica o una combinacin de estos. Los quidos recuperadosdel sistema de controldel punto de rocoy, posiblemente,los del trende compresinde los depuradores selesdisminuye la presiny se dirigen ala columnadespropanizadora. La siguiente figura muestrauna configuracin tpicade esta seccindel proceso.

Figura 4. Configuracin tpica de la Seccinde recuperacin de condensado La temperatura del rehervidor del despropanizador se ajusta para maximizar la recuperacin de los componentes C4+. La columna despropanizadorarechaza en el flujo de gas de cabeza, la mayora de los C3 y componentes de peso molecular ms bajo, mientras que los componentes C4son dirigidosal fondo de la columna. La TVP del fondo de la columna se ajusta, de tal manera que, cuando el condensado se mezcla con la corriente de crudo, la TVP/RVP de esta corriente combinada (por lo general alrededor de 12 psia) seala establecida. Esto se logra

controlando el punto de ajuste de la temperatura del rehervidor. Ungas flash de seal de control de flujo de crudo condensado seccin de mezcla y estabilizacin del proceso de proporcionar un control en cascada de consignaal controlador de la temperatura del rehervidor. Esto asegura que la recuperacin del lquido estabilizado siempre sea mximo, independientementedel flujo real de crudo y gas asociado (y por lo tanto de condensado) o de sus proporciones. El proceso esta esencialmenteconfigurado de tal manera que el condensado sea estabilizado (en la columna despropanizadora) hasta un nivel adecuado para que laTVP / PVR de la corriente combinada de crudo y condensado cumplacon las especificacionesde almacenamiento y de exportacin. Lacolumna despropanizadora se asegurar de que los livianos de la corriente de condensado se encuentran desplazadas en la corriente de gas de salida y los ms pesados se dirigirn a la corriente de fondo de la columna. La columna despropanizadora puede ser una columna convencional con platos, estructurada, con empaques al azar o de otros internos adecuados para promover el contacto vapor lquido. Para una columna convencional, un lquido con capacidad de arranque est obligado a proporcionar suficiente tiempo de residencia para la separacin de lquido y vapor para dar aumento adecuado al volumen de la bomba de aguas abajo

Mezcla y Estabilizacin de Crudo y condensado.El crudo que es despojado de C3- en la seccin de despojamiento de crudo delproceso esdirigido a uncoalescedor electrosttico, si es necesario, para deshidratar el crudo y satisfacer el contenido de SB& A (sedimento bsico y agua) en el crudo. La operacin con vapor de despojamiento tambin funciona para el agua de lavado del crudo y por lo tanto mejora el funcionamiento del coalescedor electrosttico. El crudo deshidratado es entonces mezclado con condensadoproveniente del despropanizador. Alternativa, si la deshidratacin de la corriente de condensadoes necesaria, la mezcla de los flujos de crudo y condensado se puede hacer aguas arriba de la coalescencia electrosttica. En este caso elcondensado podra necesitar ser pre enfriado y la presin de operacin del coalescedor electrosttico mantenida de tal manera que la separacion vaporbreak-out no se produzcan dentro de la coalescedor electrosttico. Lacorriente mezcladaes entoncesdirigidaal intercambiador de calorcrudo-crudo para la recuperacin de calory luego aun enfriadorantes de que lapresin sea bajadageneralmente,a una presin deaproximadamente 0,5 a 1bar.La presin de trabajoes tal que ser suficienteel cabezaldel lquidopara vencer la cadade presin del sistemaaguas abajoen la rutade almacenamiento. El lquidoes entonces enviadoaun recipiente flash parala separacin de los vapores de lquidos.La temperatura de funcionamientodel tanqueflash se ajustade tal manera quela mezclade crudoy condensadosea estabilizadaa laespecificacin deseadaTVP/ RVP.Generalmente, la temperaturaes ajustada en 60 a 70C. aproximadamente

El gas de salida delrecipiemteFlash esmezcladoconel gas de salidadela columna despojadora, esenfradoy dirigido altren de compresin gasde flash.Para maximizarla recuperacinde lquidoestabilizado, la tasa de gas de salidadel tambor Flashse mantiene siemprea un valorpre-establecido, por lo general enaproximadamente 0,5 a 1MMscfd.Esto se hacepor mediode un circuito decontrol en cascada, donde elControlador de flujodelgas de salidadel recipiente Flashse utiliza comopunto decontrol del rehervidordespropanizadorcontrolador de temperatura. Esto asegura quela cantidad debutano(C4) queextrae delos condensados sean enviadosa lacolumnadespropanizadorse maximizael lmitequepuede ser manejado porel crudomezclado yflujo decondensadode reuniones, mientras quela especificacin deTVP/ RVP. Los lquidos de lostambores Flashson dirigidosa un enfriadory se enva aalmacenamiento a travs deuna vlvula decontrol de nivel. Por otra parte,el crudopuedeser bombeado aalmacenamiento.

Ejemplodel Caso en EstudioEl desempeo de laHyReQesunacomparacincontra los sistemas de estabilizacin petrleo/condensadoconvencionales. Un estudio de este casoesconsiderado para unacorriente de gasyde 160MMscfd degas no asociadoy 16.000bpd de condensado, y otro de alimentacindepetrleode 21.000barriles diariosde petrleo crudo y11MMScfdde gas asociados. Se consideran cuatro plantasdiferentes, estas son: i.Fraccionamiento GLP ii. Separacin y estabilizacin convencionalde mltiples etapas iii. Separacin convencional enmltiples etapas, adems de estabilizacin de condensado iv. HyReQ

Fraccionamientode GLPUna instalacin deGLPdiseadopara una capacidad nominalde 170MMscfd deexportacin de gas, 10.000 barriles diarios deGLPy 34.000bpd de petrleo crudo.La Figura 5 muestraun sistema tpicode GLPy estabilizacin de condensadopara su aplicacinen alta mar. El proceso utilizamltiples etapas de separacin para estabilizarel condensado. El gas de escapedel sistemade estabilizacinde mltiplesetapa esre comprimidoymezclado congas no asociado. El gasser tratadoy deshidratadohasta especificacin del punto derocode agua.El condensadoserknockoutde la unidad decontrol de punto de roco de hidrocarburos. El condensadocon altocontenido deGLPes dirigidoa la unidad defraccionamiento deGLP. Launidad de fraccionamientode GLPconsistede columnas desetanizadoras y desbutanizadoras

paraproducir elGLPparaalmacenamiento dedicadoFSO. El condensadoestabilizadose mezclaracon el petrleocrudoestabilizadoy enviadoal tanque de almacenamientopetrleo.

Considerando el ao inicial de produccion, la siguiente tabla le da el equilibrio trmico y material de los flujos pertinentes para el proceso se muestra en la figura anterior.

Separacin convencionalde mltiples etapasy la estabilizacin Una separacinde varias etapasy la estabilizacinesun proceso mscomnha utilizado eninstalaciones costa afuera.Constadevarias etapas separaciny calefaccinpara separar el aguay elgas, mientras que el crudoestabilizadoenespecificarlas especificacionesTVP. Comnmente, el flash de compresin de gasse instalar enla recuperacin de condensadode la separacin devaporpara aumentar el rendimientode produccin. Figura 6muestra la configuracintpica detresetapasde separacinysistema de estabilizacin.

Teniendo en cuentala misma alimentacindelos datos de produccin, la siguiente tablale dael equilibrio trmicoy materialde los flujospertinentespara el procesorepresentado enla figura anterior.

Convencional de separacinde etapas mltiples, adems de estabilizacin de condensado Unsistema consiste enuna separacinsimilar a laanterioretapade mltiplesy estabilizacincon la unidad deroco de hidrocarburosinstaladopuntos de control y la columnaestabilizadorade condensado.El condensado separadode la unidad degasde condensacinde puntos de controly se envaa la columnaestabilizadora a la estabilizacindelcondensado aespecificarlas especificacionesTVPEl condensadoestabilizadose mezcla conel petrleo crudoy se enfra, entonces enviaral tanque de almacenamiento. Figura 7muestra la configuracintpica detresetapasde separacinms el sistema deestabilizacin de condensado.

Teniendo en cuentala misma alimentacindelos datos de produccin, la siguiente tablale dael equilibrio trmicoy materialde los flujospertinentes para el procesorepresentado enla figura anterior.

HyReQ Una separacinde varias etapasy la estabilizacinesun proceso mscomnha utilizado eninstalaciones costa afuera.Constadevarias etapas separaciny calefaccinpara separar el aguay elgas, mientras que el crudoestabilizadoenespecificarlas especificacionesTVP. Comnmente, el flash de compresin de gasse instalar enla recuperacin de condensadode la separacin devaporpara aumentar el rendimientode produccin. La figura 8 muestrala configuracin del procesotpico desistemaHyReQ. El sistema consiste enla extraccin decondensadoy condensado unidad de estabilizacin dela columnade vapor integradostrippingy el buquede sobretensin.

Teniendo en cuentala misma alimentacindelos datos de produccin, la siguiente tablale dael equilibrio trmicoy materialde los flujospertinentes para el procesorepresentado enla figura anterior.

Comparativa deHyReQa otros procesos La tabla 5 muestrala producciny las propiedades delaceiteestabilizadodeHyReQen comparacin conotros procesos.ProcesoHyReQrecuperado ms establede aceiteen el rango de460 a 2220el barrily la mejora delas propiedades del aceiteestabilizado. Parareducir laRVP0,3psiade 9,0 psiaa 8,7psia(3% de mejora), TVPmejoradel 16%al 22%.Sin embargo,HyReQproducepetrleoen un buen rangodedensidad 53.42 API, la viscosidad 1,228cP.

Cabe sealar quecantidades significativas decomponentesligeros comoC2, C3componentesse eliminan delpetrleose estabiliz en HyReQproceso. La Figura 9 muestralos componentes dela luzequivalentevolumtrico (propano, etano y ms ligero) en el aceite estabilizado. Para el proceso defraccionamiento deGLP, convencional de tresetapas deproceso de separaciny tresetapasde separacin, ms condensado proceso de estabilizacin,quees de 20 a26 barrilesde etano ycomponentes ms ligerosdel petrleoestabilizado.Si bien, estos tres procesos contienenms de 220barriles degas propanoen el aceiteestabilizado.Sin embargo, sloel procesoHyReQpuede minimizar elpropano, etano ycomponentes ms ligerosdel petrleoestabilizado.Por otra parte,figura 10 muestrala comparacin delos componentesC4+, el proceso de HyReQ tambin contienericosdelC4+componentesen el aceiteestabilizadoen comparacin conel restootrastres procesos.

Un grfico circularen la figura 11muestra el porcentaje derecuperacin deC4+en elproceso de separacinconvencional de 3etapas. Esel 84,7%deC4+ se recupera enelpetrleo crudo, peroel 15,3% de+C4no se recuperalo quevaya a laexportacin de gas.Este proceso de separacinde 3 etapases

ms ineficientesde los cuatroprocesos mencionados. El rendimiento delC4+recuperacinser mejorada poruna columna deestabilizador decondensado, que el 84,7%de+C4se recupera en petrleo crudose refieren ala Figura 12. Sin embargo, elproceso de fraccionamientode GLPse puede recuperar yevitar quela mayor parte deC4+a la prdidaenlas exportaciones de gas, que es del 0,1%en elC4+ de exportacin de gasslo se refiere ala Figura 13.89,5% de losC4+se recuperen el petrleo crudoy el 10,3%C4+recupera en formade GLP. ElGLPes tiendarequierede almacenamientoa presin ypor separadoen elFSO.

conclusiones Convencionalmente, loslquidos de gas naturalextrado del gasFlashdel tren deestabilizacin de condensadoy la corrientede exportacinde gas procesado para separarelGLPy se exportanpor separado.Estocomo se dijo antes, la plantasustancialmentemayor complejidad, los requisitos deparcelael espaciocon un altoCAPEX y OPEXcon lo que laeconomapoco atractiva. El proceso deHyReQdala mayor recuperacinC4+en el petrleo crudoy la configuracines menos complejaen comparacin con elGLP fraccionamiento. El procesodamejor solucinen trminos depunto de vista econmicoy el aspectodel medio ambiente.