3. EQUILIBRIO DE FASES LIQUIDO - VAPOR.pdf
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1 UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA 3. EQUILIBRIO DE FASES LÍQUIDO - VAPOR Ing. Javier Andrés Martínez P. 11/04/2014 1 Curso de Comportamiento de Fases - 2014 INTRODUCCION Una “fase” es cualquier parte de un sistema que es uniforme en sus propiedades físicas y químicas, y homogénea en su composición, que es separada de otras fases coexistentes por fronteras definidas. Las fases más importantes en producción de petróleo son la fase de hidrocarburos líquidos y la fase gaseosa. El agua está comúnmente presente como una fase líquida adicional. 11/04/2014 2 Curso de Comportamiento de Fases - 2014
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UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA
3. EQUILIBRIO DE FASES LÍQUIDO - VAPOR
Ing. Javier Andrés Martínez P.
11/04/2014 1Curso de Comportamiento de
Fases - 2014
INTRODUCCION
Una “fase” es cualquier parte de un sistemaque es uniforme en sus propiedades físicas yquímicas, y homogénea en su composición,que es separada de otras fases coexistentespor fronteras definidas. Las fases másimportantes en producción de petróleo son lafase de hidrocarburos líquidos y la fasegaseosa. El agua está comúnmente presentecomo una fase líquida adicional.
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Fases - 2014
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INTRODUCCION
Estas fases pueden existir en equilibrio cuando lasvariables que describen el cambio en el sistema deentrada permanecen constantes con el tiempo. Lasprincipales variables que determinan el estado deequilibrio son la temperatura, la presión y lacomposición del sistema.
Las condiciones en que estas diferentes fases puedenexistir es una cuestión de considerable importanciapráctica en el diseño de las instalaciones de superficiede separación y el desarrollo de modelos decomposición.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
La relación de equilibrio i de un componente dado esdefinida como la relación de la fracción molar decomponente en la fase gaseosa yi a la fracción molardel componente en la fase líquida xi.Matemáticamente, se expresa como:
(1)
A presiones menores de 100 Psia, las leyes de Raoulty Dalton para soluciones ideales proporciona unsignificado simplificado de la predicción de la relaciónde equilibrio.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
La ley de Raoult establece que la presiónparcial, Pi de un componente en un sistemamulticomponente es el producto de su fracciónmolar en la fase líquida y la presión de vapordel componente Pvi
(2)
Pi = Presión parcial del componente i, PsiaPvi = Presión de vapor del componente i, Psiaxi = Fracción molar del componente i en la faselíquida.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
La ley de Dalton establece que la presión parcial de uncomponente es el producto de su fracción molar en la fasegaseosa y la presión total del sistema.
(3)
P = Presión total de sistema, PsiaPi = Presión parcial del componente i, Psiayi = Fracción molar del componente i en la fase gaseosa.
En el equilibrio y en concordancia con anterior, la presión parcialejercida por un componente en la fase gaseosa debe ser igual alla presión parcial ejercida por el mismo componente en la faselíquida.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
Reordenando e introduciendo el concepto de relaciónde equilibrio da
(4)
La Ec. 4 muestra que para soluciones ideales y sintener en cuenta la composición de la mezcla, larelación de equilibrio es solamente función de lapresión y temperatura del sistema.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
En esta etapa es apropiado introducir y definir lasiguiente nomenclatura:
Zi = Fracción molar del componente i en la mezclan = Número total de moles en la mezcla, lb-molnL = Número total de moles en la fase líquidanv = Número total de moles en la fase gaseosa
Por definición
(5)
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
Un balance de materia resulta en:
(6)
zin = Número total de moles del componente i en elsistemaxinL = Número total de moles del componente i en lafase líquidayinv = Número total de moles del componente i en lafase gaseosa.
También por definición de fracción molar:
(7)
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
Todos los cálculos de equilibrio de fases seejecutan sobre la base de una mol de lamezcla, de modo que las Ecs. 5 y 6 se reducena
(8)
(9)
Combinando las Ecs. 1 y 9 para eliminar yi
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
Resolviendo para xi
(10)
La ecuación 9 también puede resolversepara yi, combinandola con la Ec. 1 yeliminando xi
(11)
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
Combinando la Ec. 10 con las Ecs. 7 y 11
(12)
(13)
Puesto que
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RELACIONES DE EQUILIBRIO
Por lo tanto
Reemplazando nL con nv
(14)
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CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Los cálculos flash son una parte integral detodos los procesos y cálculos de ingenieríade yacimientos. Es conveniente conocer lascantidades (en moles) de hidrocarburoslíquidos y gaseosos que coexisten en unyacimiento o un recipiente a una presión ytemperatura dadas. Estos cálculos tambiénse realizan para determinar la composiciónde las fases de hidrocarburos existentes.
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CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Los cálculos flash se necesitan paradeterminar:
Moles de la fase gaseosa, nv
Moles de la fase líquida nL
Composición de la fase líquida, xi
Composición de la fase gaseosa, yi
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Fases - 2014
CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Los pasos para determinar nv, nL, yi y xi de una mezclade hidrocarburos de composición conocida y con uncalculo de relación de equilibrio son:
Paso 1. Cálculo de nv
Calcule nv resolviendo la Ec. 14 por el método deNewton-Raphson.
Asumir un valor de nv entre 0 y 1 Evaluar la función f(nv) usando el valor asumido Si el valor absoluto de la función f(nv) es menor auna tolerancia, entonces el valor asumido es lasolución.
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CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Si el valor asumido es más grande que latolerancia, un nuevo valor de nv es calculado de lasiguiente expresión
Este procedimiento se repite con el nuevo valorde nv hasta que la convergencia es alcanzada.
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Fases - 2014
CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Paso 2. Cálculo de nL
Calcule el número de moles en la fase líquida por la Ec.8
Paso 3. Cálculo de xi
Calcule la composición de la fase líquida, aplicando laEc. 10
Paso 3. Cálculo de yi
Calcule la composición de la fase gaseosa, aplicando laEc. 11
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Fases - 2014
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CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
EJEMPLO 1. Una mezcla de hidrocarburos esflasheada en un separador a 50 Psia y 100°F
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Componente zi
C3 0.2iC4 0.1nC4 0.1iC5 0.2nC5 0.2C6 0.2
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CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Solución
Paso 1. Determine la presión de vapor y larelación de equilibrio para cada componente.
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Componente zi Pv a 100°F KiC3 0.2 190 3.80
iC4 0.1 72.2 1.444nC4 0.1 51.6 1.032iC5 0.2 20.44 0.4088nC5 0.2 15.57 0.3114C6 0.2 4.956 0.09912
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CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Paso 2. Resolver la Ec. 14 para nv por elmétodo de Newton-Raphson.
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Iteración nv F(nv)0 0.08196579 3.073 E-021 0.1079687 8.894 E-022 0.1086363 7.60 E-073 0.1086368 1.49 E -084 0.1086368 0.00
Curso de Comportamiento de Fases - 2014
CÁLCULOS FLASH Y DE COMPOSICIONES
Paso 3. Resuelva para nL:
Paso 4. Resuelva para yi y xi
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Componente xi yi
C3 0.1534 0.5827iC4 0.0954 0.1378nC4 0.0997 0.1028iC5 0.2137 0.0874nC5 0.2162 0.0673C6 0.2216 0.0220
Curso de Comportamiento de Fases - 2014
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
La relación de equilibrio, la cual indica la particiónde cada componente entre la fase líquida ygaseosa, como se calculó en la Ec. 4 en términosde la presión de vapor y del sistema, probó serinadecuada. Las suposiciones detrás de la Ec. 4son:
La fase vapor es un gas ideal descrito por la Leyde Dalton La fase líquida es una solución ideal descrita porla ley de Raoult.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Las combinación de las anteriores suposicioneses irreal y resulta en predicciones inadecuadas dela relación de equilibrio a altas presiones.
Para una solución real, las relaciones de equilibrioya no son solamente función de la presión ytemperatura, sino también una función de lacomposición de la mezcla. Esta observaciónpuede establecerse matemáticamente como
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Numerosos métodos han sido propuestos parapredecir la relación de equilibrio de la mezcla dehidrocarburos. Estas correlaciones van desde unasimple expresión matemática a una expresióncomplicada que contiene varias variables quedependen de la composición. Entre estos métodosestán:
Correlación de Wilson Correlación de StandingCorrelación de Whitson and Torp
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Correlación de Wilson
Wilson (1968) propuso una expresióntermodinámica simplificada para estimarvalores .
(15)
Esta correlación genera buenos valores de cuando se aplica a bajas presiones.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Correlación de Standing
Hoffmann, Crump, and Hacott (1953),Brinkman and Sicking (1960), Kehn (1964),y Dystra and Mueller (1965) sugirieron quecualquier componente hidrocarburo o nohidrocarburo puro puede ser caracterizadocombinando únicamente su temperatura delpunto de ebullición, la temperatura crítica yla presión crítica dentro de un parámetro decaracterización, el cual es definido por:
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Fases - 2014
RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
(16) (17)
Fi = Factor de Caracterización del componenteTbi = Punto normal de ebullición del componente i, °R
Standing (1979) derivó una serie de ecuaciones que fijanla relación de equilibrio a los datos de Katz and Hachmuth(1937) a presiones menores de 1000 Psia y temperaturapor debajo de 200 °F. La correlación propuesta estabasada en gráficos del log(iP) Vs Fi que a una presióndada a menudo da una línea recta.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
(18)
Donde los coeficientes a y c son el intercepto y lapendiente de la línea respectivamente.
De un total de seis isobaras del gráfico de log(iP) Vs Fipara 18 juegos de valores de relación de equilibrio,Standing correlacionó los coeficientes a y c para la presióndada.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
(19)
(20)
Standing puntualizó que los valores predecidosde relaciones de equilibrio del N2, CO2, H2S yC1 a C6 pueden ser mejorados cambiando elparámetro de correlación bi y el punto deebullición de estos componentes. Los valorespropuestos se dan a continuación.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Cuando se hacen cálculos flash, la pregunta de larelación de equilibrio a usar para las fracciones plusagrupadas siempre aparecen. Una regla propuesta porKatz and Hachmuth (1937) es que el valor de para elC7+ puede ser tomado como el 15% del para el C7.
Standing ofreció una alternativa aproximada paradeterminar el valor de para el heptano y fraccionesmás pesadas. Al aplicar valores experimentales de larelación de equilibrio para C7+ en la Ec. 18, Standingcalculó el correspondiente factor de caracterización, Fi,para la fracción plus.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Standing sugirió los siguientes pasos para determinar losparámetros b y Tb.
Paso 1. Determine el número de átomos de carbono, n, dela parafina normal de hidrocarburos
(21)
Paso 2. Calcule el factor correlacionante, b, y el punto deebullición Tb.
(22)
(23)
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
EJEMPLO 2. Una mezcla de hidrocarburos con lasiguiente composición es flasheada a 1000 Psia y 150 °F.
SI el Peso molecular y la gravedad específica del C7+ son198.71 y 0.8527 respectivamente, calcule las relacionesde equilibrio por los anteriores dos métodos.
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Componente zi
CO2 0.009N2 0.003C1 0.535C2 0.115C3 0.088
Componente zi
iC4 0.023nC4 0.23iC5 0.015nC5 0.015C6 0.015
C7+ 0.159
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Solución
a. Correlación de Wilson.
Paso 1. Calcule la presión y temperatura crítica yel factor acéntrico del C7+ por alguno de losmétodos vistos anteriormente.
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Fases - 2014
RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Paso 2. Aplica la Ec. 15
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
b. Correlación de Standing
Paso 1. Calcules los coeficientes a y c
Paso 2. Calcule el número de átomos de carbono,n.
Paso 3. Determine el parámetro b y el punto deebullición Tb
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Paso 4. Aplica la Ec. 18
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16 18
Curso de Comportamiento de Fases - 2014
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Convergencia de Presión
Los primeros estudios de equilibrio de fases a altaspresiones revelaron que cuando una mezcla dehidrocarburos se mantiene a una temperatura constante amedida que aumenta la presión, los valores de equilibriode todos los componentes convergen hacia un valor únicocomún de presión determinada. Esta presión se denominapresión de convergencia, Pk, de la mezcla dehidrocarburos. La presión de convergencia en esencia seutiliza para correlacionar el efecto de la composición en lasrelaciones de equilibrio.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
La figura muestra latendencia de las relacionesde equilibrio que convergenisotérmicamente a un i = 1para todos los componentesa una presión especificada,es decir, la presión deconvergencia.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES Método de Hadden:
Hadden (1953) desarrolló un procedimientoiterativo para el cálculo de la presión deconvergencia de la mezcla de hidrocarburos. Elprocedimiento se basa en formar un "sistemabinario" que describe toda la mezcla. Uno delos componentes en el sistema binario esseleccionado como el más ligero en fracción, yel otro es tratado como un"pseudocomponente" que agrupa todas lasfracciones restantes.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Método de Standing:
Standing (1977) sugirió que la presión deconvergencia podría correlacionarse linealmentecon el peso molecular de los heptanos plus.Whitson and Torp (1981) expresaron esta relacióncomo:
(24)
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES Método de Rzasa:
Rzasa, Glass and Opfell (1952) presentaron unacorrelación gráfica para predecir la presión deconvergencia de mezclas ligeras de hidrocarburos,usando la temperatura y el producto del pesomolecular con la gravedad específica de los heptanosplus como parámetros correlacionantes. Lacorrelación gráfica es expresada matemáticamentecomo:
(25)
a1 = 6124.3049 a2 = -2753.2538 a3 = 415.42049Rango de Temperatura: 50°F a 300°F.
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
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Fases - 2014
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA SOLUCIONES REALES
Correlación de Whitson and Torp
Whitson and Torp (1981) reformularon la ecuaciónde Wilson para predecir mejores resultados a altaspresiones. La ecuación de Wilson fue reformuladaincorporando la presión de convergencia
(26)
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Fases - 2014
RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
La relación de equilibrio de la fracción plus amenudo se comporta de manera diferente aotros componentes de un sistema. Esto esdebido a que la fracción plus en si misma unamezcla de componentes.
Varias técnicas han sido propuestas paraestimar el valor de las fracciones plus.
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Fases - 2014
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
Método de Campbell
Campbell (1976) encontró que el gráfico del logde i Vs Tci
2 para cada componente es unarelación lineal para cualquier sistema dehidrocarburos. Campbell sugirió que dibujandola mejor línea recta a través de loscomponentes del propano hasta el hexano, lalínea resultante puede extrapolarse paraobtener el valor de de la fracción plus. Elmismo procedimiento se sigue para un gráficodel log de i Vs 1/Tbi.
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Fases - 2014
RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
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Fases - 2014
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
Método de Winn
Winn (1954) propuso la siguiente expresiónpara determinar la relación de equilibrio de lasfracciones plus con un punto de ebullición porencima de 210°F
(27)
b = Exponente de Volatilidad
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Fases - 2014
RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
El exponente devolatilidad, b, se puederepresentar mediante lasiguiente correlación o lagráfica.
(28)
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Fases - 2014
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RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
Método de Katz
Katz et al (1957) sugirieron que un factor de0.15 veces la relación de equilibrio para elheptano da una aproximación razonable parala relación de equilibrio del C7+.
(29)
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Fases - 2014
RELACIONES DE EQUILIBRIO PARA LA FRACCIÓN PLUS
Método de Hoffman
Hoffman, Crump y Hocott (1953) propusieron que el gráficodel log(iP) produce una línea recta contra el factor decaracterización Fi. El factor de Caracterización es definido porla siguiente relación.
(30)
La linea recta resultante puede ser extrapolada para obtenerel valor de de la fracción plus, evaluando el factor decaracterización Fi.
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Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
La vasta cantidad de trabajo experimental yteórico que se ha hecho sobre la relación deequilibrio indica su importancia en resolver losproblemas del equilibrio de fases en ingenieríade yacimientos y de procesos. Algunas de lasaplicaciones prácticas son:
Determinación de la Presión del Punto deRocío Determinación de la Presión del Punto deBurbuja Cálculos de separador
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Determinación de la Presión del Punto deRocío
El Punto de Rocío de un sistema dehidrocarburos es definido como la presión a lacual una cantidad infinitesimal de líquido estáen equilibrio con una gran cantidad de gas.Sobre la base de una mol, las siguientescondiciones son aplicadas en la Presión deRocío.
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Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Bajo estas condiciones la composición de la fase vapor esigual a la composición total (yi = zi).
Aplicando los límites anteriores a la Ec. 12:
(31)
La solución de la Ec. 31 para la presión del Punto de Rocíoinvolucra ensayo y error. El proceso se resume en lossiguientes pasos:
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Paso 1. Asumir un valor de Pd, mediante el usode la Ec. de Wilson.
(32)
Paso 2. Con el valor de Pd asumido calcularlos valores de i para cada componente.
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Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Paso 3. Calcule la suma de la Ec. 31
Paso 4. Si la suma es menor que 1, los pasos2 y 3 son repetidos usando un valor de Pd másalto; si la suma es mayor que 1 repita loscálculos con un valor más bajo. El valorcorrecto de la Presión del Punto de Rocío seobtiene cuando la suma es igual a 1.
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Determinación de la Presión del Punto deBurbuja
En el Punto de Burbuja, el sistema dehidrocarburos es esencialmente líquido,excepto que por una cantidad infinitesimal devapor que está en equilibrio con el líquido.Sobre la base de una mol, las siguientescondiciones son aplicadas en la Presión deBurbuja.11/04/2014 58
Curso de Comportamiento de Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Bajo estas condiciones la composición de la fase líquida esigual a la composición total (xi = zi).
Aplicando los límites anteriores a la Ec. 13:
(33)
La solución de la Ec. 33 para la presión del Punto deBurbuja también involucra ensayo y error. Durante elproceso iterativo:
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Si la presión asumida es alta.
Si la Presión asumida es baja.
La Ecuación de Wilson se utiliza para un buenvalor inicial de Pb para el proceso iterativo.
(34)
11/04/2014 60Curso de Comportamiento de
Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Cálculos de Separador
Los fluidos producidos del yacimiento son mezclascomplejas de diferentes características físicas. Laseparación física de las fases líquida y gaseosa es lamás común de todas las operaciones deprocesamiento y una de las más críticas. La maneraen la cual las fases de hidrocarburos son separadasen superficie influye en el recobro del Stock-Tank. Elprincipal significado de la separación de superficie degas y aceite es la etapa convencional de separación.
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
La etapa de separación es un proceso en elcual los hidrocarburos líquidos y gaseosos sonseparados en las fases líquida y de vapor pordos o más separadores. Cada condición depresión y temperatura a la cual loshidrocarburos son separados es llamada etapade separación. Tradicionalmente, el Stock-Tank es normalmente considerado como unaseparada etapa de separación.
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Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Mecánicamente, hay dos tipos de separación de gas yaceite:
Separación “Diferencial” Separación “Flash” o “Equilibrio”
Para explicar los variados procesos de separación, esconveniente definir la composición de una mezcla dehidrocarburos por tres grupos de componentes:
Los componentes muy volátiles (“ligeros”), N2, C1, C2 Los componentes de volatilidad intermedia, C3-C6 Los componentes de menos volatilidad (“Pesados”), C7 ycomponentes más pesados.
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Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
El propósito de la etapa de separación es reducir lapresión sobre el aceite producido de manera que másaceite es recobrado en el Stock-Tank.
Los cálculos de separador son ejecutados paradeterminar:
Condiciones óptimas del separador: Presión yTemperatura. Composición de las fases separadas de aceite ygas. Factor de Volumen del aceite GOR Gravedad API del Stock-Tank.
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Fases - 2014
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Si la presión en el separador es alta, grandescantidades de componentes ligeros permanecerán enla fase líquida en el separador y se perderán a la largacon otros componentes valiosos en la fase gaseosaen el Stock-Tank. Por otro lado si la presión esdemasiado baja grandes cantidades de componentesligeros serán separados de la fase líquida y atraeráncantidades sustanciales de componentes intermediosy pesados. Una presión intermedia, llamada “PresiónÓptima del Separador”, se seleccionará paramaximizar la acumulación del volumen de aceite en elStock-Tank.
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Esta Presión Óptimaproducirá:
Una gravedad APImáxima en el Stock-Tank.
Un Factor Volumétricomínimo.
Un mínimo GOR
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Paso 1. Calcular el volumen de aceite ocupadopor una mol de crudo a la presión ytemperatura del yacimiento.
Paso 2. Dada la composición Zi que entra a lascondiciones de operación del primer separador,calcule la relación de equilibrio de la mezcla dehidrocarburos.
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Paso 3. Asumiendo que entra una mol al primerseparador y usando las relaciones de equilibrio,ejecute cálculos flash para calcular la composicióny cantidades, en moles, de las fases líquida y devapor que salen del primer separador. El númeroactual de moles de gas y líquido que salen de laprimera etapa de separación es:
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Paso 4. Usando la composición del líquido quesale del primer separador para el segundoseparador, calcule la relación de equilibrio de lamezcla a la presión y temperatura delseparador.
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Fases - 2014
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Paso 5. Asumiendo que entra una mol alsegundo separador y usando las relaciones deequilibrio, ejecute cálculos flash para calcular lacomposición y cantidades de las fases líquida yde vapor de la segunda etapa de separación. Elnúmero actual de moles de las dos fases es:
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Paso 6. El procedimiento anterior es repetidopara cada etapa de separación, incluyendo elStock-Tank y la composición y las moles sonregistradas. El número total de moles en todaslas etapas
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
Paso 7. Calcule el volumen en pies cúbicos detodo el gas en solución liberado.
Paso 8. Determine el volumen del Stock-Tankde aceite ocupado por las moles de líquido.
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Paso 9. Calcule la gravedad específica y lagravedad API del aceite en el Stock-Tank.
Paso 10. Calcule el GOR
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Paso 11. Calcule el factor de Volumen delaceite.
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EJEMPLO: Un aceite crudo con la siguientecomposición, existe en su presión de punto de burbujaa 1708.7 Psia y 131°F. El crudo es flasheado a travésde dos separadores y un stock-tank en las facilidadesde superficie. Las condiciones de los separadores y elstock-tank son:
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Separador Presión (Psia) Temperatura (°F)
1 400 72
2 350 72
Stock-Tank 14.7 60
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La composición del crudo es:
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Componente Zi
CO2 0.0008
N2 0.0164
C1 0.284
C2 0.0716
C3 0.1048
iC4 0.042
nC4 0.042
iC5 0.0191
nC5 0.0191
C6 0.0405
C7+ 0.3597
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
El peso molecular y la gravedad específica delC7+ son 252 y 0.8429. Calcular el Bo, el GOR,la densidad a condiciones estándar y lagravedad API del sistema de hidrocarburos.
Solución:
1. Calcular el peso molecular aparente delcrudo:
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
2. Calcular la densidad del crudo a la presióndel punto de burbuja con las correlaciones deStanding-Katz:
3. Flashear la composición original a través delprimer separador, generando las relaciones deequilibrio y las composiciones de las fases.Luego, las fracciones molares como líquido yvapor son: nL = 0.2932 y nv = 0.7068
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Componente zi Ki Xi Yi
CO2 0.0008 2.1847 0.0006 0.0013
N2 0.0164 29.8836 0.0017 0.0518
C1 0.284 11.4120 0.0701 0.7998
C2 0.0716 1.4481 0.0633 0.0916
C3 0.1048 0.3239 0.1307 0.0423
iC4 0.042 0.1171 0.0567 0.0066
nC4 0.042 0.0813 0.0575 0.0047
iC5 0.0191 0.0308 0.0267 0.0008
nC5 0.0191 0.0232 0.0268 0.0006
C6 0.0405 0.0073 0.0571 0.0004
C7+ 0.3597 0.0000 0.5089 0.0000
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Fases - 2014
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
4. Usando la composición del líquido comoentrada al segundo separador, calculamosnuevamente las relaciones de equilibrio y lascomposiciones de las fases. Luego, lasfracciones molares como líquido y vapor son:nL = 0.9869 y nv = 0.01131
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Componente zi Ki Xi Yi
CO2 0.0006 2.4967 0.00058 0.0015
N2 0.0017 34.1527 0.00121 0.0412
C1 0.0701 13.0423 0.06053 0.7894
C2 0.0633 1.6550 0.06275 0.1038
C3 0.1307 0.3702 0.13180 0.0488
iC4 0.0567 0.1339 0.05732 0.0077
nC4 0.0575 0.0929 0.05817 0.0054
iC5 0.0267 0.0352 0.02702 0.0010
nC5 0.0268 0.0265 0.02711 0.0007
C6 0.0571 0.0084 0.05788 0.0005
C7+ 0.5089 0.0000 0.51564 0.0000
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
5. Repetimos los cálculos para la etapa delstock-tank, usando la composición del líquidodel segundo separador, dando como resultadopara las fracciones molares como líquido yvapor: nL = 0.7145 y nv = 0.2855
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APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
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Fases - 2014
Componente zi Ki Xi Yi
CO2 0.00058 50.5724 0.00004 0.0019
N2 0.0012 769.6715 0.00001 0.0042
C1 0.0605 286.4244 0.00073 0.2102
C2 0.0627 34.2349 0.00598 0.2048
C3 0.1318 7.3704 0.04676 0.3446
iC4 0.0573 2.6021 0.03933 0.1023
nC4 0.0582 1.7865 0.04751 0.0849
iC5 0.0270 0.6620 0.02991 0.0198
nC5 0.0271 0.4935 0.03169 0.0156
C6 0.0579 0.1511 0.07639 0.0115
C7+ 0.5156 0.0000 0.72166 0.0000
APLICACIÓN EN INGENIERIA DE PETRÓLEOS
6. Calculamos el actual número de moles delíquido a condiciones del stock-tank:
7. Calcule el número de moles de gas liberadoen las facilidades de superficie:
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8. Calcular el peso aparente del crudo acondiciones estándar:
9. Usando la composición del stock-tank,calcule la densidad a condiciones estándar conlas correlaciones de Standing-Katz:
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10. Calcule la gravedad API del crudo:
11. Calcule la solubilidad del gas:
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12. Calcule el factor volumétrico del aceite:
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