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Reduccin de Emisiones de Metano conRecuperadores de Vapor en Tanques deAlmacenamiento
Taller de Transferencia de TecnologaIAPG & US EPA
Noviembre 5, 2008
Buenos Aires, Argentina
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Unidades de Recuperacin deVapores: Agenda
Prdidas de Metano
Recuperacin de Metano
Es Rentable la Recuperacin?
Experiencia de la Industria Resumen de Proyecto para Argentina
Preguntas para Discusin
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Prdidas de Metano de PetrleoCrudo y Tanques de Almacenamiento Los tanques de almacenamiento de condensado contabilizan:
5% de las emisiones de metano de los sectores de produccin,exploracin y compresin en EUA
EPA. Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks 1990 2005. Abril de 2007. AvaDisponible en la red en:
http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ResourceCenterPublicationsGHGEmissions.htmlLas reducciones de Natural Gas STAR se muestran como se publicaron en el inventario.
http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ResourceCenterPublicationsGHGEmissions.htmlhttp://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ResourceCenterPublicationsGHGEmissions.htmlhttp://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ResourceCenterPublicationsGHGEmissions.html -
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Prdidas de Metano de PetrleoCrudo y Tanques de Almacenamiento En Argentina las emisiones fugitivas de metano
588,41 MtonCO2e/ao contabilizan el 90% del sector energa
1
12,45 MtonCO2e de emisiones fugitivas de metano del sector petrleo
0,28 MtonCO2e de emisiones fugitivas de sistemas dealmacenamiento (2% del sector petrleo)
1 Datos extrados de: Secretara de Ambiente y Desarrollo Sustentable. Segunda Comunicacin Nacional de la RepblicaArgentina a la UNFCCC. Octobre, 2007. Fundacin Bariloche y Gobierno de Argentina.
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Prdidas de Metano en Tanques deAlmacenamiento
Una batera de tanques puede ventear de 142 a14.158 Mm3 por ao de vapores de gas natural yotros hidrocarburos ligeros a la atmsfera Las prdidas de vapores estn en funcin del rendimiento
del crudo o condensado, la gravedad y la presin delseparador de gas-crudo
Prdidas por vaporizacin (flasheo) Ocurren cuando el crudo o el condensado se transfiere de
un separador de gas-crudo a alta presin a un tanque apresin atmsfrica
Prdidas por trabajo Ocurren cuando los niveles de crudo o condensado cambian
y cuando el lquido del tanque es agitado
Prdidas estticas
Ocurren con los cambios diarios y estacionales detemperatura y presin baromtrica
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Recuperacin de Metano:Recuperacin de Vapores
La recuperacin de vapores puede capturar hasta el
95% de los hidrocarburos que se evaporan de lostanques
Los vapores recuperados tienen un contenido deenerga mayor que el gas natural en las caeras
Los vapores recuperados son ms valiosos que elgas natural y tienen multiples usos
Re-inyeccin a las lneas de venta
Usarse como combustible en sitio
Enviarlos a plantas de procesamiento para recuperarlquidos valiosos del gas natural
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Tipos de Unidades deRecuperacin de Vapores
Unodades de recuperacin de vapores (URV) convencionales
Use un compresor de tornillo o uno de aletas deslizantes parasuccionar los vapores que salen a presin atmosfrica del tanquede almacenamiento
Los compresores rotatorios son nuevos en este mercado
Requiere energa elctrica o un motor
Unidades de recuperacin de vapor con eyector venturi(EVRUTM) o Vapor Jet
Use los eyectores venturi en lugar de los compresores rotatorios
No contienen partes mviles El EVRUTM requiere de una fuente de alta presin motriz de gas y
un sistema de descarga de presin intermedia
El Vapor Jet requiere alta presin motriz de agua
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Unidad de Recuperacin deVapores Convencional
Tanque(s) de acopiode crudo
Control
piloto
Lnea de venteoVlvula de presin de
respaldo
Lavadorde
succin
Lnea de succin
Retorno decondensado
Vlvula debifurcacin
Panel decontrolelctrico
Compresor rotatorioelctrico
Venta de gasMedidor
Gas
Bomba de
transferenciade lquido
Vlvula check
Fuente: Evans & Nelson (1968)
Venta
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Instalaciones de Recuperacinde Vapores
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Venturi Jet Ejector*
Alta presinmotriz de gas
(~60 kg/cm2)Vlvula de flujo deseguridad
Indicador de presin Indicador de temperatura
PI TI
TI
PI
Venteo de gas de los tanques a baja presin(0,7E10-2 to 2,1E10-2 kg/cm2)
PI TI
Descarga degas
(~2,8 kg/cm2)
Presin de succin(-0,4E10-2 to 0 kg/cm2)
*EVRUTM Patentado por COMM Engineering
Adaptado de SRI/USEPA-GHG-VR-19
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Recuperacin de Vapores con
Ejector
Crudo para venta
Venta de gas@ 70 kg/cm2
LPSeparador
Crudo
Gas
Compressor
Ejector
Pozo de gas ycrudo
142 Mm3/da de gas5,000 barriles/da de crudo 25,49 Mm
3/da
Relacin motriz/ venteo= 3= 25,49/8,5
8,5 Mm3/da de Gas
2,8 kg/cm2
175,56 Mm3/da
Tanque deacopio de
crudo
(0,54 Mm3/da combustibleacumulado)
7,96 Mm3/daRecuperacinneta
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Vapor Jet System*
*Patentado por by Hy-Bon Engineering
Diseo de Bomba Jet
Succin
AlimentacinDescarga
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Vapor Jet System*
*Patentado por Hy-Bon Engineering
Usa el agua producida en un ciclo cerrado para extraer el gas de los tanques Una pequea bomba centrfuga forza al agua a travs del Venturi Jet, haciendo unefecto de vaco Lmitado por volmenes de gas de 2 Mm3/ da y por una descarga de presin de
3 kg/cm2
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Criterios para la Ubicacin de las
Unidades de Recuperacin deVapores Fuente permanente y cantidad suficiente de prdidas
Tanque de acopio de crudo
Tanque flash, calentador/tratador, venteos de espumaderade agua
Controladores neumticos y bombas
Venteo de las columna de deshidratacin
Trampa de purga de venteos
Desembocadura para el gas recuperado
Acceso a una lnea de gas de baja presin, succin decompresor, o sistema de combustible in-situ
Las bateras de tanques no estn sujetas a lasregulacin del aire
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Cunaticacin del Volumen de
las Prdidas Evale las prdidas con el grfico basado en las
caractersticas del crudo, la presin y la temperaturaen cada sitio ( 50%)
Estime las emisiones usando el modelo de tanqueE&P ( 20%)
Ecuaciones de Ingeniera Vasquez Beggs ( 20%)
Mida las prdidas usando un manmetro registradory un probador de pozos, o un medidor ultrasnico envarios ciclos ( 5%)
Este es el mejor acercamiento para el diseo deinstalaciones
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Volumen Estimado de los
Vapores del Tanque
Pressure of Vessel Dumping to Tank (Psig)
Vapor
Venteadod
elostanque
s,
m3
/ba
rril
RelacinGa
s/Crudo
110
10090
80
70
60
50
40
30
10
20
1020 30 40 50 60 70 80
Bajo30A
PI
30AP
Ia39
API40API
yms
o API = Gravedad API
GravedadesAPI
0,7 1,4 2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6
Presin del Recipiente de Descarga al Tanque (kg/cm2)
3.1
2.8
2.5
2.3
2.0
1.7
1.4
1.1
0.8
0.6
0.3
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Cul es el Valor del Gas
Recuperado? El valor depende del contenido de energa del gas
El valor depende de como se usa el gas Combustible in-situ
Valor en trminos del combustible que es reemplazado Lnea de gas natural
Medido por el alto precio para enriquecer el gas (mayor contenidode energa)
Planta de procesamiento de gas Medido por el valor de los lquidos del gas natural y el metano, los
cuales pueden ser separados
Retorno bruto por ao = (Q x P x 365) + NGL Q = Tasa de recuperacin de vapor (Mm3 por da) P = Precio del gas natural (US$/Mm3) NGL = Valor de los lquidos del gas natural
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Valor de los Fludos Lquidos
del Gas Natural
5kCal/m3
6MkCal/m3
7US$/m3(=4*6)
8US$/MkCal
9Composicin
de losvapores
10Mezcla
(MkCal/m3)
11Valor
(US$/m3)(=8*10)
Methane 9.006 9,01 0,26 0,03 82% 7,38 0,21Ethane 15.778 15,78 1,28 0,08 8% 1,26 0,10
Propane 22.462 22,46 1,93 0,09 4% 0,90 0,08n Butane 29.110 29,11 2,76 0,09 3% 0,87 0,08iso Butane 29.021 29,02 2,86 0,10 1% 0,29 0,03Pentanes+ 38.979 38,98 4,54 0,12 2% 0,78 0,09Total 11,49 0,59
1kCal/L
2MkCal/L
3US$/L
4US$/MkCal1,2
(=3/2)
Methane 3.978 3,98 0,11 0,03Ethane 4.927 4,93 0,40 0,08Propane 6.107 6,11 0,53 0,09n Butane 6.909 6,91 0,66 0,09iso Butane 6.669 6,67 0,66 0,10Pentanes+* 6.990 6,99 0,81 0,12
1 Se asume un precio del gas natural de US$0,03/MkCal como en marzo 16, 2006 en Henry Hub2 Los precios de los componentes individuales del NGL son de Platts Oilgram por Mont Belvieu, Texas Julio 11, 2008
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Costo de Una URV
Convencional
Tamaos y Costos de Unidades de Recuperacin de Vapor
Capacidad(Mm3/da)
Potencia delCompresor
(HP)
Costos deCapital (US$)
Costos deInstalacin (US$)
Costos deO&M
(US$/ao)
0,71 5 a 10 20.421 10.207 a 20.421 7.367
1,42 10 a 15 26.327 13.164 a 26.327 8.419
2,83 15 a 25 31.728 15.864 a 31.728 10.103
5,66 30 a 50 42.529 21.264 a 42.529 11.787
14,16 60 a 80 59.405 29.703 a 59.405 16.839
Informacin de costos proporcionada por Compaias de Natural Gas STAR y fabricantes de URV, 2006.
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Es Rentable la Recuperacin?
Anlisis Financiero de un Proyecto de URV ConvencionalPico de
Capacidad(Mm3/da)
Costos deInstalacin y
Capital1
(US$)
Costos deO&M
(US$/ao)
Valor delGas2
(US$/ao)
AhorrosAnuales
(US$)
Re-torno(me-ses)
TIR
0,71 35.738 7.367 77.106 69.739 10 121%
1,42 46.073 8.419 154.213 145.794 6 204%
2,83 55.524 10.103 308.425 298.322 4 352%
5,66 74.425 11.787 616.850 605.063 3 537%
14,16 103.959 16.839 1.542.125 1.525.286 2 974%
1 Costo unitario ms instalacin estimada como el 75% del costo de la unidad2 US$0,59 x capacidad pico x 365, El precio asumido incluye MkCal gas enriquecido (11,49 MkCal/m3)
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Experiencia de la Industria:
EnCana Oil & Gas Instalacin de una URV en Frenchie Draw,
WY, E.U.A. Captura vapores de
Separadores
Tanques de acopio de crudo
Gases no condensables de la columna dedeshidratacin de gas
URV diseada para manejar 14 Mm3/da
Capacidad adicional sobre los 8 Mm3/daestimados de gas de todas las fuentes de emisin
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Experiencia de la Industria:
EnCana Oil & Gas Cuantific el volumen de las emisiones de
vapores
OIL
OIL
200 PSIG
125 PSIG
40 PSIG
OIL
1
2
3
4 5
ATM ATM
GAS
GAS GAS
ATM SUCTION
125 PSIG DISCHARGE
1 FLASH LOSS (125 PSIG - ATM PSIG)
2 FLASH LOSS (200 PSIG - ATM PSIG)
3 FLASH LOSS (40 PSIG ATM)
4 WORKING & BREATHING LOSS
5 STILL VENT NON CONDENSIBLE
(AT WELL LOCATION)
GAS
Emisiones totales8 Mm3/da
Fuente: EnCana Oil & Gas (USA) Inc.
9 kg/cm2
14 kg/cm2
3 kg/cm2
SUCCIN ATM9 kg/cm2 DESCARGA
Prdidas por flasheo (9 kg/cm2)
Prdidas por flasheo (14 kg/cm2)
Prdidas por flasheo (3 kg/cm2)
Prdidas por tabajo y respiradero
Venteo de la columna nocondensable
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EnCana Oil & Gas:
Costos del Proyecto Determinacin del costo del proyecto de URV
Instalacin (US$)
URV (14 Mm3d) - 90.000Generador - 85.000
Venteo principal - 25.000Mano de obra - 200.000TOTAL 400.000
O & M (US$)
URV(14 Mm3d) - 15.000Generador - 18.000Combustible - 73.000
TOTAL 106.000
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EnCana Oil & Gas:
Anlisis Econmico Evale las URV
Capacidad 14 Mm3d
Costo de Instalacin - US$400.000
O&M - US$106.000/ao
Valor del gas* - US$788.400/ao
Periodo de retorno - 7 meses
Retorno de inversin- 170%
*Se asume un precio del gas de US$268,39/Mm3por EnCana
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Experiencia de la Industria:
Anadarko Torre de recuperacin de vapores (TRV)
Aadio la separacin de tanques, entre el calentador/tratador oel separador de baja presin y los tanques de acopio queoperan a presin atmosfrica
Rango de presin de operacin: 0,1 0,4 kg/cm2
El compresor (URV) es usado para capturar el gas de la TRV El crudo/condensado fluye por gravedad de la TRV a los
tanques de acopio
TRV aisla a la URV de los impulsos de gas con cambios de nivel
en los tanques de acopio La TRV es ms tolerante a altas y bajas presiones La presin estable permite un mejor factor de operacin de la
URV
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Experiencia de la Industria:
Anadarko La TRV reduce la cada de presin aproximadamente
3,5 kg/cm2
a 0,1-0,4 kg/cm2
Reduce las prdidas por vaporizacin (flasheo) Captura ms producto para venta Las ganancias netas de Anadarko fueron entre US$7 y US$8
millones de 1993 a 1999 utlizando la configuracin TRV/URV
Costos de capital del equipo: $11.000 Tamao estndar de TRV disponible para la tasa de
produccin de crudo 51cm x 11 m
122 cm x 11 m Anadarko ha instalado cerca de 300 TRV/URV desde
1993 y continua de acuerdo a sus necesidades
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Fotos de TRV/URV
Cortesa de Anadarko
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Este empaque de tornillo dual inundado para PDVSA estdiseado para volmenes de 0,14 MMm3D; remueve vapores de
tanques de 0 to 14 kg/cm2en el este de Venezuela
Visin Global del Proyecto -
PDVSa
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En este sitio, tres paquetes de compresores URV fueroninstalados en serie para remover 0,42 MMm3D de
vapores de tanque de 630-655 kCal
Visin Global del Proyecto -
PDVSa
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Unidades de recuperacin de vapor que actualmentecapturan 2,12 MMm3 de gas anteriormente venteado yquemado en 7 instalaciones
El proyecto de Gas Anaco, empez en el 2006, con
metas de un billn de metros cbicos de gas a lo largode este de Venezuela
La conversin de gran parte de la infraestructura de
transporte y de energa motrz en gas natural est enmarcha
Visin Global del Proyecto PDVSa Gas Anaco (Venezuela)
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Eni instal sistemas derecuperacin de vapores en sus
intalaciones de Dacion Este yOeste en Venezuela, cada una
diseada para remover40 Mm3D de gas @ 16 kg/cm2
Eni Oil & Gas
Dacion Field, Venezuela
2004
Eni Dacion - Venezuela
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Se instalaron unidades de recuperacin de vapores paracapturar hasta 40 Mm3D por sitio
Un artculo acerca del xito econmico del proyecto fuescrito despus de la instalacin
Un condensado de 70 gravedad API altamente valoradose recuper de la corriente de gas y se mezcl con laproduccin primaria de crudo de baja gravedad API
aproximadamente una tasa diaria de 100 a 150 barrilespor unidad
Visin General Eni Dacion(Venezuela)
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El proyecto inicial era capturaraproximadamente 10 Mm3d de
gas venteado delalmacenamiento de lasinstalaciones de crudo deCaricare
El propsito del proyecto ser
incrementar la captura delquidos del gas natural de lacorriente de gas
Dos sitios adicionales estn en
planeacin despus de lainstalacin xitosa del primerproyecto
Un proyecto subsecuente parautilizar el gas quemado tambin
est siendo evaluado
Oxy - Colombia
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Oxy Colombia Abrilde 2008
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Servipetrol/ Petrobras Bolivia Instal unidades de
recuperacin de vapores enCaranda, Bolivia a finales deeste ao.
2.000 bopd; 40 gravedad API
del crudo; presin delseparador 3,5 kg/cm2
Estimacin promedio de
captura de gas por 4 Mm3
d Retorno anual de
US$252.000 ms el valor delcondensado producido
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Leccione Aprendidas La recuperacin de vapores puede acarrear generosos
reembolsos cuando hay salidas de mercado para el gasrecuperado
La recuperacin de gas de alto poder calorfico tiene unvalor agregado
La tecnologa de recuperacin de vapores puede seraltamente rentable en la mayora de las aplicaciones
Los modelos Venturi jet trabajan bien en cierto nicho de
aplicaciones, con costos de operacin y mantenimientoreucidos
El potencial de reduccin de costos de cumplimientonormativo pueden ser considerados en la evaluacin
econmica de las URV, EVRUTM o Vapor Jet
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Leciones
Aprendidas(Continuacin) Las URV deben ser dimensionadas para el
mximo volumen esperado de los tanques deacopio (una regla de dedo es duplicar el volumendiario promedio)
Los compresores rotatorios, de tornillo y de aletasson recomendables para las URV cuando el diseoVenturi ejector jet no es aplicable
Se recomienda el EVRUTM en donde hay uncompresor de gas de alta presin con capacidaddisponible
Se recomienda el Vapor Jet en donde se produzcaagua, menos de 2 Mm3 per da de gas y presionesde descarga por debajo de 2,8 kg/cm2
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