diseÑo de una planta de endulzamiento de...

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE GAS DISEÑO DE UNA PLANTA DE ENDULZAMIENTO DE GAS NATURAL CON AMINAS REFORMULADAS Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para optar al Grado Académico de MAGÍSTER SCIENTIARIUN EN INGENIERÍA DE GAS Autor: JUAN BAUTISTA ROSALES BELANDRIA Tutor: Jorge Barrientos Maracaibo, Abril de 2004

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO

PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERÍA DE GAS

DISEÑO DE UNA PLANTA DE ENDULZAMIENTO DE GAS NATURAL CON AMINAS

REFORMULADAS

Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia

para optar al Grado Académico de

MAGÍSTER SCIENTIARIUN EN INGENIERÍA DE GAS

Autor: JUAN BAUTISTA ROSALES BELANDRIA Tutor: Jorge Barrientos

Maracaibo, Abril de 2004

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APROBACIÓN Este jurado aprueba el Trabajo de Grado titulado DISEÑO DE UNA PLANTA DE ENDULZAMIENTO DE GAS NATURAL CON AMINAS REFORMULADAS que Juan Bautista Rosales Belandria, C.I.: 12.048.168 presenta ante el Consejo Técnico de la División de Postgrado de la Facultad de Ingeniería en cumplimiento del Articulo 51, Parágrafo 51.6 de la Sección Segunda del Reglamento de Estudios para Graduados de la Universidad del Zulia, como requisito para optar al Grado Académico de

MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA DE GAS

________________________ Coordinador del Jurado

Jorge Barrientos C. I.: V3.509.055

_______________________ ______________________ Jorge Velásquez Norka Vera de Barrios

C. I.: V14.990.536 C. I.: 3.385.377

_______________________ Director de la División de Postgrado

Carlos Rincón

Maracaibo, Abril de 2004

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Rosales Belandria, Juan Bautista. Diseño de una Planta de Endulzamiento de Gas Natural con Aminas Reformuladas. (2004) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. División de Postgrado. Facultad de Ingeniería. Maracaibo, Venezuela,105p, Prof. Jorge Barrientos.

RESUMEN

Como un aporte a los estudios existentes en el país en lo que respecta al tema de tratamiento de gas natural surge la idea de materializar el diseño de una planta de endulzamiento por medio de aminas reformuladas (UCARSOL®), para efectuar una comparación técnica y económica con un diseño que utilice amina convencional (Monoetanolamina). El cálculo para ambos sistemas se realizó partiendo de la misma aplicación en cuanto a condiciones de presión, temperatura, carga y composición de gas mediante una hoja de cálculo que permite relacionar y determinar todos los parámetros útiles para llevar a cabo dicho diseño. Del análisis de resultados se determinó que la variable con más influencia, entre utilizar un sistema u otro, es la tasa de circulación de la solución endulzadora, lo cual trae como consecuencia ahorros de energía y por consiguiente la reducción de los costos operacionales, así como también disminución del tamaño de los equipos que constituyen la planta, y ahorros en mantenimiento dado que los solventes reformulados presentan menor potencial corrosivo. Por ultimo, económicamente un diseño de endulzamiento de gas natural con aminas reformuladas presenta excelentes ventajas respecto al uso de aminas convencionales. Palabras Clave: Aminas reformuladas, solución endulzadora, endulzamiento de gas natural, UCARSOL®, Monoetanolamina. E-mail del Autor: [email protected]

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Rosales Belandria, Juan Bautista. Designing of a Natural Gas Sweetening Plant With Formulated Amines. (2004) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. División de Postgrado. Facultad de Ingeniería. Maracaibo, Venezuela,105p, Prof. Jorge Barrientos.

ABSTRACT

Being a contribution to the existing studies referred to the natural gas treatment around the country, it comes the idea of materializing the design of a sweetening plant through formulated amines (UCARSOL®), in order to do a technical and economical comparison through a design that uses a coventional amine (monoethanolamine). The caculus for both systems was done thinking about the same functionality considering the gas conditions pressure, temperature, rate and gas composition, through a calculus sheet that let us to relate and determine all the necessary parameters to have the design done. After analyzing the results, it was determined that the most influent variable, using one system or the other, is the circulation rate of the sweetening solution, resulting as consequence energy savings and therefore the reduction of operating expenses, and at the same time the reduction of the equipment sizes in the plant and maintenance savings because the less quantity of corrosive materials presents in the fomulated solvents. Finally, natural gas sweetening plant design with formulated amines shows excelents economical advantages compared with the use of conventional amines. Key Words: Formulated amines, Sweetening Solution, Natural Gas Sweetening, Ucarsol®, Monoethanolamine. Author’s e-mail: [email protected]

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DEDICATORIA

A Dios Todopoderoso, al Santo Niño de La Cuchilla, al Santo Cristo de la Grita y

la Virgen de la Consolación de Táriba por iluminar |el camino de mi superación.

A mi hija, Daniela Andreina, por ser la razón que me enrumba a ser cada día

mejor, y para que esta meta que estoy alcanzando le sirva de estimulo para el logro de

sus futuros objetivos.

A mi esposa, Belkis, por estar a mi lado siempre presta a brindarme su compañía

y apoyo en el logro de mis metas.

A mis padres, por ser tan consecuentes colaboradores y siempre confiar en mi.

A mis hermanos, para que este nuevo logro alcanzado en mi vida sea motivo de

estimulo en cada uno de sus proyectos, y en consecuencia lleguen a feliz termino.

A todas las personas que siempre me han apoyado y me han dicho alguna

palabra de aliento para seguir adelante.

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6

AGRADECIMIENTO

Mi más sincero agradecimiento a todas las personas e instituciones que hicieron

posible la realización de este trabajo, especialmente:

A José Pérez, por su valiosa colaboración, apoyo y compañerismo incondicional

en el transcurso de esta etapa.

Al Profesor Jorge Barrientos, tutor de la tesis, por todo su apoyo y colaboración.

A La Universidad de Zulia, especialmente, la División de Posgrado de Ingeniería,

por poner su infraestructura y potencial humano expresado en conocimientos técnicos,

al servicio de la superación personal de profesionales y en beneficio del desarrollo

integral del país.

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7

TABLA DE CONTENIDO

Página

RESUMEN...............................................................................................

3

ABSTRACT..............................................................................................

4

DEDICATORIA........................................................................................

5

AGRADECIMIENTO................................................................................

6

TABLA DE CONTENIDO.........................................................................

7

LISTA DE TABLAS..................................................................................

10

LISTA DE FIGURAS ...............................................................................

12

INTRODUCCIÓN..................................................................................... 13 CAPÍTULO

I PROBLEMA......................................................................

15

Planteamiento del Problema...................................... 15

Justificación de la Investigación................................ 15

Objetivos de la Investigación..................................... 16

Objetivo General.................................................. 16

Objetivos Específicos........................................... 16

Alcance Del Estudio.................................................... 16

II MARCO TEÓRICO........................................................... 18

Plantas de Endulzamiento de Aminas........................ 18

Separador de Entrada.......................................... 19

Absorbedor o Contactor....................................... 19

Tanque de Venteo................................................ 21

Intercambiador de Calor Amina-Amina................ 22

Regenerador......................................................... 23

Tanque de Abastecimiento................................... 25

Bomba de la Solución Pobre................................ 26

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8

Página

Filtros.................................................................... 26

Enfriador de la Solución Pobre............................. 27

Concentrador o Recuperador de la Amina........... 27

Procesos de Endulzamiento o Desacidificación......... 28

Tipos de Procesos................................................ 29

Procesos con Solventes Químicos.............. 30

MEA (monoetanolamina)..................... 31

DGA (diglicolamina)............................. 33

DEA (dietanolamina)........................... 34

DIPA (diisopropanolamina).................. 35

ADIP (diisopropanolamina activada)... 35

MDEA (metildietanolamina)................. 35

A-MDEA (metildietanolamina activada). 36

Factores para la Selección de un Proceso........... 36 Variables de Control y Operación de una Planta....... 37

Tasa de Circulación de la Solución...................... 37

Carga de Gas Ácido............................................. 38

Concentración de la Solución............................... 38

Reflujo.................................................................. 39

Recuperación de Potencia................................... 40

Intercambio de Calor............................................ 40

Perdidas de Amina............................................... 41

Formación de Espuma......................................... 41

Filtración............................................................... 42

Reducción de los Costos de Corrosión................ 43

Aminas Formuladas.................................................... 44

Ucarsol………………………………………………. 44

Jefftreat MS – 100…………………………………. 45

GAS/SPEC........................................................... 46

Aminas Impedidas................................................ 48

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9

CAPÍTULO Página

III DESARROLLO DE LOS CALCULOS............................... 50

Datos para Sistemas de Endulzamiento.................... 51

Cálculo con Monoetanolamina.................................... 54

Cálculo con Amina Formulada Ucarsol ®................... 73

IV ANÁLISIS DE RESULTADOS........................................... 92

V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................... 101

Conclusiones............................................................. 102

Recomendaciones...................................................... 103

BIBLIOGRAFÍA........................................................................................ 105

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10

LISTA DE TABLAS

TABLA Página

1 Características Generales de los Procesos de Endulzamiento.........................................................................

29

2 Procesos con Alcanolaminas.................................................. 31 3 Cuadro resumen de las diferentes aminas disponibles en el

mercado...................................................................................

48

4 Composición del gas ácido entrando a la planta..................... 51 5 Información de los solventes................................................... 52 6 Tamaños de los recipientes de acuerdo a la tasa de

circulación de amina................................................................

53

7 Continuación de tamaños de los recipientes de acuerdo a la tasa de circulación de amina...................................................

53

8 Composición y propiedades del gas ácido entrando a la planta.......................................................................................

54

9 Otras propiedades del gas ácido entrando a la planta............ 55 10 Composición del gas tratado................................................... 57 11 Calor específico del gas tratado.............................................. 57 12 Composición de la solución que llega al absorbedor.............. 62 13 Composición de la solución que sale del absorbedor y entra

al regenerador.........................................................................

63

14 Factor de Corrección de Barton, B.......................................... 69 15 Cálculo de Es = [ST(m+1)-ST]/[ST(m+1)-1], asumiendo m

(número de platos)..................................................................

72

16 Composición del gas ácido entrando a la planta..................... 73 17 Otras propiedades del gas ácido entrando a la planta............ 74 18 Composición del gas tratado................................................... 76 19 Calor específico del gas tratado.............................................. 76 20 Composición de la solución que llega al absorbedor.............. 81 21 Composición de la solución que sale del absorbedor y entra

al regenerador.........................................................................

82

22 Factor de Corrección de Barton, B.......................................... 88 23 Cálculo de Es = [ST(m+1)-ST]/[ST(m+1)-1], asumiendo m

(número de platos)..................................................................

91

24 Propiedades del solvente........................................................

93

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11

TABLA Página

25 Parámetros en el regenerador y Tanque de reflujo................. 94 26 Tasa de circulación de la solución........................................... 94 27 Calor remanente en la amina.................................................. 95 28 Incremento de la temperatura del gas en el absorbedor......... 95 29 Temperatura de solución pobre o limpia a la entrada del

absorbedor..............................................................................

95

30 Intercambiador de calor amina-amina..................................... 96 31 Carga calorífica....................................................................... 96 32 Características de la solución que deja la torre de

regeneración............................................................................

97

33 Dimensionamiento del tanque de suministro........................... 98 34 Dimensionamiento del acumulador de reflujo......................... 98 35 Especificaciones del condensador.......................................... 98 36 Capacidad de la bomba de solución....................................... 99 37 Especificaciones del absorbedor............................................. 99 38 Especificaciones del regenerador........................................... 100 39 Costo estimado de la planta.................................................... 100

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA

Página

1 Esquema general de una Planta de Amina................

18

2 Esquema del Absorbedor de una Planta de Amina....

20

3 Esquema del Tanque de Venteo................................

22

4 Esquema del Regenerador de Amina........................

24

5 Esquema del Tanque de Abastecimiento de Amina...

25

6 Esquema del Rehervidor y Recuperador................... 28

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13

INTRODUCCIÓN

Con el incremento de la población mundial, cada vez se hace necesario mayor

cantidad de energía para satisfacer los requerimientos que permitan garantizar la

continuidad de su desarrollo, una de las principales fuentes de energía que ha existido

por muchos años, que se usa en el presente y posiblemente sea la más importante en

el futuro es el gas natural proveniente de yacimientos de gas o asociado a la producción

de petróleo. Una de las grandes preocupaciones que presenta la industria del gas

natural es la remoción de los contaminantes que trae consigo del subsuelo, dichos

contaminantes se les suele llamar gases ácidos , su presencia genera problemas de

mal olor, toxicidad, corrosión de estructuras, tuberías y equipos de las facilidades que

se instalan para su manejo y procesamiento, disminución del poder calorífico y algunos

componentes a partir de ciertas concentraciones en el ambiente atentan mortalmente

contra la vida de los seres vivos. Dentro de los contaminantes más comunes que se

encuentran en el gas natural se tiene: el ácido sulfhídrico (H2S) y el dióxido de carbono

(CO2); y, en menores proporciones el disulfuro de carbono (CS2), sulfuro de carbonilo

(COS) y los mercaptanos(RSH).

Muchos procesos, a lo largo de los últimos 100 a 120 años, se han desarrollado

para efectuar la remoción de dichos contaminantes, entre ellos se tienen procesos de

absorción con solventes físicos, químicos y mixtos; procesos cíclicos consumibles,

membranas y procesos de conversión directa.

Dado que se dispone de una gran variedad de procesos, cuando se requiere la

instalación de una planta con el fin de endulzar un gas natural, la preocupación radica

en la selección técnica y económica del mejor proceso de acuerdo a la aplicación

específica que se tenga.

El presente estudio se centra en el diseño de una planta de endulzamiento de

gas natural con aminas formuladas, con el fin de efectuar una comparación técnica con

respecto a una planta para la misma aplicación utilizando amina convencional, el

solvente formulado con el cual se desarrollan los cálculos es UCARSOL®, patentado por

la Unión Carbide actualmente fusionada con Dow Chemical Company, mientras que la

amina convencional utilizada para efectuar la comparación es la monoetanolamina

(MEA).

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CAPITULO I EL PROBLEMA

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15

CAPITULO I

EL PROBLEMA Planteamiento del Problema

El endulzamiento o desacidificación es una de las fases del procesamiento del

gas natural que garantiza acondicionarlo para su uso ya sea domestico o industrial.

Uno de los procesos más utilizados para realizar la remoción de componentes

ácidos en el gas natural es la absorción con solventes químicos, entre ellos las aminas

convencionales y ahora mas reciente las aminas formuladas.

En la actualidad, la mayoría de procesos a nivel industrial se encuentran

automatizados, guiados por programas computarizados, que permiten establecer

relaciones entre las variables involucradas, resultando en una mayor confiabilidad

general del sistema.

Debido a la dificultad para conseguir en el mercado un programa computarizado

que permita predecir el comportamiento de las variables operacionales tales como:

presión, temperatura, composición y tasas de circulación en una planta de

endulzamiento de gas natural con aminas; es necesario realizar un estudio para

materializar la ejecución de dicho programa computarizado.

Justificación de la Investigación

Mediante el programa objeto de este trabajo se puede obtener la predicción del

comportamiento de las variables operacionales, para validarlas con los parámetros

preestablecidos de funcionamiento de la planta.

Este diseño facilitará el estudio de las plantas de endulzamiento de gas natural

por medio de aminas, con fines académicos en la asignatura de tratamiento del gas

natural, ya que se podrá predecir el comportamiento general de los equipos y de las

variables en cada punto de la planta.

Con el programa se mejorará la efectividad en el análisis de los parámetros

operacionales debido a su versatilidad y rapidez en la entrega de resultados detallados

en los diferentes equipos que conforman la planta.

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16

Objetivos de la Investigación Objetivo General

Diseñar una planta de endulzamiento de gas natural que permita conocer el

comportamiento de las variables operacionales con amina reformulada (MDEA+) y

establecer comparación con una planta de monoetanolamina (MEA).

Objetivos Especificos • Determinar el comportamiento de las variables que están presentes en una planta

de endulzamiento con aminas reformuladas.

• Determinar la cantidad y concentración de contaminantes de gas a la entrada y

salida de la planta.

• Realizar un estudio comparativo entre un proceso con amina convencional versus

amina reformulada.

• Efectuar un análisis que permita inferir posibles cambios en algunos parámetros

involucrados para optimizar el rendimiento de la planta.

Alcance del Estudio

El estudio parte desde el punto de vista exploratorio ya que actualmente hay un

conocimiento general del funcionamiento de la planta de endulzamiento de gas natural

con aminas mediante la revisión bibliográfica, con el fin de adaptar algunos conceptos

al contexto de la investigación.; luego se conduce por una fase descriptiva mediante un

análisis detallado del comportamiento de las variables operacionales en la entrada y

salida de cada uno de los equipos que conforman la planta; por ultimo se convertirá en

un estudio correlacionar para establecer relaciones y comparaciones entre las

diferentes variables operacionales del sistema.

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CAPITULO II MARCO TEORICO

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18

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Plantas de Endulzamiento de Aminas

Para mostrar el funcionamiento de una planta típica de endulzamiento de gas

natural con aminas se procede a describir cada uno de los componentes que la

constituyen.

Figura 1. Esquema general de una Planta de Amina (Fuente: Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Endulzamiento del Gas Natural, Martínez, J. Marcías)

G a s

A g r i o

A b s o r b e d o r

Rehervidor

Recuperador (opcional)

Regenerador

Acumulador de Reflujo

Condensador

Tanque de Abastecimiento

Tanque de Venteo

Intercambiador Amina-Amina

Gas Dulce

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19

Separador de Entrada

Este recipiente, colocado a la entrada de la planta, es la unidad encargada de

separar los contaminantes que llegan con la corriente de gas, tales como hidrocarburos

líquidos, agua libre, partículas sólidas y algunos compuestos químicos que han sido

agregados previamente al gas natural, los cuales suelen causar efectos nocivos, como

por ejemplo alteración y degradación del solvente, formación de espuma y corrosión.

Absorbedor o Contactor

El gas natural agrio que sale del separador, entra al absorbedor por el fondo de

la torre y fluye hacia arriba para entrar en contacto con la solución de amina pobre que

baja desde el tope de la torre. En este contacto el gas ácido es absorbido por la

solución. El gas natural tratado que sale por el tope debe salir con muy poca cantidad

de componentes ácidos.

El contenido de impurezas en el gas residual dependerá de las condiciones de

diseño y de la operación del sistema.

La solución que sale por el fondo del absorbedor, dependiendo de la

composición del gas natural agrio, así como del diseño y operación de la planta,

normalmente contiene:

• Agua

• Aminas

• Componentes ácidos (principalmente CO2, H2S y algunas veces en menor

proporción COS, CS2 y mercaptanos)

• Gas natural que ha quedado en la solución

• Hidrocarburos líquidos retirados de la corriente de gas

• Sólidos y otras impurezas

La cantidad de hidrocarburos líquidos que pasa a la solución de amina, aumenta

a medida que sube la presión de operación y/o disminuye la temperatura de contacto.

La cantidad de gas disuelto dependerá del tipo de solución que se utilice. La

MEA retiene menos contaminantes que otras soluciones. Por ejemplo, la MDEA+

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20

utilizada en el problema tipo de Endulzamiento de Gas Natural de Marcías Martínez,

absorbe 3,85 pie3 de gas ácido por cada galón de solución.

El fluido que sale por el fondo de la torre se conoce como solución rica, ácida o

contaminada. Lo mas común es llamarla rica, debido a que se ha enriquecido de los

componentes ácidos.

Esta solución fluye hacia el tanque de venteo, utilizando un controlador de nivel

que abre y cierra una válvula instalada entre el fondo del absorbedor y dicho tanque,

para garantizar una altura de líquido constante en el fondo del absorbedor.

La temperatura de la amina pobre que entra a l tope del absorbedor está limitada

a un mínimo valor en el rango de 100 °F, debido a que los sistemas de enfriamiento

convencionales de agua o aire normalmente alcanzan este rango, sin embargo esta

temperatura se recomienda que sea 10 °F mayor que la temperatura de entrada del gas

natural agrio en el fondo del absorbedor, para evitar la condensación de los

hidrocarburos pesados contenidos en el gas natural. Temperaturas muy altas en la

solución de amina pobre causarán excesivas pérdidas de amina debido a la

vaporización, así como también disminuye la capacidad de carga de gas ácido en la

solución. La máxima temperatura para separar H2S será 120 °F y para CO2 150 °F.

Figura 2. Esquema del Absorbedor de una Planta de Amina (Fuente: Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Endulzamiento del Gas Natural, Martínez, J. Marcías)

Torre Absorbedora

Entrada de Gas Natural

Agrio

Solución de Amina

Rica

Salida de Gas Natural Endulzado

Solución de Amina Pobre

•Amina •H2S •CO2 •H2O •Hidrocarburos

Enfriador de Amina Pobre

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21

Tanque de Venteo

Es utilizado para separar el gas que se disuelve en la solución. Normalmente es

requerido, excepto cuando la presión del absorbedor es muy baja, y se opera a una

presión aproximada de 75 a 100 lpcm.

Cuando la presión de la solución rica que sale del absorbedor se reduce desde la

presión de contacto hasta la de trabajo del tanque de venteo, la mayor parte de los

hidrocarburos que se han disuelto en la solución se vaporizan llevándose consigo una

pequeña cantidad del gas ácido.

El propósito de este tanque es recuperar los hidrocarburos disueltos en la

solución, los cuales se conducen a un mechurrio o se utilizan como gas combustible. De

esta manera se evita la formación de espuma y se logra una mejor operación de la

planta.

No obstante, es recomendable tener presente el poder contaminante de estos

gases, eso podría impedir su uso como combustible. Lo normal es que contenga una

cantidad excesiva de CO2, por lo que se reduce de manera considerable el valor

calorífico, pero también puede tener H2S lo cual es peligroso. Por estas razones se

suele colocar, a la salida del tanque de venteo un pequeño contactor.

Es recomendable conectar al tope de este pequeño absorbedor, una línea de

amina pobre con el fin de retirar el gas ácido que transporta el gas combustible.

Esta pequeña porción de solución contaminada se mezcla con la corriente de

amina rica que va hacia el regenerador. La tasa de flujo se regula con un controlador de

nivel colocado en el tanque de venteo.

La presión del tanque de venteo se controla, a su vez, con una válvula colocada

en la salida de la corriente de gas, que trabaja con un controlador de presión.

Esta válvula abre y cierra para mantener constante la presión en el recipiente.

Cuando el gas que se está tratando contiene hidrocarburos pesados, parte de

ellos son disueltos en la solución de amina dentro del absorbedor, al disminuir la

presión en el tanque de venteo, ellos se separan formando una película en la superficie

de la solución de amina depositada en este recipiente. Para lograr la mayor separación

posible de los hidrocarburos pesados en este tanque, es necesario incrementar el

tiempo de residencia hasta un máximo de 30 minutos.

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Finalmente son drenados a través de una válvula que puede ser manual o

dirigida por un controlador de nivel.

Figura 3. Esquema del Tanque de Venteo Amina (Fuente: Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Endulzamiento del Gas Natural, Martínez, J. Marcías)

Intercambiador de Calor Amina-Amina

El propósito del intercambiador de calor es aprovechar una parte de la energía

de la amina pobre o limpia que sale del regenerador.

La solución pobre que sale del rehervidor, se enfría al pasar por el

intercambiador de calor, mientras que la amina rica que viene del tanque de venteo se

calienta hasta un máximo de 210 °F para hacer mas fácil la separación de los gases

ácidos que transporta.

Es conveniente evitar que no se separe el gas en la tubería antes de entrar a la

columna de regeneración ya que el sistema se vuelve muy corrosivo. Para reducir este

problema normalmente se usa tubería recubierta con acero inoxidable.

La velocidad lineal máxima de la solución a través de los tubos es de 3 pie/seg.

El intercambiador de calor mas común es del tipo concha y tubos en U. La

solución rica normalmente fluye a través de los tubos y la solución pobre, por la carcaza

del intercambiador bañando los tubos por su parte exterior.

Entrada de Amina Rica

Amina Rica Sin Hidrocarburos

Drenaje de Hidrocarburos

Intercambiador Amina - Amina

Amina Rica Hacia el Regenerador

Control de Presión

Control de Nivel

Contactor del Tanque

de Venteo

Entrada de Amina Pobre

Gas Combustible

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Después del intercambiador se coloca una válvula sobre la línea de la solución

rica que va hacia el regenerador, dirigida por un controlador de nivel, ubicado en el

tanque de venteo con el fin de mantener un nivel óptimo de solución en dicho

recipiente.

El regenerador por lo general, se opera a una presión que varía entre 4 y 8 lpcm.

A esta presión, los gases que contienen la solución rica se evaporan a medida que se

calienta la solución.

Regenerador

El propósito del regenerador es remover el gas ácido contenido en la solución

rica. En una planta de amina, la torre de regeneración por lo general contiene entre 18 y

24 bandejas. La solución rica que viene del intercambiador de calor entra en el tercero

al quinto plato por debajo del tope. A medida que la solución desciende entra en

contacto con los vapores del rehervidor que suben hacia el tope de la torre. El vapor

burbujea en la solución, en cada plato, retira los gases ácidos de la solución y los

transporta hacia el tope de la torre.

El equipo responsable de la compensación energética de la planta es el

rehervidor. Allí se produce o suministra el calor necesario para vaporizar el agua que

viene junto a la solución rica y la que regresa al regenerador como reflujo. El vapor fluye

en contracorriente con el líquido que cae y, en cada plato, entra en contacto con la

solución para lograr el equilibrio que permite el despojamiento del gas ácido. En los

rehervidores que utiliza como fuente de calor vapor, el consumo de vapor en la planta

es un parámetro extraordinario para medir el comportamiento del sistema.

Cuando la cantidad de calor aumenta, se incrementa también la cantidad de gas

ácido despojado.

Los vapores que salen por el tope de la torre de regeneración son una mezcla de

vapor de agua y gas ácido. Al pasar por el condensador, el vapor de agua se condensa

y los gases ácidos también conocidos como gases de cola salen de la planta.

El condensador puede ser de tipo concha y tubos, con el uso de agua a través de

los tubos, o un enfriador de aire con ventilador eléctrico. En cualquiera de los dos

casos, lo que sale del condensador (una mezcla de agua y gases ácidos), entran al

acumulador de reflujo. Este acumulador es un separador gas líquido. Los gases, que

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han sido removidos en el absorbedor y liberados en el regenerador, salen por el tope

del recipiente a través de una válvula de control de presión. Por lo general van a un

incinerador, a una línea de venteo o a una planta recuperadora de azufre.

La presión en la torre de regeneración se mantiene constante utilizando el

controlador de presión que regula una válvula instalada en la línea de gas del

acumulador de reflujo. El agua que cae al acumulador es bombeada como reflujo, hacia

el tope de la torre de regeneración y se regula con un controlador de nivel colocado en

el acumulador el cual activa una válvula de control ubicada después de la bomba de

reflujo. La solución que se acumula en el fondo del rehervidor se calienta y se vaporiza

parcialmente. Los vapores se desplazan hacia la torre.

Figura 4. Esquema del Regenerador Amina (Fuente: Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Endulzamiento del Gas Natural, Martínez, J. Marcías)

Condensador

Amina Rica

Acumulador de Reflujo

H2S y CO2

Torre Regeneradora

Rehervidor

Recuperador

Intercambiador Amina - Amina

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Tanque de Abastecimiento

El tanque de abastecimiento se usa para almacenar la solución pobre o limpia.

Por efectos del trabajo diario, parte de la solución, se pierde en el contactor y en el

regenerador. También habrá pequeñas pérdidas en el empaque de la bomba y en otros

sitios. A medida que desciende el nivel de la solución en el tanque de abastecimiento es

necesario agregar solución fresca. Es preciso vigilar que al agregar solución al sistema

se mantenga la proporción agua/amina recomendada en el diseño original. Cuando la

solución trabaja demasiado concentrada o diluida la planta funciona ineficientemente.

Si la solución de amina entra en contacto con aire, reacciona con el oxigeno y

pierde capacidad para remover componentes ácidos del gas natural. Como

consecuencia es esencial que el aire no entre en contacto con la solución.

Figura 5. Esquema del Tanque de Abastecimiento de Amina (Fuente: Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Endulzamiento del Gas Natural, Martínez, J. Marcías)

Para prevenir este efecto, se puede utilizar un colchón de gas inerte en el tanque

de abastecimiento. Algunas veces se utiliza gas natural en sustitución del gas inerte.

Para prevenir la entrada de aire al sistema se utiliza una presión de 1 a 2 pulgadas de

agua.

Gas Combustible Entrada de

Agua

Entrada Amina Fresca

Cámara de Gas

Bomba de Amina

Amina Pobre que viene del

Intercambiador Amina-Amina

Filtro

Amina Pobre hacia el Absorbedor

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Bomba de la Solución Pobre

El líquido del tanque de abastecimiento pasa a la bomba, la cual aumenta la

presión de la solución pobre de tal manera que pueda entrar en el absorbedor. Por lo

general esta bomba es del tipo de desplazamiento positivo. El caudal se regula

desviando una porción del líquido de la descarga de la bomba hacia una válvula de

control manual ubicada en la succión de la bomba.

La máxima tasa de flujo se obtiene cuando la válvula ubicada en la desviación

está cerrada. La tasa de flujo de la solución regenerada que va al absorbedor,

normalmente se mide por medio de un rotámetro. La bomba o las bombas debe(n)

tener 100% de respaldo para garantizar flujo continuo de solución pobre al tope del

absorbedor.

Debido a que la solución pobre que sale del fondo del regenerador, está en su

punto de burbuja se puede requerir una bomba de bajo NPSH.

Filtros

A medida que la solución circula a través del sistema, recoge partículas que se

forman como producto de la corrosión. Estas partículas sólidas pueden causar

formación de espumas en el absorbedor y regenerador.

Estas partículas sólidas normalmente son retiradas mediante el uso de filtros, la

ubicación del filtro depende del gas ácido que se ha removido del gas natural agrio, en

el caso de estar presente el H2S, por razones de seguridad este debe ser instalado en

la solución pobre, de no existir H2S podría estar colocado del lado de la solución rica.

En aquellos casos donde la formación de partículas sólidas sea relativamente

alta, es necesario instalar un filtro para purificar el 100% de la solución. Si este no es el

caso la solución se puede colar parcialmente y se coloca una desviación, para filtrar

solamente parte de la corriente.

Si la formación de partículas es severa, se pueden utilizar diferentes tipos de

filtros para limpiar la solución. No obstante, en cualquiera de los casos el filtro debe ser

vigilado cuidadosamente y los elementos deben ser reemplazados, cuando se saturen

con las partículas.

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La contaminación de un filtro normalmente se detecta con la diferencial de

presión a través del mismo. Un elemento nuevo, por lo general tiene una caída de

presión de 2 a 4 lpc. Cuando se tapa, la caída de presión aumenta. Si la caída de

presión excede a 15-25 lpc, el elemento del filtro colapsará y quedará completamente

inactivo. Como consecuencia los elementos del filtro deberán ser reemplazados cuando

la caída de presión se acerque a la cifra máxima recomendada por el fabricante.

Enfriador de la Solución Pobre

La solución pobre que sale del regenerador, por lo general, esta a una

temperatura muy alta, razón por la cual no se puede introducir así al absorbedor,

porque pierde capacidad de absorción de componentes ácidos.

Por ello, se utiliza un intercambiador de calor adicional en el cual la solución se

enfría con agua o aire.

Indistintamente del tipo de enfriamiento que se use, la solución se debe enfriar

hasta +/- 10°F por encima de la temperatura de entrada del gas al absorbedor.

Cuando el tanque de venteo tiene un purificador instalado para el gas

combustible, el caudal de solución pobre después de enfriarla se divide en dos

corrientes, una pequeña que se envía al tanque de venteo y la diferencia, hacia el tope

del absorbedor.

Concentrador o Recuperador de la Amina

A medida que la solución de amina circula en el sistema, ocurren ciertas

reacciones laterales que forman productos termoestables y a su vez degradan la

solución perdiendo la capacidad de absorción. Estos productos pueden ser removidos

en el recuperador. Esta unidad es en realidad un regenerador; en el cual se separa la

amina del material deteriorado. La amina se vaporiza y pasa hacia el tope de la unidad.

Los productos de la degradación quedan en el recuperador, de donde se drenan

periódicamente.

La alimentación del recuperador viene del fondo de la torre de regeneración.

Maneja alrededor de 3 a 5% de la solución pobre. Se usa principalmente para MEA. En

el tope se instala una columna empacada para eliminar el arrastre de espuma y líquidos

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en vapores. El caudal de vapor (Amina+agua) que regresa al fondo del regenerador, es

regulado con un controlador de nivel instalado en el recuperador. Estos vapores

ascienden desde el fondo del regenerador, contribuyendo al despojamiento de los

gases ácidos que trae consigo la solución rica.

Figura 6. Esquema del Rehervidor y Recuperador (Fuente: Ingeniería de gas, principios y aplicaciones. Endulzamiento del Gas Natural, Martínez, J. Marcías) Procesos de Endulzamiento o Desacidificación

Consiste en la eliminación de los componentes ácidos del gas natural,

principalmente el dióxido de carbono y el ácido sulfhídrico, otros componentes ácidos

por lo general en menor proporción como COS y el CS2, deben ser tomados en cuenta

debido a que tienden a dañar las soluciones que se utilizan para endulzar el gas y, por

lo general, no se reportan dentro de la composición del gas que se va a tratar.

Regenerador

Amina Pobre Intercambiador Amina-Amina

Control de Nivel

Amina a alta T regresa al Regenerador

Gas Combustible o Vapor

Rehervidor

Recuperador

Drenaje

Torre Empacada Gas Combustible

o Vapor

Vapor Condensado

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Tipos de Procesos

Normalmente se encuentran seis categorías de procesos de endulzamiento o

desacidificación:

• Procesos con solventes químicos.

• Procesos con solventes físicos.

• Procesos con solventes híbridos o mixtos.

• Procesos de conversión directa.

• Procesos de lecho sólido o seco.

• Membranas y otros procesos de endulzamiento.

• Procesos criogénicos.

Las características generales de estos procesos se muestran en la siguiente

tabla:

Tabla 1. Características generales de los procesos de endulzamiento

SOLVENTES QUIMICOS

SOLVENTES FISICOS

CONVERSION DIRECTA LECHO SECO

PRINCIPIOS DE REMOCION DE H2S

Reacción Química Absorción Física Reacción Química

a) Reacción Química b) Adsorción Física

CARGA O REMOCION DE H2S

Limitada por estequiometría

Proporcional a la presión parcial de H2S

Limitada por estequiometría

Limitada: a) Estequiometría b) Área superficial

CANTIDAD DE H2S Grande Muy Grande Baja Muy Baja

PUREZA REQUERIDA Moderada/Alta Alta Moderada/Alta a) Muy Alta

b) Alta ENERGIA EN EL REGENERA DOR

Grande Baja Moderada Grande

APLICACION TIPICA

Remoción continua gran variedad de aplicaciones

Remoción en masa y remociones continuas

Procesos continuos

a) Lechos Desechables b) Operaciones Cíclicas

C A RGA

PH2S PH2S

C A R G A

b)

PH2S

C A R G A

a) C A R G A

PH2S

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Procesos con Solventes Químicos

En estos procesos los componentes ácidos del gas natural reaccionan

químicamente con el componente activo, para formar compuestos inestables en un

solvente que circula dentro de la planta. La solución rica, se puede separar en sus

componentes originales principalmente, mediante la aplicación de calor y, con menor

influencia, por reducción de la presión de operación, para liberar los gases ácidos y

regenerar el solvente. Una vez regenerada, la solución se envía nuevamente a la

unidad de absorción.

El componente activo en el solvente puede ser uno de los siguientes tipos: una

alcanolamina o una solución básica (solución alcalina con sales), con o sin aditivos. En

principio las aminas muestran mayor afinidad con el dióxido de carbono y producen una

cantidad apreciable de calor de reacción (calor exotérmico).

La afinidad hacia el CO2 se reduce con aminas secundarias o terciarias. En la

práctica, esto significa que, por lo menos parte de la solución en el proceso de

regeneración puede ser afectada por la reducción de presión en la planta, con la

correspondiente disminución de suministro de calor.

En general, los solventes químicos presentan alta eficiencia en la eliminación de

gases ácidos, aun cuando se trate de un gas de alimentación con baja presión parcial

de CO2.

Las principales desventajas son: la demanda de energía, la naturaleza corrosiva

de las soluciones y la limitada carga de gas ácido en la solución debido a la

estequiometría de las reacciones.

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Tabla 2. Procesos con alcanolaminas

NOMBRE TECNICO CONCENTRACION NORMAL CONCENTRACION EN PESO

MEA 2,5 N Monoetanolamina en agua 15%

MEA-Amina Guard ó

MEA Gas/Spec IT 1 5 N Monoetanolamina en agua 30%

MEA-Amina Guard - ST 5 N Monoetanolamina en agua con

Inhibidores 30%

DGA 6 N Diglicolamina en agua con

Inhibidores 63% (23-70%)

DEA 2,5 N Dietanolamina en agua 26% (15-26%)

DEA - Snea 3 N Dietanolamina en agua 32% (25-35%)

DEA - Amina Guard 5 N Dietanolamina en agua 52%

DEA - Amina Guard ST 5 N Dietanolamina en agua con

Inhibidores 52%

DIPA ó ADIP 4 N Disopropanolamina en agua 54% (30-54%)

MDEA 4 N Metildietanolamina en agua 48% (30-50%)

MDEA - Activada, Snea-P-MDEA con

Activador 5 N Metildietanolamina en agua 48%

Ucarsol 2 N Metildietanolamina en agua 24%

MEA (monoetanolamina)

La monoetanolamina, es la más reactiva de las etanolaminas. Es una tecnología

abierta, es decir, no está sujeta al pago de patentes. Se utilizan preferencialmente en

procesos no selectivos de remoción del CO2 y del H2S, aunque algunas

impurezas, tales como: el COS, CS2 y el oxigeno tienden a degradar la solución,

por lo cual no se recomienda en esos casos.

Con MEA, se logran concentraciones muy bajas de CO2/H2S. Es útil en

aplicaciones donde la presión parcial del gas ácido en la corriente de entrada, sea baja.

La corrosión y la formación de espuma son los principal problemas al trabajar con MEA

por lo cual el porcentaje en peso de MEA en la solución se limita a +/- 15%.

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La MEA, es la base más fuerte de las diferentes aminas y ha tenido un uso

difundido especialmente cuando la concentración del gas ácido es pequeña. Por su

bajo peso molecular tiene la mayor capacidad de transporte para gases ácidos con

base a peso o volumen, lo que significa menor tasa de circulación de amina para

remover una determinada cantidad de gases ácidos.

La presión de vapor de la MEA es mayor que para las otras aminas a la misma

temperatura, lo cual puede producir mayores pérdidas por vaporización. Este problema

se disminuye con un simple lavado del gas dulce con agua. Los problemas de corrosión

pueden ser severos (mas aun que con otras alcanolaminas). Como consecuencia de

estas desventajas y de los requerimientos de energía para la regeneración, ha habido

una tendencia hacia el uso de otros procesos. Para mantener la corrosión baja, la

concentración de la solución y la carga de gas ácido en la solución deben mantenerse

bajas. La carga debe ser suficientemente baja para que no se formen carbonatos y

bicarbonatos. Con oxigeno, COS y CS2 se forman productos de degradación, los cuales

deben ser removidos añadiendo un álcali en un sistema de recuperación (recuperador o

reclaimer).

Las variaciones tecnológicas de la MEA son las siguientes:

• MEA - Amine Guard

• MEA - Amine Guard-ST

Ambas variantes dependen de una licencia de la Union Carbide Corporation.

Esta empresa le incorporó inhibidores de corrosión, con lo cual se puede permitir

concentraciones hasta 30% por peso. La carga de gas ácido en la solución puede ser

aumentada.

De manera general, se suele decir, sin especificar cual de los procesos de Amina

Guard puede remover CO2, H2S, COS y RSH tanto de gases de síntesis como de gas

natural. Para el caso del H2S el grado de remoción puede ser bruta o selectiva.

Según lo indicado por Marcías Martínez, las condiciones de entrada del gas agrio

depende de la ubicación de la planta, la temperatura varía de 50 a 150 °F, teniendo

presente que temperaturas menores de 100 °F, favorece la reacción de los

componentes ácidos presentes en el gas con la amina pobre dentro del absorbedor; la

presión varia desde la atmosférica hasta 1500lpcm, y la temperatura de la solución de

amina en todo el proceso, varía entre 100 y 270 °F; el H2S se puede recuperar

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prácticamente hasta el 100% mientras que en el caso del CO2 la recuperación se ajusta

entre el 20 y 99,9 %.

DGA (diglicolamina)

La DGA se usa en el proceso Fluor Econamine. El primero en utilizar

Diglicolamina fue el proceso Econamina, desarrollado conjuntamente por FLUOR, El

Paso Natural Gas y Jefferson Chemicals.

La DGA, es una amina primaria, como la MEA en cuanto a la reactividad, pero

tiene mejor estabilidad y baja presión de vapor, lo cual permite el uso de

concentraciones relativamente alta, normalmente 50 - 70.% p/p con sus

correspondientes cargas de gas ácido. Tanto la inversión como los requerimientos de

energía son menores que con MEA, debido a que las tasas de circulación requeridas

son mucho más bajas. La DGA es higroscópica.

Las desventajas son: que la química es más costosa y da productos de

degradación que no son regenerables cuando están presentes el CO2 con COS y CS2.

La solución típicamente utilizada es 65% p/p DGA o más alta.

El uso de esta concentración más alta, permite la reducción en las tasas de

circulación en 25-40%, comparado con el tratamiento con MEA. Esto produce ahorros

sustanciales tanto de capital como de los costos de operación. Al mismo tiempo, la

experiencia ha demostrado que la corrosión es comparable, o menor, a la

experimentada con las aminas convencionales.

La degradación de la solución absorbedora de aminas se evita con el uso de una

técnica simple y barata de recuperación por alta temperatura, lo cual purifica la solución.

En esta operación no está involucrada la adición de cáusticos ni otras químicas. Los

requerimientos de compensación de la solución son generalmente menores que para

los procesos con amina convencional. Este método de recuperación permite el uso del

proceso Econamina para corrientes de gas que contengan COS y CS2 ya que los

productos de descomposición formados por la reacción entre estas impurezas del

azufre y la DGA son también regenerados térmicamente durante la operación normal de

recuperación.

La desventaja de la DGA es la gran solubilidad de fracciones del C3+, comparado

con el uso de MEA, DEA, etc,. La DGA también se ajusta al tratamiento de líquidos, el

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gas y el condensado se pueden poner en contacto con el solvente, agregando un

sistema común de regeneración.

La degradación con COS y CS2 es reversible utilizando un reconcentrador

(Reclaimer) a altas temperaturas. Las soluciones de DGA en agua son térmicamente

estables a 400 °F, pero se congelan a -40°F.

DEA (dietanolamina)

La DEA es mucho menos corrosiva que la MEA, pero la solución se vuelve muy

viscosa en concentraciones altas. La reacción de la DEA con COS y CS2 es más lenta

que con la MEA y los productos de la reacción son distintos, lo cual causa menores

pérdidas de amina al reaccionar con estos gases. Tiene una presión de vapor más baja

con lo cual las pérdidas de solución de amina por evaporación son menores y funciona

bien en absorbedores de baja presión. La DEA se degrada en igual forma que la MEA,

pero los productos de degradación tienden a hervir a la misma temperatura, lo cual

hace muy difícil separarlos por destilación y no se usan sistemas de recuperación

(Reclaimer).

En cuanto a la concentración que, de cada producto, se puede utilizar es

conveniente saber que, al comienzo, las plantas de DEA fueron construidas para operar

con concentraciones de solución de 30 a 35% p/p. Durante años, se usaba como regla

general un 18% para MEA y 25% para DEA debido a la corrosión; sin embargo, se ha

determinado que la DEA no es corrosiva en niveles que exceden el 35%.

La Trietanolamina (TEA) por ejemplo, no se recomienda debido a su baja

capacidad para la absorción de CO2, su baja reactividad y su estabilidad, muy pobre.

Sin embargo, las aminas terciarias se usan cuando se requiere alta selectividad hacia el

H2S.

La DEA se usa para endulzar corrientes de gas natural que contenga un total de

10%, o más, de gases ácidos a presiones de operación de 500 lpcm o mayores. Las

corrientes de gas natural pueden ser tratadas para cumplir con la especificación

convencional para gasoducto 4 ppm de H2S máximo, simultáneamente con 2% en

volumen CO2 o menos. Los gases ácidos removidos del gas natural se producen a una

presión y temperatura apropiada para servir como alimentación directa a una unidad de

recuperación de azufre tipo Claus o LO-CAT.

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Las unidades comerciales operan entre 600 a 1100 lpcm tratando corrientes de

gases crudos que contienen desde 11 hasta 35% de gases ácidos. La relación de

CO2/H2S varía desde 34 hasta 65 en estas unidades.

La mayor aplicación de la DEA, es el tratamiento de gas de refinerías, en las

cuales se consiguen compuestos sulfurosos que podrían degradar la MEA.

La DEA es ligeramente más débil que la MEA y los productos de la reacción no

son corrosivos. La presión de vapor de la DEA es más baja que la MEA, lo cual reduce

las pérdidas por evaporación.

DIPA (diisopropanolamina)

La DIPA es una amina secundaria como la DEA, y ampliamente utilizada en

Europa y Japón. Es una tecnología abierta, pero también se usa como solvente en el

proceso SHELL ADIP.

Las soluciones DIPA tienen una gran capacidad para transportar gas ácido, con

base molar, pero debido al alto peso molecular del solvente, requiere de tasas másicas

muy alta. Difícilmente el proceso DIPA, puede competir en la remoción del CO2 con

otros procesos, pero sí, en la remoción del H2S donde es más eficiente. Igualmente es

utilizado en el tratamiento de líquidos.

ADIP (diisopropanolamina activada)

El proceso SHELL ADIP utiliza soluciones acuosas relativamente concentradas

(30 - 40% p/p). Este proceso es ampliamente usado para la remoción selectiva del

ácido sulfhídrico de gases de refinería con altas concentraciones de H2S/CO2. El COS,

se remueve parcialmente (20-50%).

MDEA (metildietanolamina)

La MDEA, es una amina terciaria que reacciona lentamente con el CO2, por lo

cual, para removerlo, se requiere de un mayor número de etapas de equilibrio en la

absorción. Su mejor aplicación es en la remoción selectiva del H2S cuando ambos

gases están presente (CO2 y H2S).

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Una ventaja de la MDEA, para la remoción del CO2 es que la solución

contaminada o rica se puede regenerar por efectos de una separación instantánea.

Otra ventaja que puede ofrecer la MDEA sobre otros procesos con amina, es su

selectividad hacia el H2S en presencia del CO2. En estos casos la MDEA es más

favorable. Si el gas contactado a una presión suficientemente alta 800 - 1000 lpcm, bajo

ciertas condiciones puede obtenerse un gas con calidad para gasoducto de 4 ppm de

H2S y al mismo tiempo desde 40 al 60% del CO2 presente, puede fluir a través del

contactor sin reaccionar. Con una alta relación CO2/H2S, puede usarse MDEA para

mejorar la calidad de la corriente de alimentación de gas ácido hacia una planta Claus

para recuperación de azufre. Se utilizan soluciones de 30 – 50% p/p de amina.

A-MDEA (metildietanolamina activada)

En la MDEA activada, con licencia de BASF, Linde, Lurgi, Parson y otros, la

adición de una amina secundaria como activador acelera la absorción cinética del CO2.

La A-MDEA no remueve los mercaptanos, ni se puede utilizar sólo para la remoción

selectiva del H2S debido a la presencia del activador. La regeneración parcial de la

solución puede ser afectada por la evaporación de la solución rica dependiendo de las

especificaciones del gas tratado, es posible suministrar una pequeña corriente lateral

regenerada térmicamente, para una segunda etapa de absorción.

Factores para la Selección de un Proceso

Los factores que se consideran más importantes en la selección de un proceso

son:

• Regulaciones de contaminantes en el ambiente, referidas a H2S, CO2, COS,

RSH, etc.

• Tipo y concentración de las impurezas en el gas agrio.

• Especificaciones del gas residual (gas dulce).

• Temperatura y presión del gas agrio y del gas tratado.

• Volumen del gas a ser procesado.

• Corrosión.

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• Fracción molar de los hidrocarburos en el gas.

• Requerimientos de selectividad.

• Costos de capital y de operación.

• Regalías

• Necesidad de plantas recuperadoras de azufre.

Disponibilidad de facilidades: agua para enfriamiento, electricidad, vías de

acceso y espacio físico.

Variables de Control y Operación de una Planta

El análisis de los parámetros que afectan el comportamiento de una planta de

aminas permitirá localizar las fallas que a menudo se presentan.

Tasa de Circulación de la Solución de Amina

El consumo energético es directamente proporcional a la tasa de circulación de

la solución de amina. No obstante, al aumentar la concentración aumentará la carga de

gas ácido en la solución y disminuirá la tasa de circulación de la solución y los costos

de energía.

La tasa de circulación de amina se decide cuando se diseña la planta; después

de arrancarla, por lo general, no se cambia. En ocasiones se producen cambios en el

caudal de gas tratado o en la cantidad de gas ácido que llega a la planta, pero se

mantiene la tasa de circulación apoyándose en las condiciones de diseño o en el hecho

de que los operadores anteriores, lo venían haciendo así. Trayendo como consecuencia

el desperdicio de energía.

Cuando se reduce la cantidad de gas tratado o la concentración de gas ácido en

la alimentación, se pueden hacer ahorros energéticos reduciendo la tasa de circulación

de amina. La práctica establecida de “no lo cambies que así ha estado trabajando bien”

le cuesta a la industria muchos millones de dólares por año.

La tendencia establecida ha sido, aumentar la tasa de circulación para disminuir

la corrosión. Esta práctica también puede significar pérdidas grandes en el costo de la

energía, lo cual obliga a optimizar la tasa de circulación de la solución.

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La siguiente fórmula puede ser útil para formarse una idea del impacto sobre el

costo energético de la tasa de circulación de la solución:

V.E. ($/año) = (gpm)*(525,6) * (C.E.)

V.E. = Valor de la energía, US $/año.

gpm= tasa de la circulación de amina (galones/minuto)

C.E.= Costo de la energía: $/MPpcn ó $/1000 Lbs de vapor ó $/MMBTU.

Carga de Gas Ácido

La falta de monitoreo, de carga de gas ácido en la solución también puede

producir costos elevados de energía. Cada tipo de solvente tiene una carga óptima de

gas ácido, es importante que se conozca bien estos valores, debido a que están

interrelacionados con una gran cantidad de variables.

La mayoría de las soluciones de amina solamente necesitan entre 0,05 y 0,08

moles de gas ácido total por mol de amina pobre para satisfacer las especificaciones

del gas dulce. El contenido total de gas ácido en la solución pobre, por lo general es

mucho mas baja, algunas veces está por debajo de 0,01. Al excederse en el proceso

de regeneración de la solución, la cantidad de energía que se utiliza es muy alta. Se

debe monitorear regularmente la cantidad de gas ácido en la solución, con el fin de

compararlo con las soluciones óptimas. La corrosión aparece cuando la carga de gas

ácido en la solución excede la línea de referencia, si por el contrario, la carga de gas

ácido está por debajo de la línea de referencia, empieza a producirse un desperdicio de

energía.

Concentración de la Solución de Amina

La MEA y la DEA, son de uso común en las plantas de endulzamiento. La

concentración varia entre el 10% y 20% p/p en el caso de la MEA y entre 20% y 30%

p/p, para la DEA sin inhibidores. La tendencia ha sido, operar en el punto mas bajo del

rango para minimizar la corrosión. Esta práctica produce perdidas muy grandes en

energía. Al aumentar la concentración, se aumenta la capacidad de la solución para

remover gas ácido y se logran ahorros energéticos considerables.

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Cuando se alcanzan concentraciones hasta del 45% p/p para MEA y DEA sin

inhibidores, puede aumentar de manera notoria la corrosión, incrementando de manera

general el costo de operación de la planta. Existen analizadores que permiten agregar,

automáticamente, la cantidad de amina o de agua requerida, para mantener la

concentración en el nivel adecuado.

Reflujo

El vapor de agua que sale por el tope de la columna de regeneración, junto con

los gases ácidos, es condensado y devuelto al regenerador en forma de reflujo. La

razón entre los moles de agua (L) que regresan al regenerador y los moles de gas ácido

que salen de la planta (D), se conoce como RAZON DE REFLUJO. Este parámetro es

fundamental en el diseño y operación de la torre y un indicador de la cantidad de

energía que debe ser usada en el rehervidor. La razón de reflujo, determina la cantidad

de gas ácido residual en la amina pobre y, por lo tanto, la eficiencia del fraccionamiento.

El valor típico de R= L/D varía entre 1,5:1 a 4:1 dependiendo del número de bandejas

que tenga la torre y de otras variables.

En un diseño típico, una razón de 2:1, es común. En las refinerías, la razón de

reflujo más utilizada es 4:1. A medida que aumenta la razón de reflujo R, la cantidad de

agua condensada que regresa al regenerador es mayor, lo cual indica que se debe

extraer más calor por el condensador y para mantener el equilibrio energético de la

torre se debe agregar calor en el rehervidor. Esto refleja finalmente en un mayor

consumo de energía.

Por lo general, no se mide la razón de reflujo, por lo cual es difícil determinar las

pérdidas por este concepto.

Para controlar la cantidad de energía que se utiliza, se debe disponer de un

controlador de temperatura en la línea de vapor que va del tope del regenerador a la

entrada del condensador. Normalmente el rango de temperatura va desde 190°F hasta

210 °F,. Por debajo de esta temperatura, la cantidad de vapor es insuficiente para lograr

un fraccionamiento apropiado y puede aparecer corrosión severa. Cuando la

temperatura está por encima del nivel recomendado se produce fraccionamiento en

exceso con el subsiguiente costo de energía.

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Una razón de reflujo óptima debe ser un reto permanente. Cuando la razón de

reflujo está por encima del nivel de referencia, habrá desperdicio de energía y cuando

está por debajo, podría estar apareciendo la corrosión en la planta. Para mantener los

costos de energía y la corrosión en el mínimo posible, la razón de reflujo real debe

coincidir con la razón de reflujo óptima.

Recuperación de Energía

Cuando el absorbedor trabaja a una presión suficientemente alta, se puede usar

una turbina para recuperar la energía potencial contenida en el líquido, a alta presión.

Una turbina hidráulica convierte la presión alta del líquido en energía mecánica que se

puede utilizar para mover otras bombas del sistema.

En todo caso, la energía mecánica que se recupera no es suficiente para mover

la bomba de amina pobre y debe ser compensada con un motor eléctrico.

Intercambio de Calor

Hay una buena inversión en el diseño de los intercambiadores de calor con

ahorro energético, por el contrario, el intento de ahorrar reduciendo el tamaño de las

unidades, resulta muy costoso. El calor que no se recupera en los intercambiadores

amina-amina, representa una carga adicional para el rehervidor. Cuando más se

precalienta la amina rica mediante la recuperación de calor de la amina pobre, menor

es la cantidad de calor que se debe agregar al rehervidor en el proceso de

regeneración. Este intercambiador debe ser diseñado para lograr una aproximación de

la temperatura de no más de 30°F a 40°F.

Para ahorrar energía, también es necesario un mantenimiento apropiado de los

intercambiadores. Por ejemplo, si un intercambiador amina-amina no está trabajando

cerca de las condiciones de diseño, pudiera ocurrir que tenga problemas de formación

de escamas o películas de vapor atrapadas en el lado de la carcaza.

El sucio reduce la eficiencia operacional y produce un gran desperdicio

energético. La limpieza de los intercambiadores utilizando químicas, es una forma

excelente de reducir el consumo de energía, no obstante, una limpieza mal hecha

pudiera causar problemas serios en la operación y aumentar los costos drásticamente.

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Por ello, se deben utilizar empresas con conocimientos claros de los equipos y de las

químicas utilizadas para la limpieza.

Perdidas de Amina

Las pérdidas de amina pueden ser un problema operacional serio y costoso.

Estas pérdidas normalmente se deben a:

• Arrastre de solución tanto en el absorbedor como en el vapor del tanque de

venteo.

• Cuando el extractor de niebla está tapado.

• Cuando se forma espuma.

• Vaporización de la amina en el regenerador.

• Degradación en productos termoestables en el caso de las aminas primarias.

• Derrames operacionales.

• Trabajos de limpieza mal hechos.

• Disposición de productos del reconcentrador.

Lo que ocurre después que la amina sale del sistema también es importante. La

amina que se va absorbida en el gas tratado, puede contaminar el glicol o los

desecantes sólidos que se encuentran aguas abajo, de la planta de endulzamiento, lo

cual representa costos elevados y problemas operacionales. Lo mismo ocurre cuando

la solución sale del regenerador y llega a la planta de azufre.

Formación de Espuma

La formación de espuma puede generar dificultades de todo tipo:

• Aumenta las pérdidas de amina

• Hace más difícil el tratamiento del gas natural

• Ocasiona corrosión

• Aumenta el consumo de energía

La formación de espuma es causada por los contaminantes presentes en la

solución de amina.

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La formación mecánica de la espuma normalmente es causada por la velocidad

muy alta del gas y de los líquidos a través de los equipos.

Una de las mejores formas de detectar la formación de espuma es usar una

celda de presión diferencial en el absorbedor y en el regenerador. Una presión

diferencial errática indica que la formación de espuma es más severa.

Cuando se acostumbra a medir la diferencia de temperatura entre el gas tratado

vs. el gas ácido o entre la amina rica vs. la amina pobre, se puede detectar la formación

de espuma en la medida en que el diferencial de temperatura cambie de manera

abrupta.

La mejor medicina para evitar los problemas con espuma, es el cuidado de la

solución de amina. el uso de antiespumante no resuelve los problemas básicos, y se

deben usar sólo de manera temporal, hasta que las causas verdaderas sean

encontradas.

El uso regular de la mayoría de los antiespumantes, suele ayudar a la formación

de espuma en lugar de eliminarla. Para ayudar a la dispersión del antiespumante se

debe agregar, corriente arriba, en los puntos de alta turbulencia tales como: en la

succión de la bomba o delante de una válvula.

Filtración

Un mejor conocimiento de los filtros y de las técnicas de filtrado pueden ayudar a

disminuir los costos de purificación de la amina. En muchas plantas el costo anual de

los cartuchos es mayor que el costo anual de la amina, esto es buena señal de que algo

anda mal.

La información importante que se requiere para comparar los cartuchos es la

siguiente:

• La resistencia a las químicas

• Las tasas de flujo óptimas a través del cartucho

• La máxima presión diferencial que puede tolerar antes de que se rompa

Los sólidos en la solución de amina, causan ensuciamiento, formación de

espuma y taponamiento. Esto, a su vez, produce pérdidas de amina, erosión, corrosión

y daños en las bandejas o empaques en la torre de absorción y en el regenerador.

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Para mantener la solución de amina y el sistema, operando a máxima eficiencia,

los sólidos deben ser removidos por medio de filtros. Los sólidos que taponan el carbón

activado en el sistema de purificación acortan la vida útil del carbón y la eficiencia para

remover los contaminantes de los líquidos. Por esta razón el filtro para remover los

sólidos del sistema debe estar colocado aguas arriba del sistema de purificación de

carbón activado.

El costo de la filtración depende del tamaño de las partículas que se requieren

retirar del sistema. Comenzar con un tamaño de partículas de 5 micrones en un sistema

que no haya sido filtrado por un período largo de tiempo, resultaría muy costoso.

Cuando se permite que la amina se ensucie demasiado los costos de operación y los

problemas aumentan de manera considerable, por lo cual es bueno tener presente que

la filtración apropiada es una buena inversión.

Algunos cartuchos no tienen la estabilidad térmica requerida para el servicio de

amina. La selección arbitraria de un cartucho y la tasa de flujo aplicada puede resultar

muy costosa. Por lo que la tasa de flujo depende las siguientes variables:

• Del tipo de cartucho

• De la viscosidad del fluido

• Longitud y diámetro de la partícula y de otros factores

Si la planta está removiendo H2S, es bueno colocar el filtro del lado de la amina

pobre, para proteger a los operadores.

Al considerar los aspectos económicos se debe tener presente el impacto sobre

el medio filtrante, las pérdidas de aminas, la disposición de los cartuchos usados y los

costos de mano de obra.

Reducción de los Costos de Corrosión

La corrosión en las plantas de amina es un problema extremadamente costoso.

Los costos de corrosión incluyen:

• El reemplazo de los equipos corroídos

• Paros no programados en la planta

• Reemplazo de la solución de amina

• Pérdidas de la amina debido a la corrosión

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• Sobrediseño de los equipos para compensar los efectos de la corrosión

• Mantenimiento preventivo innecesario

• El uso de materiales para accesorios y equipos más costosos

Estos efectos no incluyen los aspectos de seguridad y los peligros para la salud

que pudieran resultar de la corrosión no controlada.

Aminas Formuladas

Como un avance a la tecnología tradicional empleada en los sistemas de

endulzamiento de gas natural, han ido apareciendo en el mercado de la química una

serie de productos normalmente patentados de aminas reformuladas con el fin de

disminuir los problemas así como de optimizar los costos de inversión y de operación de

las plantas que trabajan con aminas convencionales.

Dentro de estos productos se mencionan los patentados por DOW CHEMICAL:

• Ucarsol

• Jefftreat

• Gas/spec

Ucarsol

En el proceso UCARSOL, se utiliza la MDEA para la remoción selectiva del H2S,

pero se incorporan inhibidores; utiliza diferentes formulaciones múltiples para controlar

la reacción cinética relativa al CO2 y al H2S. A esto se le ha llamado la familia

UCARSOL.

Algunos de los solventes patentados y sus aplicaciones de la línea UCARSOL

son los siguientes:

• Los solventes UCARSOL HS 101 y 104, para tratamiento de gas ácido.

• Los solventes UCARSOL HS 102 y 103, para la remoción selectiva de H2S.

• El solvente UCARSOL HS 115 es súper selectivo y reduce la solubilidad de los

hidrocarburos.

• El solvente UCARSOL LE 713 para gas de refinería y tratamiento de GLP.

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• Los solventes UCARSOL CR - 301, 302 y 303; AP – 802, 804 y 806, están

diseñados específicamente para la eliminación de CO2 a granel en los procesos

de gas natural.

• El solvente UCARSOL CR – 402, está especialmente diseñado para la

eliminación total, tanto del dióxido de carbono como del sulfuro de hidrógeno en

los procesos del gas natural.

• El solvente UCARSOL AP – 810, está especialmente diseñado para eliminar el

dióxido de carbono en los procesos de gas natural y gas de síntesis.

• El solvente UCARSOL AP – 814, diseñado para eliminar en su totalidad el

dióxido de carbono en los procesos de gas natural y de gas de síntesis,

obteniendo un gas tratado con menos de 10 ppm de CO2.

• El solvente UCARSOL NH – 608, diseñado para la eliminación del dióxido de

carbono en las instalaciones de síntesis de amoníaco, este solvente proporciona

beneficios significativos en los costos operativos significativos en comparación

con otros solventes que se utilizan en las instalaciones que normalmente

procesan amoníaco.

Las aminas especiales de DOW se basa en la metildietanolamina (MDEA). Se

encuentran disponibles en distintas formulaciones y proporcionan un rendimiento

sobresaliente; además, están elaboradas especialmente para satisfacer

requerimientos específicos del tratamiento de gas.

Las unidades de aminas existentes que se convierten en las aminas especiales

DOW logran reducir costos mediante el consumo bajo de energía, una mayor capacidad

y menores costos de mantenimiento.

Además pueden utilizarse en concentraciones mayores con el fin de incrementar

la capacidad de la planta, sin que haya necesidad de inversiones adicionales en nuevo

equipo.

Jefftreat MS – 100

Es un solvente basado en metildietanoalamina MDEA, formulado para

tratamiento selectivo.

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GAS/SPEC

Algunos de los solventes patentados y sus aplicaciones de la línea GAS/SPEC

son los siguientes:

• GAS/SPEC Cs–1000 y Cs–2000 son solventes basado en metildietanolamina

(MDEA) formulado para proporcionar el retiro profundo del dióxido de carbono

(CO2) de gases de proceso. Este permite mayor capacidad de retiro de CO2 con

mayor estabilidad química, menor corrosión y mayor vida útil de los equipos, bajo

condiciones extremas que para MEA (monoetanolamina) o DEA (dietanolamina).

Este solvente se debe considerar principalmente para los usos en los cuales la

especificación requerida de CO2 en el gas tratado es menor de 1000 ppmv. Sus

usos mas frecuentes está en plantas de hidrógeno, de Amoníaco, sistemas

criogénicos y etanizadoras.

• GAS/SPEC Cs-1 es un solvente formulado de MDEA diseñado para el retiro de

H2S y CO2 de corrientes de gas o de hidrocarburo líquido. se utiliza típicamente

en las aplicaciones donde se requieren bajos niveles de CO2 en el gas tratado.

Este proporciona mayor capacidad de retiro del gas, que con la misma cantidad

de volumen circulando de solución de aminas genéricas tales como MEA o DEA.

GAS/SPEC Cs-1 es menos corrosivo que las aminas genéricas y se puede

utilizar en porcentajes de hasta 50% en peso, lo que origina una reducción en la

tasa de circulación de la amina y del consumo de energía. Esto se traduce en

gastos de operación más bajos y mayor capacidad para el equipo existente y

menor inversión para un equipo nuevo.

• GAS/SPEC Cs-3 se diseña específicamente para el retiro completo de H2S y

moderado de CO2 de corrientes de gas o de líquido. Este solvente es ideal para

los usos que tratan del gas donde algo de CO2 en el gas tratado se desea,

permitiendo que una porción del CO2 permanezca, se utiliza en plantas de

recuperación de Aceite, tratamiento de gas natural, retiro a granel de CO2 de

GLP y en tratamiento de gas natural licuado.

• GAS/SPEC CS-Plus se diseña específicamente para el retiro máximo de CO2.

Desde su introducción (1988), GAS/SPEC ha demostrado ser uno de los

solventes más rentables para el retiro de CO2 en amoníaco, hidrógeno, y otras

plantas del gas.

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Empleado en sistemas criogénicos, tratamiento del gas de síntesis, tratamiento

de etano, retiro a granel del CO2 del gas natural.

• GAS/SPEC SS es una MDEA formulada por INEOS, diseñada específicamente

para la industria del tratamiento de gas. Remueve selectivamente H2S sobre CO2

de una corriente de gas o líquido, que da lugar a mayor capacidad de retiro del

gas ácido con el volumen de solución circulando que las aminas convencionales

tales como MEA, DEA, y DIPA. GAS/SPEC SS es menos corrosivo y menos

propenso a la degradación que MEA, DEA, o DIPA y se pueden utilizar en

porcentajes de hasta 50% en peso, reduciendo la circulación de la amina y el

consumo de energía.

Utilizado en gas de síntesis, tratamiento de gas de cola, tratamiento de GLP y

gas natural licuado y enriquecimiento del gas agrio.

• GAS/SPEC SS-3 y SS-4, se formulan para aplicaciones donde se requiere el

retiro selectivo de H2S de corrientes de gas. Por medio de estos no solamente se

reduce el H2S a niveles más bajos que MDEA, sino que también mejora el

deslizamiento del CO2. La selectividad creciente para H2S sobre CO2 permite que

la planta aumente la capacidad de tratamiento, disminución del consumo de

energía, y mejora la calidad del gas ácido que va a la planta de recuperación de

azufre. Los beneficios netos son costos más bajos y operaciones de planta

mejoradas.

• GAS/SPEC SS-3 y SS-4 son utilizados en las aplicaciones donde MDEA no

puede alcanzar la especificación requerida de H2S. Estos solventes son

empleados en el tratamiento de gas natural, enriquecimiento de gas agrio, en

gases de refinería.

• GAS/SPEC SRS se formula para alcanzar niveles más altos del retiro total del

azufre que MDEA genérico. GAS/SPEC SRS es ideal para aplicaciones donde se

requieren el retiro del sulfuro de carbonilo y deslizamiento moderado del CO2.

GAS/SPEC SRS tiene bajo calor de reacción y baja corrosividad de la solución,

permitiendo aumentar capacidad para el tratamiento del gas y/o reducción de los

costos energéticos. Empleado en el tratamiento de gas natural, gas natural

licuado y gases de refinería.

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CAPITULO III DESARROL-LO DE LOS CALCULOS

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CAPITULO III

DESARROLLO DE LOS CALCULOS

Para generar los cálculos que permite obtener el comporlamiento de 15s

parámetros de acuerdo al cambio de las variables involucradas, a:;[ como par3 el

diseño de los equipos que conforman una planta de endulzamiento de gas natural con

aminas, se realizan mediante el uso de la hoja de cálculo Excel.

Partiendo de una serie de datos de enlrada que se deben introducir en la 'ioja

etiquetada como: Introducción d e datos, los cuales corresponden básicamente a la

información de las condiciones de entrada de los fluidos (Aminas y el gas), en cada uno

de los equipos.

Los valores introducidos varían de acuerdo a la aplicación específica del tipo de

gas manejado y de las condiciones ambientales del sitio, algurios valores son

constantes que provienen de las propiedades fisicas sobre todo para las aminas.

En cuanto a las aminas se introducen los datos corres pon di en ti?^ punto a punto

de la planta para cada uno.

El desarrollo de los cálculos se efectúa en las hojas etiquetadas como: Cálculos

Amina Convencional y Cálculos Ucarsol, en las cuales se llevan a cabo todo!; los

cálculos correspondientes para evaluar las variables involucradas y realizar el diseño de

los equipos de una planta de endulzamiento de gas natural 'con cada uno de los

solventes.

A medida que se avanza ert el desarrollo de los cálculos existen algunos datos

que se requieren obtener basados en resultados de cálculos previos, como los

provenientes de figuras y tablas, los cuales están identificados en las celdas

correspondientes con fondo azul y en letra de color rojo.

Los resultados comparativos se encuentran en la hoja etiquetada como:

Comparación d e Resultados, en la cual se visualizan los valores obtenidos para Sada

uno de los parametros más destacados dentro de una planta de endulzamiento de gas

natural.

En las siguientes páginas se muestra el desarrollo de los cálculos para un

problema tipo de endulzamiento de gas natural tanto con la amina convencional, c.omo

con aminas reformulada tipo UCARSOL~.

50

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Datos para Sistemas de Endulzamiento

1 .- Condiciones del gas a la entrada de la planta

Q = 20 MMPCSD

P= 451, LPCM

Pabs = 464,7 LPCA

T = 115 "F

Tabla 4. Composición del gas ácido entrando a la planta

I Componente 1 Y (%) 1 (LbiUxnol) MW Tci ("R) 1 (LPCA) Pci Tbi ("R) 1

C6

Aareaar otros comD.

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2. Condiciones del qas a la salida de la planta

Caida de Presión del gas en el absorbedor, AP =

Incremento de Tgas en el absorbedor, ilT =

T = '

Contenido de COI en el gas a la salida =

Contenido de H2S en el gas a la salida =

- Tlanque de reflujo -

- Planque de reflujo -

- T ~ o p e del Regenerador -

- P~rabajo del Regenerador -

Tabla 5. Información de los solventes

.d

0 LPC

5 "F

120 "F

60 PPm

4 PPm

120 "F

4 LPC

200 "F

10 LPC

1 Meti1dietanolarni;na Características del Monoetanolarnina Reformulada

solvente (MEA) (MDEA')

Concentración del'solvente 15% r "' 30 i < i

Carga ácida del Solvente Lbrnol COZ 1 Lbrnol de solvente puro

Peso rnolecular del solvente (LbILbrnol) r I ~ b r n o l de solvente puro lrequerido para absorber 1 Lbrnol de gas ácido =

Calor de reacción del C02 825 I 575

(BtcilLb)

Calor de reacción del H2S 615 l 520

I I - T ~ o n d o del Regenerador (OF) 1 24;' 238

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Tabla 6. TarnaAos de los recipientes de acuerdo a la tasa de circulación de arnina

GPM de solución

Tabla 7. Continuación de tamaños de los recipientes de acuerdo a la tasa de circulación de arnina

GPM de solución

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Cálculo de una planta de endulzamiento de gas natural con Monoetanolamina

Tabla 8. Composición y propiedades del gas ácido entrando a la planta

Flujo Molar YTci Y"Pci ol) (L;L:~I) ol) (Lbmolihr) ol) ('R) ol) (LPCA) 1

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Tabla 9. Otras propiededes del gas ácido entrarido a la planta

proc,o = 464,7 LPCA -

Trnc,o - 53,391 " F

Componente

1 Constante de 1 P,oc,,'Y,I{14,7*ex~

equilibrio, Ki

[ i 0,07*(1- con P= 464.7

LPCA y Tbi/T,OGIO)I} T=1 17,5 O F

Cantidad de gas ácido Composició~

removido por firial mol de gas

1 1 Sin H20 1 0,000064 1

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Sumatoria de los Hidrocarburos sin (202 ni H2S 90,04%

Factor de Normalización= HCsa~ldalHCent,ada ==> 1,110546

Punto de rocio del gas a la entrada del absorbedor con

P= 464,7 LPCA -

Tmc,o - 53,4 'F

Gravedad del gas a la entrada: Y = 0,7091

De la figura 23-8 del GPSA, el factor de ajuste de la temperatura Pseudocritica por acidéz, c =

1 2 " R

Temperatura Pseudocritica corregida =

Presión Pseudocritica corregida =

Temperatura Pseudoreducida =

Presidn Pseudoreducida =

Factor de Compresibilidad de la figura 23-4 del GPSA, Z =

Gas ácido que va a ser removido

Volumen total de gas ácido removido 218,5971 Lbmolllir

Volúmen de C 0 2 removido 218,5400 Lbmolllir

Volumen de H,S removido 0,0571 Lbmollhr

1.990.720 FCND

Presidn parcial del C 0 2

Presión parcial del H,S

Presión parcial del gas ácido:

Volumen molar de gas que sale de la planta:

Caudal de gas que sale de la planta:

46,2702 LPCA

0,0139 LPCA

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Tabla 10. Composición del gas tratado

Componente Y (%) YPc i Y*MW Flujo Molar 1 1

(LblLbmol) (Lbmollhr) (LF'CA) 1 -

100,00% 17,944 1977,56 365,44 665,89

Tabla 11. Calor especltico del gas tratado

'Los valores de Cp, son obtenidos de la tabla 13-6 del GPCA 9,4068

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Gravedad del gas a la salida Y = 0,6196

Temperatura del gas a la salida del absorbedor

Presión del absorbedor 464,7 LPCA

De la figura 23-8 del GPSA, el factor de ajuste de la temperatura Pseudocritica por acidéz, E = 0,0502 " R

Temperatura Pseudocritica corregida = 365,3918 "R

Presión Pseudocritica corregida = 665,7884 LPCA

Temperatura Pseudoreducida = 159

Presión Pseudoreducida = 0,70

Factor de Compresibilidad de la figura 23-4 del GPSA, Z = 0.943

Tasa de circulación de la Monoetanolarnina

CpMEA =

Tasa masica de MEA-agua:

Tasa volumétrica de MEA-agua:

Tasa de circulación de la solución MEA-agua:

988,4802 Kg1m3

61,6534 Lblpc

992,0249 Kglm3

61 $745 Lblpc

993,4101 W m 3 <m

61,9609 Lblpc

<i

267.038,2 Lblhr

1,1972 ~ c l s e g

537,32 gpm

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De acuerdo a la ecuaciin de Jones an3 Pierce, como estimado se tiene:

GPM = 41* (Qny/x)

Temperatura promedio en el absorbedor: Calor especifico del gas dulce (Cp) a Tpromedio

Peso molecular promedio del gas: 19.24 I.b/Lbmol

Cantidad de calor tomado por el gas: 93.01 2 13tulhr

Calor de Reacción:

Qr (COZ) =

Qr (H,S) =

Calor remanente en la amina= Qr - Q(absorbe gas) 7.842.989 13tulhr

Temperatura de la solución pobre o limpia de amina = 125 "F

51.67 "C

CpMEA =

Cpsolución =

De la ecuación de calor, Q = mnCp*(T,-T,)

(T2 -Tí)=

Temperatura de descarga de la solución:

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Calculo del Calor Q de la solución con parametros reales

Tpromedio de la solución dentro del absorbedor: (T,+T2)12 140,53 'F

60,29 "C

CpMEA =

Cpsolución =

Q= 7.888.479 Btulhr

lntecambiador Amina - Amina

Suponiedo un incremento de temperat. en la soluc. rica de: 15 "F

Temperatura de sáliila de la solución rica = 171 ,O6 "F

.77,26 "C

Temperatura del Rehervidor =

Calculo de la transferencia de calor en el intercambiador amina-amina.

Solución rica pasa de

Solución pobre pasa de

Tpromedio de la solución rica: (T1+T2)/2

156,06 "F a ==> 171 ,O6 "F

212,78 "Fa <==: 242 "F

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CpMEA =

CpH,O =

Cpsolución =

Q=

Tpromedio de la solución pobre: (Te+Ts)/2

CpMEA =

Cpsolución =

Cálculo del área de transferencia de calor de l intercambiador amina - amina

Fluido interno

Fluido Externo

P =

R = De la figura 9-4 con P y R

El factor de corrección de ATlogaritmico =

Numero de pasos por la carcaza =

Numero de pasos por los tubos =

Amina rica

Amina pobre

0,1745

1.9478

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Al- logaritmico =

AT logaritmico corregido =

Coeficiente de transferencia de calor para servicio 120,00 Blul(hr.pie7~Fl MEAIMEA, estimado de la figura 9-9, U =

Area de transferencia de calor del intercambiador amina - amina = 522,1876 pie2

Carga calorifica para elevar la temperatura de la solución en el regenerador

Presión = 10 LPCM

Incremento de temperatura de la solución en el rehervidor = 70,94 "F

T promedio de la solución: (Teritrada+Tsalida)/2 = 206,53 "F

96,96 "C

CpMEA =

Cpsolución =

Tabla 12. Composición de la solución que llega al absorbedor

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- Psolución -

Gravedad de la solución

995,871 7 1<%J1m3

62,1144 Lblpc

0,9954

Tabla 13. Composición de la solución que sale del absorbedor v entra al regenerador

Características de la solución que deja la torre de regeneración:

La fracción molar del Coi , en el tope de la torre de regeneración antes del condensador de salida es:

YC02 =Lbmol Coz retiradolsuma (Lbrnol CO, retirado + Lbmol COI que llegan) 0,4082

Lbmol de vapor que dejan la torre (incluye C02) =

Lbmol de CO2 que llegan al regenerador = 3 16 ,a8 Lt,mohr de agua

De la figura 3-2 (diágrama binario C021H20) de Ingeniería de gas principicls y a~licaciones de Marcías Martínez

Con presión en el separador = Presión del tanque de reflujo = 4 LPC

Temperatura en el separador = Temperatura del tanque de reflujo = 120 "F

La fracción molar del CO,, tope del regenerador, YC02 91 ' X

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Cantidad de agua que se condensa y sale por el fondo del separador para regresar como reflujo al tope de la torre de 295,2635 Lbmollhr S

regeneración =

10,7558 gprn

cantidad de agua que sale con el C02 por el tope del separador =

Cantidad de agua a restituir en el tanque de surninistro para mantener concentración de la solución =

0,7876 gpm

Elevación de Presion, AP = 6,OO LPC

Eficiencia de la bomba, e = 60%

Temperatura promedio de la solución en la succión de la bomba de reflujo = 120 "F

48,89 "C

Carga o cabezal de la bomba =

Potencia hidráulica :

Potencia de la bomba:

988,4802 M1m3

61,653 Lblpc

14,Ol pies

Calor total de vaporizacián del agua, Qv =

De las tablas para vapor saturado de agua fig. 24-37 (GPSA)

Con T= 212°F y P = 14,697 LPCA

Hv= 1 I50,C.O BtuILb

HI= 180.17 BtulLb

Calor de vaporización por unidad de masa del agua, Hv-HI = 970,33 3tuILb

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Calor total de vaporización del agua. Qv = 5.539.364 Btulhr 5~

Carga calorífica del rehervidor :

- Qrehervidor = Qreacci6n(~02+~2~)+Qeevar i en el reg + Qv del agua - 31.977.524 Btulhr

Dimensionamiento del tanque de suministro

De acuerdo a la tabla de la figura 21-12 del GPSA, las dimensiones del tanque de suministro para cumplir con el caudal son los siguientes :

Diámetro :

Altura :

8 pies

32 pies

Dimensionamiento del acumulador de reflujo

De acuerdo a la tabla de la figura 21-12 del GPSA, las dimensiones del tanque de reflujo para cumplir con el caudal son los siguientes :

Diámetro

Altura :

Condensador para e l tope de la torre de regeneración:

Asumiendo condensador de agua,

Fluido interno

Fluido Externo

P =

R = De la figura 9-5 con P y R

El factor de corrección de ATlogaritmico =

Numero de pasos por la carcaza =

Numero de pasos por los tubos =

8 pies

8 pies

Agua de enfriamiento

Vapor

0,2727

2,6667

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Temperatura promedio del vapor en el condensador =

CpH20 @ Tpromedio =

CpC02 @ Tpromedio =

Cantidad de calor a retirar en el condensador : Qc = Mmezcla"Cp"AT =

Temperatura del agua de enfriamiento a la entrada del Condensador =

90 "F

Temperatura del agua de enfriamiento a la salida del Condensador =

120 "F

Temperatura promedio del agua de enfriamiento 105 "F

.40,6 "C

CpH20 @ Tpromedio = 4,1790 .ioui/(gr'"C)

0,9981 tRu/(Lb'"R)

Flujo másico de agua requerido = 20.718,85 1-blhr

AT logaritmico =

AT logaritmico corregido =

Coeficiente de transferencia de calor para servicio condensando con agua el productos del tope de una torre, 70.00 l~hd(hr'pie"~F)

estimado de la figura 9-9, U =

Area de transferencia de calor del condensador

Capacidad d e la bomba d e solución de MEA :

Elevación de Presion, A? =

Eficiencia de la bomba. e =

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T promedio de la solución en la succión de la bomba =

pH2O

CpMEA

P~oluci6n

Caudal de solución a temperatura de succión =

Carga o cabezal de la bomba =

Potencia hidráulica :

Potencia de la bomba:

Caudal de gas a condiciones del absorbedor (117,5 "F y 464,7 LPCA) =

Diámetro del absorbedor:

D =

962,5952 <g1m3

60,039 Lblpc

8,027 Lblgal

554,487 gpm

1055,09 pies

3,262 pie

39,149 pulg

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Velocidad del gas:

Vg(máx) = K 'Factor* sqr((pl-pg)lpg)

Vg(min) = K "Factor' sqr((pl-pg)lpg)

Factor(máx)

Factor(mín)

PS = pl =

Area del gas:

1,524 pielseg

1,143 pielseg

0.8

0,6

1,64 LblPC

61.96 LblPC

Cálculo del diámetro del absorbedor mediante la ecuación de Barton

A = área de la sección transversal del absorbedor

B = Factor de espaciamiento entre los platos, para 24",

C = Factor de corrección de Barton, para P entre 400 y 1000 LPCA

y = Gravedad especifica del gas

T = Temperatura, "R K = gravedad especifica del Liquido.

P = Presión en LPCA

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Tabla 14. Factor de Corrección de Barton. B

Diámetro: 3,44 3ies

41,32 pulgs

Por lo tanto parece confiable un absorbedor de diámetro

Cálculo del número de platos del absorbedor mediante el procedimiento descrito en el capitulo 19 del GPSA

Factor de absorción promedio por Krenser y Brown

Lo= Tasa de arnina pobre entrando al absorbedor, Lbrnollhr

Kpr0, = Constante de equilibrio a P y T promedio del absorbedor, del cap. 25 del GPSA

V,,,, = Volumen de gas rico entrando al absorbedor, Lbmollhr

De la figura 19 -48, con el factor de absorción promedio, n - -

Número de platos reales del absorbedor, = nt,o,,,o,leficiencia del plato

31atos Teóricos

12 ?latos reales

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Eficiencia de platos de burbuja =

Eficiencia de platos de válvula =

Altura del absorbedor, suponiendo platos espaciados a 24" 29 pies

+ extractor de niebla + espacio de fondo

Cálculo de l diámetro de l regenerador

Gas ácido en el regenerador Moles de C 0 2 =

Moles de H2S =

Moles de gas ácido = 21 8,5971 L.bmol/hr

Caudal de gas ácido en el tope del regenerador = 23,0407 FICN/seg

Moles de agua que se vaporizan = 31 6,8830 I.bmol/hr

Caudal de agua enestado de vapor = 33,4003 f3CN/seg

Caudal total en estado gaseoso = 56,441 1 13CN/seg ,>

Los siguientes valores son asumidos para la velocidades de los fluidos:

Velocidad del líquido que cae por los bajantes, VI = 0.25 pielseg

Velocidad del gas, vg =

Area disponible para el vapor =

Area disponible para el llquido =

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Area disponible para el flujo = 61,383 pie2

Diámetro =

Cálculo del número de platos del regenerador mediante el procedirriiento de calculo de vapor de despojamiento descrito en el capitulo XIX del GPSA.

Eficiencia de despojamiento Es = Lb (COZ+HZS)topelLb (COZ+HZS)aliment. = 1

Fracción por peso de agua en el tope = 0,3724

Presión parcial de agua en el tope = 9,20 LPCA

Constante de Henry para H2S en agua a TtOp,(20OoF), de tabla 19-49,

18200

K = Constante de MenryIPresión total =

Lbrnol de vapor saliendo del plato de tope, V =

Lbrnol de arnina rica entrando, L =

Fracción de gas ácido despojado, S,- =

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Tabla 15. Cálculo de Es = [S~~")-S,J/[S,(~"'-I]. asumiendo m**

** número de platos

Comparando la eficiencia de despojamiento calculado arriba, con el valor encontrado en función del número de platos por interpelación se tiene :

Número aproximado de platos teóricos = 5

Platos reales considerar~do la eficiencia de los platos de 20 Platos 25% = reales

Altura del regenerador, suponierldo platos espaciados a 24" 40 pies

Costo estimado de la planta

Partiendo del costo de una planta de amina MEA, registrado en la revista Hydrocarbon Procesing edición octubre 2002

Capacidad de la planta modelo (MMPCND) 22,5 IvlMPCND

Costo año 2002 800.000 :S

Inflación anual promedio en $ últimos 4 años 1,20%

Costo año 2004 819.315 O

De acuerdo a la relación de Nelson, el costo de la planta con MEA = 763.413 $

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Cálculo de una planta de endulzamiento de gas natural con amilna reformulada UCARSOL~

Tabla 16. Composición del gas ácido entrando a la planta

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Tabla 17. Otras propiedades del gas ácido entrando a la planta

P~OCIO = 464,7 LPCA

P,ocl,*Y,I~~ 4,7*exp equilibrio, Ki Cantidad de

[10,07*(1- con P= 464,7 gas ácido Composición Componente LPCA y removido por final

TbilTrOclO)D T=117,5 "F mol de gas

cap. 25 GPSA

co2 0,1293 3,3749 0,09951 O

tI2O 0,0000 I C (H2S + Coz) Sin H20 0,000064

NI 0,0000 13.0000

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Sumatoria de los Hidrocarburos sin COZ ni H2S 90,04%

Factor de Normalización= HC ,,,,, ,IHC ,,,, ,,, ==> 1,110546

Punto de rocio del gas a la entrada del absorbedor con

P= 464,7 ILPCA -

Tro,,, - 53,4 "F

Gravedad del gas a la entrada: Y = 0,7091

De la figura 23-8 del GPSA, el factor de ajuste de la temperatura Pseudocritica por acidez, F. =

12 ' R

Temperatura Pseudocritica corregida =

Presión Pseudocritica corregida =

371,5578 "R

680,5793 LPCA

Temperatura Pseudoreducida = 1 3 5

Presión Pseudoreducida = 0,68

Factor de Compresibilidad de la figura 23-4 del GPSA, Z = 0.94

Gas ácido que va a ser removido

Volúmen total de gas ácido removido

Voluinen de CO, removido

Volumen de H,S removido

Presión parcial del CO,

Presión parcial del H2S

Presión parcial del gas ácido:

Volumen molar de gas que sale de la planta:

Caudal de gas que sale de la planta:

218,5971 Lbmollhr

21 8,5400 Lbmollhr

0,0571 Lbmollhr

1.990.720 PCND

46,2702 LPCA

0,0139 LPCA

46,2841 LPCA

1.977.56 Lbmollhr

18.009.28C; PCND

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Tabla 18. Composición del gas tratado

Tabla 19. Calor especifico del gas tratado

7

'Los valores de Cp, son obtenidos de la tabla 13-6 del GPSA 9,40676

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Gravedad del gas a la salida Y =

Temperatura del gas a la salida del absorbedor

Presión del absorbedor

De la figura 23-8 del GPSA, el factor de ajuste de la temperatura Pseudocritica por acidéz, E =

0,0502. " R

Temperatura Pseudocritica corregida = 365,3918 "R

Presión Pseudocritica corregida = 665,7884 L.PCA

Temperatura Pseudoreducida = 1,519

Presión Pseudorediicida = 0,70

Factor de Compresibilidad de la figura 23-4 del GPSA, Z = 0,943

Tasa de circulación del UCARSOL

CpUCARSOL

Tasa rnásica de solución UCARSOL:

Tasa volurnétrica de UCARSOL-agua:

Tasa de circulación de la solución UCARSOL-agua:

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Temperatura promedio en el absorbedor:

Calor especifico del gas dulce (Cp) a Tpromeilio

peso molecular del gas: 19,24 Lt~ILbrnol

Cantidad de calor tomado por el gas: 93.012 Btulhr

Calor de Reacción: Qr (COZ) =

Qr (H,S) =

5.530.31 8 Btulhr

1 .O12 Btulhr

Calor remanente en el UCARSOL= Qr ,C02+H2C, - Q,absabsolgas, 5.438.31 8 Btulhr

Temperatura de la solución pobre o limpia de UCARSOI 125 "1-

51,67 "(2

CpUCARSOL

Cpsolución =

De la ecuación de calor, Q = rn*Cp*(T2-Ti)

(T2 -Ti)=

Temperatura de descarga de la solución:

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Calculo del Calor Q de la solución con parametros reales

Tpromedio de la solución dentro del absorbedor: (T,+T2)12 142,40 " F :

61,33 "(:

CpUCARSOL

, ,

5.532.182 Btulhr

lntecambiador UCARSOL - UCARSOL

Suponiedo que la solucibn rica eleva temperatura en: 15

Temperatura de salida de la solución rica = 174,80 "1-

79,33 "1;

Temperatura del Rehervidor =

Calculo de la transferencia de calor intercambiador UCARSOL-UCARSOL.

Solución rica pasa de

Solución pobre pasa de

Tpromedio de la solución: (T1+T2)/2

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CpUCARSOL

Cpsolución =

Q=

Tpromedio de la solución pobre: (Te+Ts)R

CpUCARSOL

Cpsolución =

2.442.449 Eitulhr 5

Area transferencia de calor intercambiador UcARSoL - UcARSoL

Fluido interno UCARSOL rico

Fluido Externo UCARSOL pobre

P = 0,1918

R = 1,8966 De la figura 9-4 con P y R

El factor de corrección de ATlogaritmico = 0,86

Numero de pasos por la carcaza = 1

Numero de pasos por los tubos = 2

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AT logaritmico =

AT logaritmico corregido =

Coeficiente de transferencia de calor para servicio UCARSOUUCARSOL, asumiendo un 20% menos que para el servicio MEAIMEA estimado de la figura 9-9. U =

Area de transferencia de calor del intercambiador UCARSOL - UCARSOL =

505,2893

Carga calorifica para elevar la temperatura de la solución en el regenerador 0

Presión = 10 LfJCM

Incremento de temperatura de la solución en el rehervidor = 63,20 "F:

T promedio de la solución: (Tentrada+Tsalida)l2 = 206,40 "F

96,89 "C;

CpUCARSOL

Cpsolución =

Tabla 20. Composición de la solución que llega al absorbedor

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- Pso~ución -

Gravedad de la solución

~ a b l á 21. Composición de la solución que sale del absorbedor y entra al regenerador

Caracterfsticas de la solución que deja la torre de regeneración:

La fracción molar del CO,, en el tope de la torre de regeneración antes del condensador de salida es:

YC3, =Lbrnol CO, retiradolsurna (Lbmol CO, retirado + Lbrnol CO, que llegan) 0,4757

Lbmol de vapor que dejan la torre (incluye C02) = Lbriohr de vapor 459,371 1 ( H j 3 + C 0 7 )

Lbrnol de CO, que llegan al regenerador = Lbrromir de agua 240.831 1

De la figura 3-2 (diágrama binario C021H20) de lngenierla de gas principic~s y aplicaciones de Marcías Martínez

Con presión en el separador = Presión del tanque de reflujo = 4 LPC

Temperatura en el separador = Temperatura del tanque de reflujo 120 "F

La fracción molar del CO,, tope del regenerador, YCO, 9 I "A,

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Cantidad de agua que se condensa y sale por el fondo del separador para regresar como reflujo al tope de la torre de 219,2116 1.bmollhr

regeneración =

Cantidad de agua que sale con el C02 por el tope del 21,6195 ILbmolIhr separador =

Cantidad de agua a restituir er! el tanque de suministro 0,7876 jpm para mantener concentración de la solución =

Elevación de Presion, AP =

Eficiencia de la bomba, e =

T promedio de la solución en la succión de la bomba de reflujo =

Carga o cabezal de la bomba =

Potencia hidráulica :

Potencia de la boniba:

6,OO LPC

60°/o

988,4802 ~ ~ l r n ~

61,653 Lblpc

14,Ol pies

Calor total de vaporización del agua, Qv =

De las tablas para vapor saturado de agua fig. 24-37 (GPSA)

Con T= 212°F y P = 14,697 LPCA

Hv= 1.1 50,50 Btu/Lb

HI= l80 , l 7 Btu/Lb

Calor de vaporización por unidad de masa del agua, Hv-HI = 970,33 Btu/Lb 8 i

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Calor total de vaporización del agua, Qv =

Carga calorlfica del rehervidor :

Qrehervidor= Qreacc16n(~02+~2~)+Qelevar T en el reg.+ Q v del agua ' 20.419-239 Eltulhr

Dimensionamiento del tanque de suministro . .~

De acuerdo a la tabla de la figura 21-12 del GPSA, las dimensiones del tanque de suministro para cumplir con el caudal son los siguientes :

Diámetro :

Altura :

7 pies

32 pies

Dimensionamiento del acumulador de reflujo De acuerdo a la tabla de la figura 21-12 del GPSA, las dimensiones del t.snque de reflujo para cumplir con el caudal son los siguientes :

Diámetro :

Altura :

Condensador para el tope de la torre de regeneración:

Asumiendo condensador de agua.

Fluido interno

Fluido Externo

P =

R = De la figura 9-5 con i3 y R

El factor de corrección de ATlogaritmico =

Numero de pasos por la carcaza =

Numero de pasos por los tubos =

6 pies

8 pies

Agua de enfriamiento

Vapor

0,2727

2,6667

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Temperatura promedio del vapor en el condensador =

CpH20 @ Tpromedio =

CpCO, @ Tpromedio =

Cantidad de calor a retirar en el condensador : Qc = Mmezcla'Cp'AT =

Temperatura del agua de enfriamiento a la entrada del Condensador =

Temperatura del agua de enfriamiento a la salida del Condensador =

Temperatura promedio del agua de enfriamiento

CpH,O @ Tpromedio =

Flujo másico de agua requerido =

AT logaritmico =

AT logaritmico corregido =

Coeficiente de transferencia de calor para servicio condensando con agua el productos del tope de una torre, estimado de la figura 9-9, U =

Area de transferencia de calor del condensador

Capacidad de la bomba de solución de UCARSOL :

Elevación de Presion, AP =

Eficiencia de la bomba, e =

510.71 5.1 Btulhr

440,OO LPC

60%

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T promedio de la solución en la succión de la bomba = 209,55 "F

98,64 "C

CpUCARSOL

PSoluci6n 988,2680 ~ c ~ l m ~

61,6402 Lblpc

8,241 Lblgal

Caudal de solución a temperatura de succión = 358,237 gpm

Carga o cabezal de I'a bomba = 1027,68 pies

Potencia hidráulica : 91,96 hp

Potencia de la bomba: 153,27 hp

Caudal de gas a condiciones del absorbedor (117,5 "F 7,6443 pclseg

y 464,7 LPCA) =

Diámetro del absorbedor:

D = 3,234 pie

38,806 pulg

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Velocidad del gas:

Vg(máx) = K "Factor" sqr((pl-pg)ipgj

Vg(mín) = K *Factor* sqr((pl-pg)lpg)

~actor(máx)

Factor(mln)

PS =

pl =

Area del gas:

Ag = At =

1,551 pie!seg

1,163 piekeg

0.8

0,6

1,64 Lblpc

64,12 Lblpc

Cálculo del diámetro del absorbedor mediante la ecuación de Barton

A = área de la sección transversal del absorbedor

B = Factor de espaciamiento entre los platos, para 24",

C = Factor de corrección de Barton, para P entre 400 y 1000 LPCA, C =

y = Gravedad especifica del gas

T = Temperatura, "R

K = gravedad especifica del Líquido

P = Presión en LPCA

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Tabla 22. Factor de Corrección de Barton, B

Diámetro: 3,44 pies

41,32 pulg

Por lo tanto parece confiable un absorbedor de diámetro

42 pulgs

Cálculo del número de platos del absorbedor mediante el procetlimiento descrito en el capitulo 19 del GPSA

Factor de absorción promedio por Krenser y Brown .

A = Ld(Kprom"Vn+~) 11,475

Lo = Tasa de amina pobre entrando al absorbedor, Lbmollhr 6588,48 Lbmollhr

K,,.,, = Constante de equilibrio a P y T promedio del absorbedor, del cap. 25 del GPSA

3,3749

V,,, = Volumen de gas rico entran60 al absorbedor, Lbmollhr >

21 96.16 Lbmollhr

De la figura 19 -48, con el factor de absorción promedio. n Platos - - 2'5 Teóricos

Número de platos reales del absorbedor, = nt,o,,,o,/eficiencia del plato

Platos reales

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Eficiencia de platos de burbuja =

Eficiencia de platos de valvula =

Altura del absorbedor, suponiendo platos espaciados a 24" 25 pies + extractor de niebla + espacio de fondo

Cálculo de l diámetro de l regenerador

Gas ácido en el regenerador

Moles de C 0 2 =

Moles de H,S =

Moles de gas &ido = 218,5971 1-brnollhr

Caudal de gas ácido en el tope del regenerador = 23,0407 IJCN/seg

Moles de agua que se vaporizan = 240,831 1 1-brnollhr

Caudal de agua eiiestado de vapor = 25,3843 l'CN/seg

Caudal total en estado gaseoso = 48,4250 pie3/seg

Los siguientes valores son asuinidos para la velocidades de los fluidos:

Velocidad del líquido que cae por los bajantes, VI =

Velocidad del gas, vg =

Area disponible para el vapor = 48,425 pie2

Area disponible para el líquido = 3,193 pie2

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Area disponible para ei flujo = 51,618 pie2

Diámetro = 8 , l l pies

97 oulg

Cálculo del número de platos del regenerador mediante el procediniiento de

calculo de vapor de despojamiento descrito en el capítulo XIX del GPSA.

Eficiencia de despojamiento E, = Lb (co,+H2S),.,.ILb (C02+H2S),~,,.. = '1

Fracción por peso de agua en el tope = 0,3108

Presi6n parcial de agua en el tope = 7,68 I-PCA

Constante de Henry para HiS en agua a Tt,pe(2000F), de tabla 19-49,

18200

K = Constante de HenryIPresión total = 736,8

Lbmol de vapor saliendo del plato de tope, V =

Lbmol de amina rica entrando, i =

Fracción de gas ácido despojado, S-- =

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Tabla 23. Cálculo de Es = [s,('"+"-s~]/[s~ (m+1).11

** número de platos

Comparando la eficiencia de despojamiento calculado arriba, con el valor encontrado en función del número de platos por interpelación se tiene :

Número aproximado de platos teóricos = 5

Platos reales considerando la eficiencia de los platos de 20 Platos 25% = reales

Altura del regenerador, suponiendo platos espaciados a 24' 40 pies

Costo estimado de la planta

Partiendo del costo de una planta con solvente MDEA, registrado en la revista Hydrocarbon Procesing edición octubre 2000

Capacidad de la planta modelo

Costo de la planta modelo afio 2000 I.lOO.000 :b

lnflacibn anual proniedio en $ últimos 4 afios 1,20%

Costo de la planta modelo afio 2004 1.1 53.758 :6

De acuerdo a la relación de Nelson, el costo de la planta con MDEA (UCARSOL) = 191.204 :i

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CAPITULO IV ANALISIS DE RESULTADOS

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93

CAPITULO IV

ANALISIS DE RESULTADOS

Luego de realizado los cálculos correspondientes para la planta de

endulzamiento de gas natural utilizando los dos solventes: amina convencional (MEA) y

amina reformulada UCARSOL®, se presenta a continuación una serie de tablas que

muestra las similitudes y diferencia entre ambos sistemas:

Tabla 24. Propiedades del solvente

Características del Sistema Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Concentración del solvente (%p/p) 15% 50%

Carga ácida del solvente (Lbmol CO2/Lbmol de solvente puro)

0,15 0,03

Peso molecular del solvente puro (Lb/Lbmol) 61,08 119,16

Lbmol de solvente puro requerido para absorber una Lbmol de gas ácido = Lo/V(n+1) (Lbmol solvente puro/lbmol gas ácido)

3,00 3,40

Una de las ventajas de emplear la metildietanolamina y con mucha más razón las

aminas reformuladas con respecto a las aminas convencionales en solución acuosa, se

debe a que se pueden utilizar en mayor concentración con lo cual se incrementa la

capacidad de remoción de gas ácido.

Otra ventaja que presenta el uso de las aminas reformuladas basadas en MDEA,

es la reducida carga ácida que lleva consigo una vez regenerada la solución,

contribuyendo a mejorar la eficiencia de remoción.

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94

Tabla 25. Parámetros en el regenerador y tanque de reflujo

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Ttanque de reflujo (°F) 120 120

Ptanque de reflujo (LPC) 4 4

TFondo del Regenerador (°F) 242 238

TTope del Regenerador (°F) 200 200

La temperatura necesaria en el fondo del rehervidor que corresponde a la

temperatura de burbuja para las soluciones a la presión de trabajo del rehervidor, es

obtenida de un diagrama de fases binario para ambos solventes en solución acuosa.

Tabla 26. Tasa de circulación de la solución

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Tasa másica de la solución (agua + solvente), Lb/hr 267.038,21 177.126,60

Tasa volumétrica de la solución (agua + solvente), gpm

537,32 344,41

Esta diferencia en la tasa másica con menor valor para las aminas reformuladas,

se debe básicamente al cambio de concentración entre la amina convencional y la

amina reformulada, a pesar que en términos de solvente puro requerido para remover

un mol de gas ácido es mayor para las aminas reformuladas.

En cuanto a la tasa volumétrica, igualmente que para el caso de la tasa másica

de solución requerida, la diferencia está a favor de las aminas reformuladas

básicamente por similares razones; ya que el efecto de la densidad no es muy relevante

en este caso.

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95

Tabla 27. Calor remanente en la amina

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Qr (CO2 + H2S) - Q(absorbe el gas)

,Btu/hr 7.842.989 5.438.318

Esta diferencia se debe principalmente y es proporcional a las tasas de

circulación de solución de amina requeridas, ya que el efecto en la variación de los

calores de reacción no impacta mayormente.

Tabla 28. Incremento de la temperatura del gas en el absorbedor

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

T (°F) 5 5

Este valor puede ser asumido por el diseñador, tomando en cuenta que la

temperatura a la salida del gas del absorbedor, debería estar muy cercana a la

temperatura de entrada de la solución pobre.

Tabla 29. Temperatura de solución pobre o limpia a la entrada del absorbedor

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

T (°F) 125 125

Este valor es seleccionado por el diseñador, teniendo cuidado en que esté como

mínimo en 10°F por encima de la temperatura de entrada del gas. A mayor valor de

esta se requiere menor carga calorífica en el rehervidor, el máximo valor está limitado a

120°F cuando el componente ácido de mayor proporción es H2S y hasta 150 °F cuando

es CO2.

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Tabla 30. Intercambiador de calor amina-amina

Características del Sistema Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

La solución rica se calienta de, °F 156,06 159,8

a, °F 171,06 174,8

La solución pobre se enfría de, °F 242 238

a, °F 212,78 209,55

Area de transferencia de calor requerida, pie2 522,19 505,29

La temperatura de entrada de la solución rica al intercambiador corresponde a la

temperatura que obtiene a la salida del absorbedor, y el incremento de temperatura es

asumido; para este caso se consideró 15 °F en ambos sistemas.

El valor máximo de la temperatura de la solución rica a la salida del

intercambiador no debe ser mayor de 210 °F, para evitar vaporización del agua

contenida.

La temperatura de salida de la solución pobre del fondo del regenerador es igual

a la temperatura determinada del diagrama binario en la tabla 2.

La temperatura de salida de la solución regenerada del intercambiador amina-

amina, responde a una disminución por efecto de la transferencia de calor a la solución

cargada de gas ácido proveniente del absorbedor que se dirige al regenerador.

Debido a que el diferencial de temperatura asumido es el mismo, y que los

parámetros de transferencia de calor son similares en ambos sistemas se obtiene está

similitud en el tamaño del intercambiador.

Tabla 31. Carga calorífica

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Para elevar la temperatura de la solución en el regenerador, Btu/hr 18.502.158 10,.677.992

Total en el rehervidor, Btu/hr 31.977.524 20.419.239

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La diferencia que se observa tanto, en el calor requerido para elevar la

temperatura de la solución en el regenerador, como en la carga calorífica total en el

rehervidor, se debe, principalmente al cambio en las tasas de circulación.

Esta diferencia en el requerimiento de carga calorífica en el rehervidor entre un

sistema y otro es de aproximadamente 50%, lo cual representa una gran ventaja

cuando se usan los solventes reformulados debido a los ahorros de energía, trayendo

consigo una relevante disminución de los costos operacionales.

Tabla 32. Características de la solución que deja la torre de regeneración

Características del Sistema Monoetanolamina(MEA)

Metildietanolamina(MDEA+, UCARSOL)

Fracción molar YCO2, antes del condensador 0,4082 0,4757

Cantidad de vapor que deja la torre (H2O + CO2), Lbmol/hr 535,42 459,37

Cantidad de agua que se vaporiza en el tope del regenerador, Lbmol/hr 316,88 240,83

Cantidad de agua que se condensa y sale por el fondo del tanque de reflujo para regresar como reflujo al tope de la torre de regeneración, gpm

10,7558 7,9854

Cantidad de agua a restituir en el tanque de suministro para mantener concentración de la solución, gpm

0,7876 0,7876

Potencia requerida por la bomba de reflujo, bhp 0,063 0,047

Esta diferencia corresponde a una variación inversamente proporcional con la

carga ácida de ambos sistemas, con lo cual se observa también la diferencia en la

capacidad de remoción de gas ácido.

Se observa que con las aminas reformuladas es menor la cantidad de fluidos que

se maneja en el tope del regenerador.

En este caso la cantidad de agua a restituir es la misma debido a que las

condiciones de salida del gas ácido en el tope del regenerador son iguales. Aun

cuando es un requerimiento pequeño de potencia se observa una diferencia entre uno y

otro sistema de 35%.

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98

Tabla 33. Dimensionamiento del tanque de suministro

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Diámetro, pulgs 100 77

Altura, pulgs 384 384

En cuanto a la altura se mantiene el tamaño en ambos sistemas, pero en el

diámetro se observa diferencia, variando consigo el volumen total del tanque,

correspondiendo básicamente a las tasas de circulación.

Tabla 34. Dimensionamiento del acumulador de reflujo

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Diámetro, pulgs 100 77

Altura, pulgs 96 96

En cuanto a la altura se mantiene el tamaño en ambos sistemas, no obstante en

cuanto al diámetro se observa una variación, modificando consigo el volumen total del

acumulador, correspondiendo básicamente a las tasas de circulación.

Tabla 35. Especificaciones del condensador

Características del Sistema Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Fluido interno Agua de enfriamiento Agua de enfriamiento

Fluido Externo Vapor Vapor

Numero de pasos por la carcaza = 2 2

Numero de pasos por los tubos = 4 4

Cantidad de calor a retirar Qc, Btu/hr 620.405,28 510.715,14

Flujo másico de agua requerido, lb/hr 20.718,85 17.055,67

Area de transferencia de calor del condensador, pie2 184,96 152,26

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99

Se asumió agua como fluido de enfriamiento, podría haber sido aire o cualquier

otra corriente fría que estuviera disponible en la planta. Además se asumió que vapor

circule por la carcaza debido a que es un fluido caliente y se desea enfriar para lo cual

contribuye el ambiente. Calculado en base al procedimiento descrito en el capitulo 9

del GPSA.

La diferencia en estos valores se debe principalmente al contraste en las

cantidades de fluido que circulan en el tope del regenerador.

Tabla 36. Capacidad de la bomba de solución

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Potencia requerida, bhp 237.24 153.27 Corresponde directamente con la diferencia en las tasas de circulación de

solución en ambos sistemas. En este punto es importante resaltar la gran diferencia en

la potencia requerida de aproximadamente 55%, con lo cual se muestra que el uso de

las aminas reformuladas contribuye con los ahorros energéticos y por consiguiente

disminuye los costos operacionales del procesamiento de una determinada corriente de

gas natural.

Tabla 37. Especificaciones del absorbedor

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Diámetro, pulgs 42 42

Número de platos teóricos 3,0 2,5

Número de platos reales 12 10

Altura, pies 26 20 Para ambos sistemas se tiene el mismo valor ya que este depende

principalmente, de la cantidad de gas que se maneja.

Calculados partiendo del factor de absorción promedio de Krensen y Brown,

descrito en el capitulo 19 del GPSA, asumiendo una eficiencia para los platos de 25%.

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100

La diferencia se debe a la capacidad de absorción de gas ácido por cada uno de los

solventes.

La diferencia en la altura del absorbedor es proporcional al número de platos,

asumiendo un espaciamiento entre platos de 24" para ambos sistemas. Adicionalmente

con aminas convencionales es necesario instalar un extractor de espuma en el tope.

Tabla 38. Especificaciones del regenerador

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Diámetro, pulgs 106 97

Número de platos teóricos 5 5

Número de platos reales 20 20

Altura, pies 40 40

Corresponde a la diferencia de volúmenes de solución manejados.

Calculados en función del vapor de despojamiento, tal como está descrito en el

capitulo 19 del GPSA, asumiendo una eficiencia para los platos de 25%. Los valores

son iguales debido a que la cantidad de gas ácido a retirar en ambos casos es la

misma.

Tabla 39. Costo estimado de la planta

Características del Sistema

Monoetanolamina (MEA)

Metildietanolamina (MDEA+, UCARSOL)

Costo año 2004, Dólares USA, $ 763.413 191.204

Se observa que el costo de inversión de la planta de UCARSOL es

aproximadamente el 25% del costo de una planta de amina convencional.

Adicionalmente cabe resaltar la disminución de costos operacionales que representa la

planta de UCARSOL®, discutidos anteriormente principalmente por la reducción en el

consumo de energía.

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CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones

Como consecuencia del estudio realizado para el diseño de una planta de

endulzamiento de gas natural con aminas reformuladas se puede concluir lo siguiente:

1.- Aun cuando en la práctica se continúa empleando las plantas de endulzamiento

de gas natural con aminas convencionales, de acuerdo con los cálculos realizados se

puede observar las grandes ventajas operacionales que tiene el uso de las aminas

reformuladas.

2.- La tasa de circulación de la solución acuosa requerida en una planta de

endulzamiento de gas natural con aminas reformuladas es mucho menor que la

requerida con aminas convencionales, de ahí la consecuencia que la mayoría de los

equipos sean más pequeños.

3.- Producto de la diferencia de tasas de circulación debido al uso de una solución u

otra los requerimientos de energía como carga calorífica en el rehervidor es de

aproximadamente un 55% menor en el caso de aminas reformuladas. 4.- La principal desventaja del uso de aminas reformuladas se debe a que la mayoría

de estos procesos están patentados, trayendo como consecuencia altos costos de

inversión y regalías que se deben cancelar por su uso. 5.- En el caso de las aminas reformuladas se obvia el uso del reconcentrador o

recuperador de aminas ya que la degradación del solvente no es tan significativo como

en las aminas convencionales, específicamente en el caso de MEA.

6.- A consecuencia del menor grado de corrosividad que tienen las aminas

reformuladas respecto a las aminas convencionales los costos de mantenimiento y

operación son menores, adicionalmente trae como consecuencia una mayor vida útil de

la planta, que en definitiva hace los proyectos más rentables.

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7.- El uso de cálculo computarizado facilita el análisis comparativo entre una planta

de endulzamiento con aminas reformuladas en contraste con una de aminas

convencionales, cuando se emplea para la misma aplicación.

8.- Algunos de los datos utilizados para la amina reformulada UCARSOL, dado que

no se encontraron, fueron supuestos igual que los de la Metildietanolamina (MDEA)

convencional partiendo del conocimiento que la mayoría de las aminas reformuladas

son preparadas en base a MDEA.

Recomendaciones En cuanto a las recomendaciones tenemos:

1.- Continuar realizando estudios acerca del tema para crear una base de datos y un

programa de simulación propio de la universidad, que permita relacionar las variables

operacionales en cada punto de la planta.

2.- Dado que en la actualidad no se tiene disponible todos los datos técnicos de las

aminas reformuladas debido a que la mayoría corresponde a procesos patentados,

sería conveniente en el futuro correr los cálculos respectivos utilizando datos reales de

algunas plantas ya instaladas con características similares a la aplicación específica

que se quiera hacer.

3.- De acuerdo a las características que presente los sitios donde en el futuro se

visualice la instalación de una planta o remodelación de una ya existente para

endulzamiento de gas natural con aminas, tomar en cuenta el uso de las aminas

reformuladas en la evaluación económica de los proyectos.

4.- Actualizar la información técnica,(revistas, documentos de investigación, congresos

y reuniones técnicas a nivel mundial) respecto al tema de endulzamiento de gas natural

en la biblioteca de postgrado de ingeniería de la Universidad del Zulia, con la finalidad

de facilitar la creación de bases de datos actualizadas por parte de los estudiantes en

futuros trabajos.

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5.- Para el cálculo del número de platos y su eficiencia es conveniente obtener un

procedimiento específico, tanto para el diseño de absorbedores como para torres de

regeneración en el caso de plantas de endulzamiento de gas natural con aminas.

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BIBLIOGRAFÍA

Libros

1.- Campbell, John. (1994) Gas Conditioning and Processing. Seventh Edition. Oklahoma U.S.A. 2.- Gas Processors Suppliers Association. (1998) Engineering data Book. Eleventh Edition. Volumen I y II. Oklahoma, USA. 3.- Greene, Richard W. (1995) Compresores Selección, Uso y Mantenimiento. Segunda Edición. McGraw-Hill Interamericana de México. México D.F, México. 4.- Kevin, Lunsford. (1999) Decreasing Contactor Temperature Could Increase Performance. Third Editin. Bryan Research & Engineering, Inc. Texas, USA. 5.- Maddox, R. N. (1977) Gas and Liquid Sweetening. Second Edition. Oklahoma, USA 6.- Martínez, Marcías. (1996) Ingeniería de Gas Principios y Aplicaciones, Endulzamiento del Gas Natural. Ingenieros Consultores, S.R.L. Maracaibo, Venezuela.

Publicaciones Periódicas 1.- Dingman, John C. (2000) Amine Guard FS Process. Gas Processing , 356, 15-19 2.- Ineo Llc. (2001) Gas/Spec Specialty Amine. Gas/Spec Products, Technology and Services. 35, 58-65. 3.- Phill, George T. (1998) Process Technology. Hydrocarbon Processing. 275, 136-145.