Caracterizacin del proceso de endulzamiento del gas natural
Eliminacin de los componentes cidos del gas natural, en especial
el sulfuro de hidrogeno y Dixido de Carbono Analizar la materia
prima que se va a tratar Uno de los factores que intervienen
fuertemente en la composicin del gas es el agua y en la
concentracin de las soluciones que se utilizan en el sistema de
aminas La diferencia molar establece el proceso que se va a
utilizar en el endulzamiento de tal forma que sea efectivo de fcil
aplicabilidad y adems econmico. En la actualidad se dispone de
procesos altamente especficos con solventes y aditivos complejos
que hacen que el endulzamiento sea de una gran eficiencia Se
realiza mediante el proceso de absorcin, adsorcin, proceso de
remocin directa y con membrana
Importancia del Proceso de Endulzamiento del gas Natural
El proceso de endulzamiento del gas natural, es uno de los
proceso de mayor importancia, que debe de ser sometido el gas
natural, puesto que el mismo implica la remocin de los gases cidos
de la corriente del gas. Pues El gas proveniente de los pozos de
produccin presenta mezcla en concentraciones variables de (H2S),
(CO2) y (Cl-), y La presencia de alguno de estos agentes, en un
medio acuosos, es capaz de producir graves daos por corrosin, pero
la combinacin de los mismos puede acelerar o disminuir la velocidad
de corrosin y la criticidad del dao esperado. Es importante el
efecto del sulfuro de hidrgeno en la corrosin por dixido de carbono
y su comportamiento, ya que pueden formarse pelculas de productos
de corrosin en forma competitiva entre sulfuro de hierro (FeS) y
carbonato de hierro ( ) 3 FeC0 , lo que puede, ir en funcin de la
temperatura, concentracin del agente corrosivo y presin, acelerar o
disminuir la velocidad de corrosin, por lo que se considera
importante definir cul de los mecanismos de corrosin, sea por (CO2)
o por (H2S) es el predominante, antes de determinar el
comportamiento de la velocidad de corrosin en un sistema
determinado. Porque debido a la no eliminacin de los gases cidos,
esto trae consigo el incremento del proceso de corrosin, y toda su
implicacin tcnico- econmica, sin tener en cuenta los costos.
Consecuencias del no Endulzamiento
La principal consecuencia de no realizar el Proceso de
Endulzamiento del Gas Uno de las principales consecuencia de la
presencia de gases cidos es la corrosin. La corrosin es una
condicin operacional que se debe manejar en todas las instalaciones
de endulzamiento El tipo de solucin endulzadora y su concentracin
tiene un gran impacto sobre la velocidad de corrosin. Los lugares
ms propensos a la corrosin son el rehervidor, el intercambiador de
calor y el generador, debido a las temperaturas elevadas que se
manejan.
La seleccin adecuada de un mtodo, para realizar el proceso de
endulzamiento del gas natural, es de gran importancia. En realidad
existen muchos procesos para la remocin de los gases cido de las
corrientes del gas natural. Antes de seleccionar un determinado
proceso se debe considerar cuidadosamente la composicin del gas de
alimentacin y las condiciones de flujo, as como los requerimientos
especficos del gas residual. Luego se recomienda realizar una
evaluacin de todos los procesos existentes, con el objetivo de
seleccionar la mejor opcin.
Factores que se deben considerar para el proceso de
endulzamiento del gas natural
Los principales factores que se deben de considerar para la
seleccin de un proceso de endulzamiento con alta eficiencia
son:
a.- Regulaciones de Contaminantes en el Ambiente En este se
refiere a la presencia de H2S, C02, C0S, RHS, etc. Aqu se
recomienda analizar en forma exhaustiva las Normas, que Venezuela
establecer, referidas a la cantidad de los gases cidos que se
permiten en el ambiente, tambin las leyes internacionales del
tema.
b.- Tipo y Concentracin de las Impurezas en el Gas cido a
Remover Con el objetivo de seleccionar un proceso de alta
eficiencia en el proceso de endulzamiento es necesario tener un
preciso conocimiento de la composicin y concentracin del gas de
alimentacin. Existen procesos que son de alta eficiencia para la
eliminacin del Dixido de Carbono (C02), mientras que otros lo son
para la eliminacin del Sulfuro de Hidrgeno (H2S) e impurezas en
general. Esto es necesario hacerlo, ya que el C0S y el CS2,
reaccionan con la MEA en forma irreversible, produciendo con ello
la degradacin de la solucin, y por ende detienen o hace ineficiente
el proceso de endulzamiento. Tambin la presencia de hidrocarburos
lquidos y agua son problemticos para la eficiencia del proceso.
c.- Tipo y Composicin de las Impurezas del Gas a Tratar Para una
mayor eficiencia del proceso de endulzamiento es necesario conocer
con un cierto grado de precisin, el tipo y la concentracin de los
gases cidos. Tal, como hay procesos de endulzamientos que son de
alta efectividad, pero en concentraciones bajas de los gases
cidos.
d.- Especificaciones del Gas Residual. En este caso es de gran
importancia saber, donde ser utilizado el gas dulce. Esto significa
que no todos los procesos de endulzamiento pueden alcanzar las
especificaciones vlidas para la industria.
e.- Temperatura y Presin del Gas cido y del Endulzado. Cuando el
proceso de endulzamiento se realiza con MEA La temperatura del gas
de carga vara de 50 a 150F y la temperatura del proceso vara entre
100 y 270 F, con lo cual el H2S se puede recuperar casi el 100%,
mientras que las presiones varan desde atmosfrica hasta 1500
lpcm
Otros factores a tomar en cuenta son Volumen del gas a ser
procesado; control de la Corrosin; Fraccin molar de los
hidrocarburos en el gas; requerimientos de selectividad; Costos de
operacin; Especificaciones de los productos lquidos.
Principales Equipos de una Planta de Endulzamiento del Gas
Natural
Componentes Utilizados en el Endulzamiento del Gas Natural con
Aminas En las figuras 9 se presenta un diagrama de flujo de una
planta de endulzamiento con Amina
En la figura 9 se observan que la entrada del gas acido en por
debajo de la torre de absorcin , mientras que la salida del gas
dulce por arriba de la torre, en la figura se observa todo el
proceso que se realiza en el proceso de endulzamiento con aminas,
ya que como se sabe la amina reacciona con los gases cidos para
formar compuestos de baja efectividad energtica, y por lo tanto se
puede descomponer el compuesto formado aplicando energa,
recuperando con ello las aminas y eliminando los gases cidos. En la
figura se observa tambin:
a.- Un separador de entrada, la principal funcin de este
separador es eliminar los contaminantes que llegan junto al gas de
alimentacin, entre los cuales se encuentran hidrocarburos lquidos,
partculas slidas, agua y qumicos utilizados en el tratamiento del
gas. Si estos contaminantes no fuesen separados, podran causar
graves problemas de contaminacin al proceso de endulzamiento.
b.- El absorbedor o contactor. Este aparato esta formado por una
torre donde entran en contacto el gas cido que llega por la parte
inferior de la columna y la solucin de amina pobre o regenerada,
que llega por la parte superior. Esta torre trabaja a alta presin y
baja temperatura. En este contacto el gas cido es removido de la
corriente gaseosa y transferido a la solucin. El gas que sale por
el tope de al torre es gas tratado, el cual debe de salir con muy
poca cantidad de gas cido, lgicamente esto depender de la
eficiencia del proceso de endulzamiento, y por ende la eficiencia
de los procesos, que dependen del endulzamiento, ya que otros
procesos, sern severamente afectados, por la ineficiencia del
proceso de endulzamiento. Para calcular el dimetro del absorbedor
de amina se utiliza una frmula especialmente deducida para ello, la
cual es:
DI=(3)
Figura 2 Diagrama de Flujo de una Planta de Endulzamiento de
Aminas
Donde Di = dimetro interno del absorbedor en pulgadas y A = rea
total del absorbedor en pies cuadrados (pie2) Para poder resolver
la ecuacin (3) se necesita convertir en caudal de gas expresado en
PCND a condiciones de operacin, Luego es necesario conocer la
presin y temperatura de operacin, adems de la gravedad especfica o
la densidad del gas. Por ejemplo Cul ser el flujo msico en (lb/s) y
flujo volumtrico en de 50 MM PCND de un gas natural, a una Presin
de 1000 lpca y Temperatura de 120F, si el gas tiene una gravedad
especfica al aire de () 0,75 y una densidad de 4,35 (lb/PC)
La solucin del problema se realiza a travs de los factores de
conversin, en este caso como se da el valor de la densidad del gas
no es necesario realizar clculos matemticos para su cuantificacin,
caso contrario habra que encontrar las condiciones seudo crticas y
seudorreducidas, para determinar el valor de l factor de
compresibilidad (Z), el cual se determina por lo generan a travs de
grficos, como por ejemplo de Standing Katz, para lo cual es
necesario tener las condiciones seudocrticas y seudorreducidas del
sistema, de tal de poder utilizar la grfica sin problema.
Flujo Msico
Flujo Volumtrico
El rea de la seccin transversal se puede determinar por la
siguiente frmula:
(4)
Donde: (A) =rea de la seccin transversal en (P2); (B)=Factor de
Espaciamiento entre platos, si se trata de 24pulgadas, este factor
tiene un valor de 0,82, (C)= Factor de correccin de Barton. Los
valores de este factor estn en funcin de la temperatura en (R).
c.- Tanque de Venteo .Es un recipiente que se utiliza para
separar el gas que se disuelve en la solucin. Este aparato se
instala cuando la presin del absorbedor es mayor a 500 lpcm, y se
opera a una presin de 75 lpcm. El propsito principal de este tanque
es recuperar los hidrocarburos disueltos en la solucin.
d.- Intercambiador de Calor Amina- Amina. El principal objetivo
de este aparato es aprovechar el calor que viene de la amina pobre
que sale del regenerador. La solucin pobre que sale del rehervidor
se enfra al pasar por el intercambiador de calor, mientras que la
amina rica que viene del absorbedor se calienta hasta
aproximadamente 190F. Se recomienda no separar el gas en la tubera,
antes de entrar a la columna de regeneracin, si esto ocurre el
proceso de corrosin se incrementa en grandes proporciones.
e.- Regenerador. Este aparato es la columna en la cual se separa
el gas cido de la solucin consta de un acumulador de reflujo, en el
cual se condensa el agua que regresa al regenerador por la parte
superior, y de un rehervidos, que sirve para suministrarle el calor
a la torre. El principal objetivo del regenerador es remover el gas
cido contenido en la solucin rica.
f.- Tanque de Abastecimiento. Este aparato se utiliza para
almacenar la solucin pobre. Se recomienda tener una constante
observacin para mantener el nivel de concentracin de amina, en
vista que si la solucin trabaja demasiado diluida o concentrada la
planta funciona en forma ineficiente Tambin se debe de tener en
cuenta, que si la solucin de amina entra en contacto con el aire,
esta reaccionar con el oxgeno, perdiendo con ello la habilidad para
la remocin de los componentes cidos del gas, luego se debe tener
cuidado, para que no entre aire el aire o entre al tanque de
abastecimiento.g- Bomba de la Solucin Pobre. Aqu ocurre el
abastecimiento a la bomba, por lo cual se incrementa la presin de
la solucin pobre de tal manera que la solucin de amina pueda entrar
al absorbedor, de tal forma que el proceso pueda realizarse sin
mayores problemas operacionales.
h.- Recuperador o Reconcentrador Este aparato es como un
rehervidor adicional, que se utiliza para regenerar la solucin. En
este recipiente la amina se evapora y regresa a la torre de
regeneracin, dejando en el recuperador, los slidos y dems elementos
indeseables que daan la solucin. La alimentacin del recuperador
llega por el fondo de la torre. Una concentracin de 0,5 al 5% P/P
de la solucin pobre fluye por el recuperador. El caudal es
controlado por un controlador de nivel.
i.- Regenerador. El principal objetivo de este aparato es
remover el gas cido contenido en la solucin rica. Por lo, general
en una planta que trabaja con aminas, la torre de regeneracin
contiene entre 18 y 24 bandejas, y la solucin pobre entra en el
cuarto plato por debajo del tope.
j.- Filtros. Este aparato tiene como objetivo filtrar las
impurezas.
k.- Enfriador de la Solucin Pobre. Este es una especie de
intercambiador de calor adicional, tal como la solucin pobre que
sale del regenerador, por lo general tiene una temperatura muy
alta, luego no se puede introducir de esa forma al equipo
denominado absorbedor, porque disminuye la capacidad de retencin de
componentes cidos. En el intercambiador adicional la solucin fluye
de los tubos, en donde la solucin se enfra hasta 10F por encima de
la temperatura de entrada del gas al absorbedor. En la figura 10 se
presenta un diagrama de flujo de un proceso de endulzamiento con la
amina Terciaria MDEA. Como se sabe esta amina es selectiva hacia el
Sulfuro de Hidrgeno, ya que la reaccin con el Dixido de Carbono es
muy lenta, y por lo tanto prcticamente no hay reaccin con este
componente.
En la figura 10 se observa que el gas de alimentacin cido
ingresa por la parte de debajo de la torre de absorcin, donde se
encuentra con la solucin pobre de la amina, mientras que por la
parte de arriba de la torre sale el gas tratado. En la grfica se
observa todo el procedimiento, que hay que realizar para obtener el
gas dulce y que este dentro de la Norma de comercio.
Proceso de Absorcin con Solventes Fsicos Estos procesos se
caracterizan por su capacidad de absorber de manera preferencial,
diferentes componentes cidos de la corriente de hidrocarburos. En
estos procesos el calor de reaccin es menor que el calor de reaccin
con solventes qumicos. Aqu el proceso tiene mayor efectividad,
cuando se trabaja con una alta presin parcial del gas cido y bajas
temperaturas. Si el solvente fsico se utiliza para la remocin del
(C02), la regeneracin del solvente puede realizarse simplemente por
reduccin de la presin de operacin. La mayora de los solventes
comerciales que se utilizan no son corrosivos y pueden deshidratar
gas en forma simultneaFigura 3 Diagrama de Flujo de una Planta de
Endulzamiento de Amina
Una de las principales desventaja de la utilizacin de los
solventes fsicos es que incrementar la solubilidad de los
hidrocarburos de alto peso molecular, como por ejemplo, propano y
compuestos ms pesados (C3+), y por ende se incrementa la
posibilidad que haya reaccin con los hidrocarburos, disminuyendo
con ello la efectividad del proceso de endulzamiento. Hay, tambin
solventes fsicos, que tienen mayor selectividad haca la absorcin
del H2S, en presencia de C02., que los solventes qumicos.
Factores Involucrados en la Seleccin de un Mtodo de
Endulzamiento .El procedimiento de seleccin de un mtodo de
endulzamiento tiene una gran importancia y los factores que estn
involucrados en la seleccin del proceso de endulzamiento son:
a.- La afinidad del solvente o los gases cidos con los
hidrocarburos
b.- Degradacin de los solventes por la presencia de oxgeno o
trazas de componentes contaminantes.
c.- Costos operativos y confiabilidad del proceso; d.-
Condiciones climticas y toxicidad del solvente o reactivo
utilizado; e.-Disposicin de los subproductos.
Diseo de Sistemas de Endulzamiento con el Solvente MEA. En la
figura 11 se representa un esquema bsico de una planta de MEA.
En la prxima figura se indican las diferentes etapas por las que
debe de pasar un proceso de endulzamiento con el solvente qumico
MEA, de tal forma que el proceso de endulzamiento tenga la mayor
eficiencia, tal como se seala antes la MEA es una amina primaria,
por lo tanto no es selectiva, ni para el Sulfuro de Hidrgeno ni
para el Dixido de Carbono, lo que significa que pueden reaccionar
con ambos a la vez, esto es de vital importancia para el proceso de
endulzamiento del gas natural, sobre todo para la utilidad de la
MEA
Planta de endulzamiento con MEA
Condiciones de alimentacin.: Aqu se refiere al gas que deber de
ingresar a planta de endulzamiento, y las condiciones operaciones
del mismo. Por ejemplo. Se requiere endulzar 100 MM PCND, y el gas
entra a la planta a una presin de 500 lpca y temperatura de 120 F
El contenido de gases cido es de 8,50% de C02 y 4500 ppm, V de
H2S
