NOMBRE :
marco a. Ordoñez campos
Nº REGISTRO: 207053502 DOCENTE: ING. Víctor Saldias CARRERA: ingeniería petrolera
MONTERO-SANTA CRUZ-BOLIVIA
1) INTRODUCION: Muchos materiales de procesos químicos, así como sustancias biológicas, se presentan como mezclas de diferentes componentes en fase gaseosa, líquida o sólida. Para separar o extraer uno o más de los componentes de la mezcla original, dicho componente se debe poner en contacto con otra fase. Las dos fases se llevan a un contacto más o menos íntimo, de manera que el soluto o los solutos puedan difundirse unos en otros. Por lo general, las dos fases consideradas son parcialmente miscibles entre sí. El par de fases puede ser gas-líquido, gas-sólido, líquido-líquido, o líquido-sólido. Durante el contacto los componentes de la mezcla original se redistribuyen entre ambas fases. Después de esto, las fases se separan por cualquier método físico simple. Seleccionando las condiciones y fases apropiadas, una fase más componentes.
Principales Métodos de Separación : Los Métodos de Separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como Punto de Ebullición; Densidad; Presión de Vapor; Punto de Fusión; Solubilidad, etc. Los Métodos Más conocidos de separación son: Filtración; Decantación; Evaporación; Cristalización, Sublimación; Destilación, Extracción y Cromatografía.
a.- Filtración: El procedimiento de Filtración consiste en retener partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido.
b.- Decantación El procedimiento de decantación consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo, 2 líquidos que no se mezclan, sólido y líquido, etc.) siempre y cuando exista una diferencia bien marcada entre las densidades de las fases
c.- Evaporación El procedimiento de Evaporación consiste en separar los componentes más volátiles exponiendo una gran superficie de la mezcla.
d.- Cristalización El procedimiento de Cristalización consiste en separar componentes a través de la formación de cristales e.- Sublimación La Sublimación aprovecha la propiedad de algunos compuestos de cambiar del estado sólido al estado vapor sin pasar por el estado líquido. Por ejemplo, el I 2 y el CO2 (hielo seco) poseen esta propiedad a presión atmosférica.
f.- Destilación Este método consiste en separar los componentes de las mezclas basándose en las diferencias en los puntos de ebullición de dichos componentes. Vapor alta tendrán puntos de ebullición bajos. En muchos casos al tratar de separar un componente de la mezcla por destilación en la fase de vapor se forma una especie de asociación entre las molécula
Los tipos de Destilación más comunes son: La Destilación Simple, Destilación Fraccionada y la Destilación por Arrastre con Vapor:
Destilación Simple Aquí el proceso se lleva a cabo por medio de una sola etapa, es decir, que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo
Destilación fraccionada el proceso se realiza en multietapas por medio de una columna de destilación en la cual, se llevan a cabo continuamente numerosas evaporaciones y
condensaciones. Al ir avanzando a lo largo de la columna, la composición del vapor es más concentrada en el componente más volátil y la concentración del líquido que condensa es más rica en el componente menos volátil. Cabe mencionar que este tipo de destilación es mucho más eficiente que una destilación simple y que mientras más etapas involucre, mejor separación se obtiene de los componentes.
Destilación por Arrastre con Vapor. En este proceso se hace pasar una corriente de vapor a través de la mezcla de reacción y los componentes que son solubles en el vapor
g.- Extracción Cuando los solutos se distribuyen libremente entre dos solventes inmiscibles se establece una diferencia entre las relaciones de concentración en el equilibrio
2) EQUIPOS DE SEPARACION: Los equipos de separación, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria petrolera para separar mezclas de líquido y gas. Un separador es un cilindro de acero que por lo general se utiliza para disgregar la mezcla de hidrocarburos en sus componentes básicos, petróleo y gas. Adicionalmente, el recipiente permite aislar los hidrocarburos de otros componentes indeseables como la arena y el agua.
Las mezclas de líquido y gas, se presentan en los campos petroleros principalmente por las siguientes causas: a) Por lo general los pozos producen líquidos y gas mezclados en un solo flujo b) Hay tuberías en las que aparentemente se maneja sólo líquido o gas; pero debido a los cambios de presión y temperatura que se producen a través de la tubería, hay vaporización de líquido o condensación de gas, dando lugar al flujo de dos fases c) En ocasiones el flujo de gas arrastra líquidos de las compresoras y equipos de procesamiento, en cantidades apreciables
3) TIPOS DE SEPARADORES: En primera instancia es conveniente aclarar que la primera clasificación está en función del número de fases que separa; se les llama separadores BIFÁSICOS (cuando separan dos fases, como petróleo y gas o agua y petróleo). Siempre se deberá especificar las fases que entran en juego. Se conoce como separadores TRIFÁSICOS a los que se diseñan para separar tres fases (agua, petróleo y gas) y tetrafásicos, aquellos en los cuales se ha previsto, adicionalmente, una sección para la separación de la espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos.
BIFASICO
TRIFASICO
4) SEPARADORES VERTICALES Y HORIZONTALES En los separadores verticales, la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excede a la velocidad de decantación de la fase pesada no se producirá la separación de fases. Mientras, que en los separadores horizontales, la fase pesada decanta perpendicularmente en dirección del flujo de la fase liviana, permitiendo que esta pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación. Tanto los separadores verticales, como horizontales son ampliamente utilizados en la industria petrolera .
Figura 9 Ejemplo de un Separador Gas- Petróleo de Forma Vertical
Figura 10 Esquema de Un Separador Bifásico Horizontal
En .separadores horizontales, la fase pesada decanta perpendicularmente en dirección del flujo de la fase liviana, permitiendo que ésta pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesada discontinua. Se tendrán separadores horizontales bifásicos o trifásicos. Esta, clasificación estará relacionada, con la posición del recipiente y el número de fases a separar. En vista que los separadores esféricos no son muy utilizados en la industria petrolera , El separador vertical, por tener mayor altura, que el separador horizontal, es más fácil manejar el control de nivel, luego se puede señalar que el control de nivel en separador vertical no es crítico, como lo es en el horizontal. En un separador horizontal se puede incrementar con cierta facilidad la capacidad volumétrica, tal como es posible agregar cilindros al separador horizontal, mientras que es imposible hacerlo en un separador vertical. En vista que en el separador horizontal, se puede agregar mecanismos internos, para limpiar las arenas. Luego el manejo de partículas sólidas, se maneja con mayor eficiencia en el separador horizontal. .Cuando el fluido a separar es de carácter espumoso, se recomienda utilizar un separador horizontal, en vista que en este separador, se puede diseñar una fase del separador libre para la espuma.
Ventajas de Un Separador Horizontal A: Por lo normal se emplean cuando la relación gas- líquido es baja B: requieren de poco espacio vertical para su instalación
C: requieren menor diámetro que un separador vertical, para una capacidad dada de gas de gas D: Manejan grandes cantidades de líquido, optimizando el volumen de operación requerido E: Los volúmenes de retención facilitan la desgasificación del líquido y el manejo de la espuma, si se forma F: Tienen mayor capacidad para manejar gas que los verticales. G: Son más económicos que los verticales. H: Son más fáciles de instalar que los verticales. Son muy adecuados para manejar aceite con alto contenido de espuma. Para esto, donde queda la interface gas-líquido, se instalan placas rompedoras de espuma
Desventajas de los Separadores Horizontales a.- Cuando existen variaciones a nivel de la fase pesada afectan la separación de la fase liviana b.- Ocupan mucho espacio horizontal c.- Es difícil la remoción de sólidos acumulados No son adecuados para manejar flujos de pozos que contienen materiales sólidos como arena o lodo, pues es difícil limpiar este tipo de separadores. El control de nivel de líquido es más crítico que en los separadores verticales.
ESQUEMA DE SEPARADOR VERTICAL
Ventajas de los Separadores Verticales a.- Por lo normal se emplean cuando la relación gas o vapor- líquido es alta y/o cuando se esperan grandes variaciones en el flujo de vapor/gas b.- Tienen mayor facilidad, que un separador horizontal para el control del nivel del líquido, c.- Ocupan poco espacio horizontal d.- Tienen facilidades en remoción de sólidos acumulados e-Es fácil mantenerlos limpios, por lo que se recomiendan para manejar flujos de pozos con alto contenido de lodo,
Desventajas de los Separadores Verticales a.- El manejo de grandes cantidades de líquido, produce fuertes variaciones en la entrada del líquido, b.- requieren de mayor diámetro que los separadores horizontales, para una capacidad dada de gas c.- Requieren de mucho espacio vertical para su instalación, lo que provoca problemas de carácter económico, ya que no siempre las instalaciones cuentan con el espacio suficiente, y tienen que comenzar a adquirir terrenos adicionales para la implementación del separador, y D: Son más costosos que los horizontales. E: Son más difíciles de instalar que los horizontales. F: Se necesita un diámetro mayor que el de los horizontales para manejar la misma cantidad de gas.
Separadores Tipo Centrífugo. Estos separadores se utilizan para separar partículas sólidas y líquidas de la corriente de gas
Separación centrifuga. Decantación Definición: Es un método de separación de fases en sistemas heterogéneos formados por líquidos no miscibles (no solubles entre sí) de distinta densidad. Por ejemplo agua y aceite. Si se deja el sistema en reposo, por diferencia de densidad se separan ambas fases: el aceite menos denso sobrenada y el agua más densa se deposita en el fondo. En la industria se emplean distintos equipos para lograr la separación. En esta sección veremos el decantador gravitatorio continuo y el decantador centrífugo.
Ampolla de decantación
Decantador gravitatorio continuo La mezcla de alimentación entra por un extremo del separador; los dos líquidos fluyen lentamente a través del tanque, se separan en dos capas, y descargan por los rebosaderos situados al otro extremo del separador. Si los rebosaderos son lo suficientemente grandes como para que la resistencia al flujo de los fluidos pueda despreciarse,
Separación por choque: La separación por choque utiliza el impacto y las fuerza de inercia entre partículas, las corrientes de gas y los cuerpos de blanco para proporcionar la captura. En los líquidos la coalescencia de la gota ocurre sobre la superficie del blanco y se deben tomar las medidas adecuadas para drenar. Un separador por choque no es otra cosa que un blanco colocado frente a un canal de flujo
FACTORES QUE AFECTAN LA SEPARACION Problemas de operación de los separadores. Los principales problemas de operación de los separadores son:
a.- Crudos Espumosos: La espuma, es causada por las impurezas y el agua presente en el crudo. Y los problemas que causa la espumo son. 1.- Dificultad para controlar el nivel del líquido 2.- Problemas en la separación del líquido del gas. 3.- Probabilidad que el gas y el líquido salgan del separador junto con la espuma, y con ello causar considerables pérdidas económicas. Se recomienda tener en cuenta que el espumaje, depende fundamentalmente de la presión de trabajo Uno de los puntos que se recomienda tener en cuenta en el manejo de los separadores, son las causales de la formación de espumas, tal como las espumas actúan en forma tal, que hacen disminuir la eficiencia de los procesos de separación. Las espumas se clasifican en: espumas de tipo mecánico, las cuales son producidas por los altos volúmenes o las altas velocidades del fluido dentro del separador. También existen las espumas de tipo químico. Estas espumas se producen fundamentalmente por el uso indebido de reactivos químicos
b.- Presencia de Arenas: Los principales problemas son: 1.- Taponamiento de los dispositivos internos del separador 2.- Erosión y corte de válvulas y líneas 3.- Acumulación en el fondo del separador.
c.- Velocidad de Erosión (P/s) Esta es la máxima velocidad hasta donde se puede permitir que se produzca una erosión aceptable o aquella por encima de la cual el desgaste del material es exagerado.
d.- Parafinas: El funcionamiento de un separador se puede afectar con la acumulación de parafina. Y, para evitar o disminuir su presencia se recomienda utilizar inyecciones de vapor, con lo cual se limpian las regiones del taponamiento.
e.- Emulsiones La presencia de emulsiones crea problemas en los separadores de 3 fases. Las emulsiones constituyen un serio problema en separadores trifásicos. Cuando existe la tendencia a la formación de emulsiones
f.- Problemas de Arrastre, se entiende por arrastre a toda porción de sólido y/o Líquidos presentes en tuberías de gas. El arrastre es un fenómeno complejo donde gran cantidad de variables entran en juego. Cuando la velocidad del gas es relativamente elevada, éste se dispersa totalmente en el líquido, el cual a su vez es agitado hasta formar la espuma. En el momento cuando el gas se desprende de la espuma, pequeñas gotas de líquido son acarreadas por el gas. En un determinado intervalo de tiempo este líquido tendrá la capacidad de acumularse y formar cantidades considerables de líquido en la corriente gaseosa. Es posible también encontrar arrastre de líquido por exceso en la capacidad de los separadores,
DISEÑO DE SEPARADORES: Fundamento de los Diseños de Separadores: El diseño de los separadores se fundamenta en el estudio de los diferentes estados en que se pueden encontrar los fluidos y el efecto que tengan sobre estos las distintas fuerzas físicas. Luego en el diseño de un separador se deben de tomar en cuenta algunos factores y propiedades de los fluidos que se van a procesar. En términos generales, se considera que un separador representa la primera instalación del procesamiento, y por ende si se utiliza un diseño incorrecto, el proceso puede traer una serie de consecuencias que dificultarían las otras etapas de operación.
Diseño de los Separadores Al diseñar y estudiar la eficiencia de un separador se debe tomar en cuenta los parámetros que afectan el comportamiento del sistema de separación. También se deben de analizar las propiedades del fluido, las cuales derivan del comportamiento de las fases que se separan cuando la mezcla de hidrocarburos, entra al separador El diseño de los separadores es determinante en la eficiencia del proceso de separación. Se sabe, que para que el proceso de separación sea efectivo, los fluidos a separar tienen que ser inmiscible y además tener diferentes densidades. El principal objetivo del diseño de los separadores es obtener en forma separada los diferentes componentes de un fluido, de tal forma de proceder a su tratamiento y comercialización
Parámetros de Importancia en el Diseño de Separadores a.- La energía que posee el fluido al entrar al separador, debe de ser controlada b.-Las tasas de flujo, tanto de la fase líquida, como de la gaseosa, deben de encontrarse dentro del rango establecido por el separador. Si, esto se cumple se puede asegurar que el fluido es controlado por las fuerzas de gravedad c.- Las turbulencia que ocurren fundamentalmente en la sección ocupada por la fase gaseosa, debe de ser minimizada,
d.- La acumulación de espuma y contaminantes debe de ser controlada. e.- Las salidas del separador de las fases líquidas y gaseosas, deben de realizarse de tal forma, que no vuelvan a encontrase. Además a la salida de los fluidos del separador debe de tener controles, de presión y de nivel de los fluidos. f.- En el separador se debe tener prevista la eliminación de partículas sólidas, cuando estas se hayan acumulado g.- En el separador se tiene que tener prevista el control de la presión, h.- Para el correcto diseño de un separador se deben conocer y manejar los parámetros que afectan el comportamiento del sistema a separar. i.- También es muy importante tener en cuenta las propiedades del fluido, que se va a separar, se debe conocer, por ejemplo: las tasas máximas y mínimas de las fases, la temperatura y presión de operación, la densidad, viscosidad, índice de corrosión; la presión de diseño. Antes de comenzar el diseño de un separador es preciso tener muy en claro, el uso que se le dará al recipiente, esto es muy importante, ya que de ello dependerá la eficiencia del proceso de separación. En el separador vertical, la resultante de la sumatoria de las fuerzas poseen una dirección vertical, mientras que en un separador horizontal la resultante de las fuerza tendrá una dirección inclinada. Esta diferencia, trae como consecuencia que la velocidad del gas en un separador horizontal alcance valores mayores,
Parámetros que Intervienen en el Diseño de los Separadores. Para que el proceso de separación y, además impedir problemas de operación aguas abajo del separador, dentro del separador se incluyan ciertos aparatos, los cuales serán conocidos genéricamente como “Internos”,
a.- Deflectores. Estos dispositivos internos adosados a las boquillas de entrada, se emplean para producir un cambio en la cantidad de movimiento o de dirección del flujo de la corriente de entrada, y así producir la primera separación mecánica de las fases.
b.- Eliminadores de Niebla. Estos son aditivos que se colocan para eliminar pequeñas gotas de líquido que no pueden ser separadas por la simple acción de la gravedad.
c.- Rompe Vórtice Estos utensilios están adosados internamente a las boquillas de líquido y su función es evitar el arrastre de burbujas de vapor, en la corriente que dejar el separador.
d.- Composición del fluido que se va a separar . La mayoría de los diseñadores no analiza en fluido antes del diseño, sino que simplemente parte de un determinado volumen, sin embargo para un correcto diseño se debe manejar en forma clara el concepto de equilibrio de fases, separación instantánea, ya que será la única manera, en que se pueda manejar la cantidad de líquido y gas a separar bajo las condiciones de presión y temperatura de operación.
e.- Presión y Temperatura de operación. Estos son parámetros de gran importancia de manejar en el diseño de los separadores, ya que afectan la operatividad del separador,
ETAPAS DE SEPARACION Es una operación en la que se pasa el flujo del pozo a través de dos o más separadores que se disponen en serie. El primer separador se llama la primera etapa de separación, el segundo de segunda etapa y los adicionales se nombran según su posición en la serie. Las presiones de operación son reducidas secuencialmente por lo que la más alta se encuentra en el primer separador y la más baja en el último. El objetivo de las etapas de separación es maximizar la recuperación de hidrocarburos líquidos y para proporcionar la máxima estabilidad a las fases resultantes (líquido y gas) que sale del separador final. Esto significa que las cantidades de gas o líquido no cambiaran a una fase de líquido o gas respectivamente, en lugares tales como tanques de almacenamiento o tuberías de gas.
SEPARADORES A BAJA TEMPERATURA * Separadores a Baja Temperatura - Estos dispositivos se utilizan para separar a baja temperatura gas y condensados, mediante una expansión térmica. Están diseñados para manejar y precipitar los hidratos que se pueden formar cuando disminuye la temperatura. Temperatura de separación. En cuanto a la recuperación de líquidos, la temperatura de separación Interviene de la siguiente forma: a medida que disminuye la temperatura de Separación, se incrementa la recuperación de líquidos en el separador., a) La separación a baja temperatura necesita equipo adicional de Enfriamiento. b) Se presentan otros problemas de operación, tal como la formación de hidratos. En consecuencia, para obtener la temperatura óptima de separación, desde el punto de vista de recuperación de líquidos es necesario considerar todos los aspectos mencionados. La temperatura afecta la capacidad del separador al variar los volúmenes de fluido y sus densidades. El efecto neto de un aumento en la temperatura de separación es la disminu ción de
capacidad en la separación de gas.
