Workshop Worksh op Destilación y Bases Lubricantes Yagua, Y agua, Julio 2002 2002
Desalación de Crudos Pesados
Carlos L. Guzmán PDVSA-Intevep
Desalación de crudos pesados Desalación: Definición El proceso de desalación se utiliza para la remoción de impurezas indeseables, tales como agua salada, sólidos suspendidos y contaminantes metálicos, presentes en las corrientes de crudo previo a su refinación. –
–
Las sales e impurezas pueden ser removidas del crudo mediante la dilución del agua de formación por la inyección de agua fresca. La formación de emulsiones es la mejor forma de producir el contacto intimo requerido entre el crudo, sus impurezas y el agua de lavado.
Desalación de crudos pesados Componentes de las emulsiones que alimentan las refinerías: –
–
–
Crudo Agua de formación emulsificada (salmuera natural) Partículas sólidas (arcillas, sedimentos, arenas, sulfuro de hierro, etc)
Desalación de crudos pesados Agentes estabilizantes de las emulsiones mas frecuentes
Surfactantes naturales (ácidos carboxílicos y nafténicos)
Parafinas / Asfaltenos
Arenas
Sólidos de Formacion (arcillas, sedimentos, etc.)
Substancias Incompatibles (contaminantes)
Desalación de crudos pesados Sales disueltas* NaCl
~75%
•
MgCl2
~15%
•
CaCl2
~10%
•
•
Tambien están presentes cantidades pequeñas de sulfato de calcio, carbonatos y bicarbonatos
*Distribución típica
Desalación de crudos pesados Salinidad del crudo WATER SALINITY (ppm)
3,50
200
3,00
500
2,50
1000
) 2,00 % ( 1,50 W & S1,00 B
2000 5000 10000 20000
0,50
30000 0,00 0
10
20
30
40
50
60
70
80
BITUMEN SALINITY (PTB) %BS&W: % de agua y sedimentos en el crudo PTB: libras de sal como NaCl en mil barriles de crudo ppm: mg de sal como NaCl por litro de agua
90
100
Desalación de crudos pesados Motivación de los procesos de desalación •
•
•
•
Las sales de cloruro causan corrosión en las unidades de crudo La presencia de sódio en el agua asociada al crudo incrementa las tasas de ensuciamiento ( fouling ) en las unidades de crudo, vácio, intercambiadores de calor y hornos El Sodio envenena catalizadores en las unidades de conversión de residuales El Sodio promueve la formación de espuma en el procesamiento de crudos pesados
Desalación de crudos pesados Sistema de manejo de crudo en refinería
Refinery Tank Farm Barge or Tanker Crude Oil
Tank 1
Pipeline Crude Oil Pipeline Terminal Crude Storage
Tank 2
Tank Farm Crude Pump
Crude Oil Booster Pump
Tank 3
To Hot Crude Preheat Exchangers
Emulsion Breaking Chemical
Crude Oil Desalter
Cold Crude Preheat Exchangers
Mix Valve Interface Level Controller
Desalter Effluent Water Pump
Crude Charge Pump Desalter Wash Water
Desalación de crudos pesados Hydrolisis de Cloruros en el Crudo 100 90 80
s 70 i s y 60 l o r 50 d y H 40 % 30
MgCL2 CaCL2
20 10 0 250
300
350
400
450
500
Temperatura, °F
550
600
650
700
Desalación de crudos pesados Evaluación de tratabilidad del crudo: Prueba de estabilidad de emulsiones
Crudo
•
Centrifugación
• •
Centrifugación Calentamiento (140°F)
• •
•
Centrifugación Calentamiento (140°F) Química deshidratante (“Knock-out”)
Emulsión
Caracterización de las emulsiones. Determinación de % Agua y Sedimentos
Emulsión Agua Sedimento
Desalación de crudos pesados Evaluación de tratabilidad del crudo: Prueba de estabilidad de emulsiones Simulación de las condiciones de operación mediante dilución. Dosage
0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 - All test
% Water separated WOC/WOH WC/WH 2hr 3 hr 4hr 16 hr 24 hr %W %E %S %W %E %S Well s ample 50% additional diluent (9%BS&W ) 6 7 0,8 NSO T 3 7 1,6 NSO T 2,4 6 1,6 NSO T 2,6 6 1,2 NSO T Well sample (original: 15,6°API) (11%BS&W ) 0 0 0 0 10 T T 10 NSO T 0 0 2,6 3,2 7 T T 8 NSO T 0 1 2,6 3,2 7 T T 7 NSO T 0 1 2,4 3,5 4,8 NSO T 6,2 NSO T Well s ample (original: 15,6°API): Electrostatic field (10 min) (9%BS &W) 7 NSO T 2,8 NSO T run at 140 °F
%BS&W 0,8 1,6 1,6 1,2 10 8 7 6,2 7 2,8
Desalación de crudos pesados Evaluación de tratabilidad del crudo: Prueba de estabilidad de emulsiones
Equipo de prueba de susceptibilidad eléctrica
Desalación de crudos pesados
Analyser controls Graphical recorder
Test cell
Desalación de crudos pesados Conductividad eléctrica relativa del crudo como función de la temperatura 0,0000205000
y 0,0000190000 t i v i t c 0,0000175000 u d ) 0,0000160000 n V o / C A l ( m0,0000145000 a c i r 0,0000130000 t c e l E 0,0000115000
Petrozuata Lagotreco Jusepin
0,0000100000 0
10
20
30
40
50
60
Temperatura (°C)
70
80
90
Desalación de crudos pesados Contenido de agua en el crudo en función de la intensidad del campo eléctrico 6
. %5 , o d 4 u r C l 3 e n e 2 a u g 1 A
0 0
1
2
3
Intensidad del Campo Eléctrico, KV/plg.
4
Desalación de crudos pesados Niveles de intensidad del campo eléctrico procesamiento de crudos pesados 400
400
350
350
Amperaje 1, (amp) 300
300 ) s o 250 i r e p m 200 A ( e j a r e 150 p m A
) s 250 o i t l o V 200 ( e j a t l o V 150
100
100
50
50
0
0 0
5
10
15
20
Amperaje 2, (amp) Amperaje 3, (amp) Voltaje transformador 1, (volts) Voltaje 3, (volts) Voltaje 2, (volts)
Desalación de crudos pesados Efecto de la temperatura en la intensidad del campo eléctrico 400
400
350
350
p m A300 , e j a r 250 e p m A200
300
250
200 Voltaje 1
Amperaje 2
150
150
Voltaje 2
Amperaje 1
100
100 130
135
140
145
Temperatura, °C
150
155
160
s t l o V , e j a t l o V
Desalación de crudos pesados Parámetros de operación críticos •
•
Tasa de inyección de agua de lavado Control de pH en el agua de lavado (estabilización de emulsiones)
•
Control de nivel de interfase
•
Calidad del agua de reciclo
•
•
Deposición de sólidos (sistemas de remoción de sólidos) Eficiencia de los sistemas de mezclado
Desalación de crudos pesados Fuentes de agua de lavado · Aguas agrias (Stripped sour water) · Agua de proceso - Agua de tope de columnas vaporizadoras (Preflash overhead water) - Agua de tope de columnas atmosféricas (Atmospheric column overhead water) - Condensadores de unidades de vacío (Vacuum condensate)
· Aguas industriales
Desalación de crudos pesados Variación de la salinidad del crudo en función del % del agua de lavado.
60,0 50,0 40,0
D-201B
B T 30,0 P
DS-201C DS-201D
20,0 10,0 0,0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
% Inyeccion de agua de lavado
Desalación de crudos pesados Control de pH en el agua de lavado •
Intervalo de pH: 5 - 8
•
Amoníaco < 50 ppm
•
Solidos < 10 ptb
•
Dureza < 175 ppm (como carbonato de calcio)
•
pH afecta estabilidad de las emulsiones
•
pH 6-7 óptimo
•
pH >8.5 nivel crítico
•
Crudos con alto contenido de ácidos nafténicos requieren de bajos niveles de pH
Desalación de crudos pesados Nivel de interfase crudo-agua Sample HP Inlet DH Inlet V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 DH Outlet Scrubber HP Scrubber DH JK-25 (8) DH-31 (8A)
WOC/WOH(1) %W %E %S 0,8 NO T 0,4 NO T 3,2 NO T 2,4 NO T 1,2 NO T 1,2 NO T 0,8 NO T 0,8 NO 0,4 0,8 NO T 6,0 2,0 T T NO -
%W 1,2 0,4 3,8 2,8 1,2 1,2 1,0 0,8 0,8 8,0 T 11,0 9,0
(1)
Centrifugation: W ithout chemical/without heat
(2)
Centrifugation: With chemical/with heat
WC/WH(2) %E %S NO T NO T NO T NO T NO T NO T NO T NO T NO T NO T NO NO T NO T
%BS&W 1,2 0,4 100,0 3,8 2,8 1,2 1,2 1,0 0,8 0,8 8,0 T 11,0 9,0
Desalación de crudos pesados Controladores de nivel de interfase •
Flotadores –
–
–
•
menos efectivos a baja gravedad API poco efectivos en presencia de emulsiones en la interfase
Sondas capacitiva –
–
•
basados en densidad diferencial
miden diferencias in capacidad eléctrica recalibración períodica requerida (sensibles a las variaciones en la carga de alimentación)
Sondas Agar (radio frecuencia) –
mide diferencias en la absorción de energía
Desalación de crudos pesados Sondas Agar
Oil Outlet
High Level Probe
Interface Level
Interface Probe
To Level Control
Mud Probe
Inverter Pan
Brine
Crude
Desalación de crudos pesados Reciclo de agua de lavado •
•
•
Utilizada cuando se dispone de poco agua fresca Incrementa la población de gotas (mejora coalescencia) Mejora deshidratación reduciendo distancia entre gotas / incrementa fuerzas eléctricas de coalescencia
Desalación de crudos pesados Sistema de remoción de sólidos •
•
Boquillas ubicadas a 1-1.5 ft. desde el fondo Velocidad y frecuencia de operación son los parámetros críticos –
–
Se recomienda 10 gpm por boquilla Operar hasta clarificación del efluente
INTERFACE LEVEL IN VESSEL
MUDWASH HEADER & NOZZLES
LEVEL CONTROLLER
TO SEWER & WASTE WATER TREATMENT PLANT
DESALTER EFFLUENT WATER HEADER
MUD WASH PUMP
ALTERNATE MUD WASH WATER SOURCE
Desalación de crudos pesados Caida de presión en la válvula de mezcla 4,0
20,0
3,5
%Agua (1ra Etapa)
18,0
Salinidad (1ra Etapa)
16,0
3,0 14,0
a d 2,5 i l a s a 2,0 u g A 1,5 %
B 12,0 T P , d 10,0 a d i n l 8,0 i a S 6,0
1,0 4,0 0,5
2,0
0,0
0,0 0,0
0,1
0,1
0,2
0,2
0,3
0,3
Caida de presión, bar
0,4
0,4
0,5
Desalación de crudos pesados no permite alta energía de mezclado
Desalación de crudos pesados PRINCIPALES FABRICANTES DE EQUIPOS
BAKER HUGHES (PETRECO) HOWE BAKER NATCO KVAERNER HRI (HTI)
•
•
•
•
Desalación de crudos pesados BAKER HUGHES /PETRECO
Desalación de crudos pesados HOWE BAKER ENGINEERS, INC.
Desalación de crudos pesados NATCO H.V. Insulated Hanger Dilution Water Header
H.V. Grid
Distributor
Interface
Desalador Electrostático de Polaridad Dual
Desalación de crudos pesados KVAERNER
Tratadores electrostáticos
Desalación de crudos pesados Diseño de equipos de desalación electrostática
Diseño = 130 Operación = 80
Factor de Stokes: es indicativo de la velocidad de separación de las gotas de agua, a una determinada temperatura. Flux (Factor de Carga): volumen de crudo por unidad de tiempo que fluye a través del área de la sección axial del equipo.
Desalación de crudos pesados
Selección y diseño de equipos de desalación
Desalación de crudos pesados CRITERIO DE COMPARACION CALIFICACION DEL SUPLIDOR
17
Experiencia mundial Experiencia en PDVSA Calidad de Propuesta Exp. en adec. (Revamps) TECNOLOGIA
Garantías de Calidad
Costo operacional Elementos tecnológicos
PESO RELATIVO
2 5 3 7
29
Documentación Especificación de crudo Especificación de agua Alc. de la resp. (“liability”) Flexibilidad operacional Electricidad Calor Actual. de tecnología Instrumentación Control de nivel Lavado de lodos Sensibilidad a “Upsets”
MANT. Y SERV. POST-VENTA
2 6 3 2 4 2 2 2 1 1 1 3
11
Estand. y disp. de rep. Costo Serv. Téc. post-venta Represent. Técn. En Vzla. COSTO Y EJECUCION
6 1 4
40
Nivel y precis. inversión Tiempo de ejecución AMB. HIG. Y SEGURIDAD
25 15
3
Seguridad Impacto ambiental
2 1
Matriz de selección de procesos de desalación.
Desalación de crudos pesados SOME APPLICATIONS IN VENEZUELAN PRODUCTION FACILITIES LOCATION
COMPANY
N° unidades
VENDOR
TYPE
URACOA
BENTON-VINCCLER
4
KVAERNER HRI
THERMAL TREATER
JUSEPIN
PDVSA E&P ORIENTE
3
NATCO
DUAL POLARITY
LAGOMEDIO PDVSA E&P OCCIDENTE
2
PETRECO
LOW VELOCITY
MORICHAL
PDVSA E&P ORIENTE
2
PETRECO
LOW VELOCITY
MORICHAL
PDVSA E&P ORIENTE
2
HOWE BAKER
AC DESALTER
BOSCAN
PDVSA E&P OCCIDENTE
2
HOWE BAKER
LOW VELOCITY
Desalación de crudos pesados SOME APPLICATIONS IN VENEZUELAN PRODUCTION FACILITIES Área de
Ubicación
Crudo / °API
N°
aplicación Producción
Capacidad
Fabricante
Modelo
MBPD c/u Estación MURI (Norte de Monagas) Estación MUSIPAN (Norte de Monagas) Estación MPE-1 (Morichal)
El Furrial/
2
45
Natco
Polarity
28-30 El Furrial/
Dual
3
45
Natco
Dual Polarity
28-30 Cerro Negro 2/2St
30
Howe-Baker
TWO-GRID
30
Baker-Hughes Cylectric
/ 14-16 6/2St
(Petreco)
Desalación de crudos pesados APPLICATIONS IN VENEZUELAN REFINERIES REFINERY
#
MANUFACT.
TYPE
API
SALT IN
AMUAY
2
HOWE B AKE R CONVENTIONAL
26
AMUAY
6
PETRECO
LOW V ELOCITY
24
CARDON
2
PETRECO
BIELECTRIC
13
70 PPM
8 - 25 PPM
EL PALITO
2
HOWE BAKER CONVENTIONAL
23 - 30
max. 50
3 - 8
PTO.LA CRUZ
2
PETROLITE
CYELECTRIC
16-17
75 - 40
40 - 15
PTO.LA CRUZ
1
PETROLITE
LOW VELOCITY
30
18 - 5
10 -3
PTO.LA CRUZ
1
NATCO
RETROFIT TO DP
28
SAN ROQUE
1
NATCO
DUAL POLARITY
39
30
SALT OUT
3
BS&W
0.2 - 0.4
0.1 - 0.2
Desalación de crudos pesados APPLICATIONS IN VENEZUELAN REFINERIES Área de
Ubicación
Crudo / °API
N°
aplicación Refinación
Capacidad
Fabricante
Modelo
MBPD c/u Refinería El Palito
28
1
66
1
44
Refinería Lemont
36
1
144
Refinería Cardon
14-24
2
30-34
Howe-Baker
TWO-GRID
Howe-Baker
TWO-GRID
Baker-Hughes
Bylectric
(Petreco) Lyondell
Laguna-Merey/ 2/2St
100
17
Refinería Puerto La Cruz
Merey-Mesa / 24-26
Baker-Hughes
Bylectric
(Petreco) 2
58
Howe-Baker
TWO-GRID
2
50
Natco
Low Velocity
