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EI gas agrio entra por el fonda de la contactora y hace contacto en contracorriente con la solucion del proceso. Con este proceso se pueden tener valores de concentracion de H2S tan bajos como 0.25 granos/100 PC (4PPM) hasta 1.5 PPM. La solucion permanece en la contactora unos 10 minutos para que haya contacto adecuado y se completen las reacciones y luego al salir por el fondo se envia a un tanque de oxidaci6n, en el cual se inyecta oxigeno por el fondo para que oxide el H2 S a Azufre elemental; el mismo oxigeno inyectado por el fondo del tanque de oxidacion envia el azufre elemental al tope del tanque de donde se puede remover.

Ventajas del Proceso

• Buena capacidad para remover H2S. Puede bajar su contenido a menos de 2PPM . • Proceso Selectivo no remueve CO2,

• No requiere unidad recuperadora de azufre . • Bajos requisitos de equipo. No requiere suministro de calor ni expansion para evaporacion • EI azufre obtenido es de pureza comercial pero en cuanto a su color es de menor calidad

que el obtenido en la unidad recuperadora de azufre.

Desventajas del Proceso

Es complicado y requiere equipo que no es comun en operaciones de manejo. EI solvente se degrada y el desecho de algunas corrientes que salen del proceso es un problema; esta en desarrollo un proceso que no tiene corrientes de desecho. Los quimicos son costosos. EI proceso no puede trabajar a presiones mayores de 400 Lpca. Las plantas son generalmente de baja capacidad y el manejo del azufre es dificil.

• Proceso del Hierro Esponja.

Este proceso es aplicable cuando la cantidad de H2S es baja (unas 300 ppm) y la presion tambien. Requiere la presencia de agua ligeramente alcalina.

Es un proceso de adsorci6n ~n el....9!d__ as se hace p.,.asar a traves de un lecho de madera triturada que ha sido impregnada con una fQrma es ecial hidratada ere Fe;03 que tienealta afimdad por el H2S. La reaccion quimica que ocurre es la siguiente:

(5.18)

La temperatura se debe mantener por debajo de 120°F pues a temperaturas superiores y en condiciones acidas 0 neutras se pierde agua de cristalizacion del oxido ferrico.

EI lecho se regen era circulando aire a traves de el, de acuerdo con la siguiente reaccion:

(5.19)

La regeneraci6n no es continua sino que se hace peri6dicamente, es dificil y costosa; ademas el azufre se va depositando en el lecho y 10 va aislando del gas.

EI proceso de regeneraci6n es exotermico y se debe hacer con cuidado, inyectando el aire lentamente, para evitar que se presente combusti6n. Generalmente, despues de 10 ciclos el empaque se debe cambiar.

En algunos diserios se hace regeneraci6n continua inyectando O2 al gas agrio.

Las principales desventajas de este proceso son:

233

* Regeneraci6n diffcil y costosa * Perdidas altas de presi6n * Incapacidad para manejar cantidades altas de 8 * Problemas para el desecho del 8 pues no se obtiene con la calidad adecuada para venderlo.

Una version mas reciente de adsorcion quimica con oxido de hierro utiliza una suspension de este adsorbente, la cual satura un lecho de alta porosidad que se utiliza para garantizar un contacto intimo entre el gas agrio y la suspension de oxido de hierro (15). EI proceso sigue siendo selectivo ya que sola mente adsorbe el H28 y no el CO2 , por tanto se puede usar para remover H28 cuando hay presencia de CO2 ; pero tiene la ventaja que en la reaccion no produce 802.

La Figura 73, muestra un esquema del proceso y una descripcion un poco mas detallada de la contactora. EI gas proveniente de un separador gas-liquido se hace pasar por un despojador de entrada con el fin de hacerle una remocion adicional de liquido que no se pudo retirar en el separador Gas-liquido; al salir del despojador el gas esta saturado con los componentes condensables y se hace pasar por un sistema de calentamiento para que cuando entre a la torre este subsaturado con tales componentes y asi evitar que en la contactora el gas pueda lIevar liquidos que afectarian el proceso; del sistema de calentamiento el gas entra a la contactora por su parte inferior.

La figura 74 muestra un esquema de la contactora la cual por encima de la entrada de gas posee un bafle distribuidor de flujo cuya funcion es hacer que el gas se distribuya uniformemente por toda el area transversal de la contactora. Luego se tiene un empaque con anillos de prolipropileno de una alta porosidad, sostenido en su parte inferior y superior por bafles horizontales de acero perforados para permitir el paso del Gas. La porosidad de este empaque es de mas del 90% y su funci6n e$ servir como medio para que la lechada de oxido de hierro y el gas establezcan un contacto intimo. La torre ademas dispone de conexiones para inyeccion de quimicos en caso de que sea necesario para mejorar el proceso y valvulas de muestreo para verificar el nivel de lechada en el empaque.

La lechada se prepara en el tanque de mezcla con agua fresca y polvo de 6xido de hierro en una proporcion 4 a 1 por volumen; para garantizar una buena suspension del oxido en el agua esta se recircula con la bomba por el fondo al tanque a traves de boquillas mientras se agrega el oxido por la parte superior. Una vez lista la suspensi6n se invecta al empaque de la torre y cuando el proceso esta en marcha el gas se encargara de mantener las particulas de oxido de hierro en suspension.

Ademas del H28 que se Ie remueve al gas durante el proceso en el tambien se Ie retira parte del vapor de agua; de todas maneras el gas que sale de la contactora generalmente pasa a una unidad de deshidrataci6n. Cuando el gas empieza a salir con un contenido alto de H28, 0 sea cuando la suspension ha perdido efectividad para removerlo, se debe proceder al cambio de lechada de la siguiente manera: se cierra la entrada de gas acido al despojador de entrada, se despresuriza la torre a unas 100 Ipc., se remueve la lechada gastada de la contactora a traves de una valvula de drenaje para ello, manteniendo la torre presurizada con un colchon de gas a 100 Ipc., despues de retiradala lechada agotada se despresuriza completamente la torre y se invecta la nueva suspension que ya se ha preparado en el tanque de mezcia. Esta operacion dura unas dos horas y para evitar parar el proceso se deberan tener dos contactoras.

5.2.5-. Procesos de Absorci6n en Lecho Seco (AdSOrCi6n).~

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• Proceso con Mallas Moleculares. SALIDA DE GAS DULCE

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236

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Aunque son menos usados que los procesos quimicos presentan algunas ventajas importantes tales como: Simplicidad, alta selectividad (solo remueven H2S) y la eficiencia del proceso no depende de la presion . Se aplica a gases con concentraciones moderadas de H2S y en los que no es necesario remover el CO2 .

• Proceso con Mallas Moleculares.

Es un pr~~de..,Edsmci6 - ica similar al apl icado en los procesos de deshidrataci6n por acrso-rCIOn. Las malias moleculares son prefabncaaas a pa Ir (fe IOrtl lrlOsiltcatos de metales alcaTmoSmediante la remocion de agua de tal forma que queda un solido poroso con un range de tamano de poros reducido y ademas con puntos en su superficie con concentracion de cargas; esto hace que tenga afinidad por moleculas polares como las de H2S y H20 ; ademas debido a que sus tamanos de poro son bastante uniformes son selectivas en cuanto a las moleculas que remueve . Dentro de los poros la estructura cristalina crea un gran numero de cargas polares localizadas Iiamadas sitios activ~s . Las moleculas polares, tales como las de H2S y agua , que entran a los poros forman enlaces ior,icos debiles en los sitios activ~s , en cambio las moleculas no polares como las parafinas no se ligaran a estos sitios activ~s; por 10 tanto las mallas moleculares podran endulzar y deshidratar simultaneamente el gas. Las mallas moleculares estan disponibles en varios tamanos y se puede tener una malla molecular que solo permita el paso de moleculas de H2S y H20 pero no el paso de moleculas grandes como hidrocarburos paraffnicos 0 aromaticos. Sin embargo el CO2 es una moltkula de tamano similar a las de H2S y agua y aunque no es polar puede quedar atrapada en los poros por las moleculas de H2S y agua , aunque en pequenas cantidades , y bloqueara los poros. EI principal problema con el CO2 es que al quedar atrapado reduce los espacios activos y por tanto la eficiencia de las malias para retener H2S y agua.

Los procesos con mallas moieculares se realizan a presiones moderadas, es comun presiones ~ .

de unas 450 Lpc. Las mallas se regeneran ~ir:.G...~anc!~@§_glJlce ~~Lent ternp~ru.IJ@~u=.ntre ~o"Sufren degradaci6n ' quimica y se pueden -regenerar indefinidamente; sin embargo se debe tener cuidado de no danarlas mecanicamente pues esto afecta la estructura de los poros y finalmente la eficiencia del lecho.. La principal causa de dana mecanico son los cambios bruscos de presion 0 temperatura cuando se pasa la contactora de operacion a regeneracion 0 viceversa .

EI uso de malias moleculares en endulzamiento esta limitado a volumenes pequenos de gas y presiones de operacion moderadas; debido a esto su uso es limitado en procesos de endulzamiento . Se usan generalmente para mejorar el endulzamiento 0 deshidratacion realizado con otros procesos 0 para deshidratacion de gases dulces cuando se exigen niveles muy bajos de agua, por ejemplo gas para procesos criogenicos.

r La Figura 75 muestra el diagrama del proceso de endulzamiento con mallas moleculares. EI gas agrio entra por la parte superior y sale por la inferior. EI lecho se regenera circulando una porcion del gas endulzado, precalentado a una temperatura de 400-600°F 0 mas, durante unas 1,5 horas para calentar el lecho. Cuando la temperatura del lecho aumenta, este libera el H2S adsorbido a la corriente del gas regenerador; este gas al salir de la torre es quemado, generalmente.

Las mallas moleculares son poco usadas, pero se pueden aplicar cuando la cantidad de gas a tratar es baja; ademas se pueden usar como complemento en procesos de endulzamiento y y/o cuando se requieren contenido muy bajos de agua.

Las malias moleculares se usan para tratar volumenes grandes de gas pero con contenidos bajos de contaminantes acidos. Una innovacion reciente del proceso

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Con mallas moleculares permite la remocion selectiva de H2S en presencia de CO2 ,

Ventajas.

Son economicamente favorables para endulzar gases con bajo contenido de H2S. Pueden ser muy selectivas y dejar casi el 100% de CO2.

Cuando hay presencia de agua pueden endulzar y deshidratar simultaneamente.

Desventajas.

EI gas que sale de la regeneracion e.o--algunos casos no se puede mezclar con los gases de combustion del proceso de incineracion. Se puede formar COS en la malla molecular por reaccion entre el CO2 y el H2S y por 10 tanto en el proceso de regeneracion se va a obtener un gas de salida que no estaba presente en el gas agrio.

5.3 Procedimiento Preliminar para Seleccionar un Proceso de Endulzamiento-.

5.3.1-.Selecci6n de Procesos Aplicables. II

Aunque existen muchos procesos de endulzamiento, para un caso particular dado los procesos aplicables se reducen a 3 04 si se analizan los siguientes aspectos:

Especificaciones del gas residual Composicion del gas de entrada Consideraciones del proceso Disposicion final del gas acido Costos

• Especificaciones del gas residual. /

Dependiendo de los contenidos de contaminantes permitidos en el gas de salida del proceso habra procesos que no pod ran lIevar las concentraciones a tales niveles y por tanto seran eliminados. En algunos casos se requieren procesos selectivos porque, por ejemplo, hay veces que es necesario dejar el CO2 en el gas de salida con el fin de controlar su poder calorifico. La selectividad tambieln es importante en casos en que la relaci6n C02/H 2 S sea alta y se requiera hacer pasar el gas acido poruna unidad recuperadora de azufre; la presencia de CO2 afecta el desemperio de la unidad. EI contenido de H2S es un factor importante, quizas el mas, en el gas de salida.

EI contenido de azufre total en el gas residual se refiere a la combinacion de H2S, COS, CS2 Y RSR. Lo ideal es remover todo el azufre del gas porque estos compuestos de azufre tienden a concentrarse en los IIquidos obtenidos en la planta de gas, 10 cual podrfa implicar tratamiento de estos IIquidos.

• Caracteristicas del gas a tratar. ,

Este factor es determinante en el diserio del proceso de endulzamiento, algunos procesos tienen desemperios muy pobres con algunos gases de entrada y deben ser eliminados en la seleccion. En cuanto a la composicion del gas el area de mayor importancia es la cantidad relativa de hidrocarburos pesados recuperables; algunos procesos tienen tendencia a absorber hidrocarburos,

239

y esta tendencia es mayor mientras mas pesados sean los hidrocarburos, los cuales no solo crean problemas de espumas sino que tambiem afectan el proceso de recuperacion de azufre.

La presion del gas de entrada tambiem es un factor importante en la seleccion del proceso. Los procesos con carbonato y los de absorcion fisica requieren presiones de al menos unas 400 Lpc., normalmente de 800 Lpc., por 10 tanto estos procesos no se podran aplicar cuando se va a trabajar a presiones bajas.

La temperatura del gas tambiem es importante porque define la temperatura del solvente; una buena recomendacion es que la temperatura del solvente sea unos 15 - 20 of por encima de la del gas de entrada; pues si el solvente esta mas frio que el gas de entrada habra condensacion y los siguientes problemas de formacion de espumas.

La cantidad de gas a tratar define el tamario del equipo y posiblemente el numero de plantas en paralelo cuando se manejan volumenes grandes de gas.

• Consideraciones del Proceso

La temperatura y disponibilidad del medio de calentamiento se debe evaluar antes de hacer el diserio , esto es importante en los costos de equipo y operacion. La disponibilidad del medio de enfriamiento tambiem es importante por la misma razon expuesta antes. Ademas la temperatura del medio de enfriamiento define la temperatura de circulacion del solvente. En zonas donde el agua es escasa y por 10 tanto costosa para usarla como medio de enfriamiento el aire pasaria a ser el medio de enfriamiento a usar y esto hace que las temperaturas del solvente, especial mente en verano, no puedan ser menores de 135 - 140 of, 10 cual impedira usar solventes fisicos pues estos funcionan mejor a temperaturas bajas. La disposicion final del gas acido puede ser una unidad recuperadora de azufre 0 incineracion, dependiendo del contenido de H2S en el gas agrio y las exigencias ambientales. Cuando se usa incineracion no es importante el contenido de hidrocarburos pesados en el gas a tratar pero en la unidad recuperadora de azufre la presencia de hidrocarburos afecta el color del azufre recuperado tornandolo gris u opaco en lugar de amarillo brillante, 10 cual afecta su calidad. Ademas si el gas acido se va a pasar por una unidad recuperadora de azufre y luego por una unidad de limpieza de gas de cola, requiere mas presion que si se va a incinerar.

• Costos

Los factores de costa que se deben tener en cuenta son:

Costos de equipo Costos de Potencia Costos de solvente Costos de combustible.

Algunos procesos son mas eficientes que otros en cuanto a combustible, por ejemplo los de absorcion fisica y los hibridos son mas eficientes en este sentido que los de aminas.

5.3.2-. Capacidad de Remoci6n de Acidos. J

La tabla 23 muestra la capacidad de remocion de algunos procesos, siempre y cuando el proceso sea aplicable y el diserio adecuado.

740

Los procesos con carbonato se gases agrios con contenidos a' requieren un paso adicional de , contenido de gases acidos a I( excepcion de los de carbonato, CO2 ; el Stretford, las mallas y fisicos tienen grados de remoc

• 5.3.3-. Caracteristicas del P

La tabla 24 muestra las ca de endulzamiento.

Tabla 23 -. Capacida' Endulzamiento.

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Los procesos con carbonato se usan basicamente para remover CO2 y son buenos para tratar gases agrios con contenidos altos , mayores del 20%, de gases acidos pero general mente requieren un paso adicional de tratamiento con aminas para terminar el endulzamiento y lIevar el contenido de gases acid os a los niveles exigidos de 4ppm 0 menos. Todos los procesos, con excepcion de los de carbonato, remueven el H2S hasta 4 ppm 0 menos, pero no todos remueven el CO 2; el Stretford, las mallas y el hierro esponja no remueven el CO2 , y el DIPA y los solventes ffsicos tienen grados de remocion variables dependiendo del contenido de CO2 y del diseiio.

5.3.3-. Caracteristicas del Proceso de Tratamiento. /

La tabla 24 muestra las caracterfsticas mas importantes de operacion de los principales procesos de endulzamiento.

Tabla 23 -. Capacidad de Remoci6n de Gases Acidos de Algunos Procesos de Endulzamiento.

Proceso H2S en Gas Tratado

Remoci6n De CO2

Selectividad

MEA <4ppm 99+ No DEA < 4ppm 99 No DGA <4ppm 99 NO DIPA <4ppm 30 -99 Puede ser

Solv. Ffsicos <4ppm 15 ­ 95 Si Sulfinol < 4ppm Hasta 99 Puede ser Sretford <4ppm -0 Si Mallas < 4ppm -0 Si

Hierro Esponja < 4ppm -0 Si Proc. Con Carbo -20ppm 98 ­ 99 no

Tabla 24 -. Caracteristicas de Algunos Procesos de Endulzamiento.

Proceso Aplicable Aplicable Degrad. Necesidad Perdidas Gases Ricos Bajas P Qca. Del Reclaimer Prom.

Solvente Lb/MPCN .

MEA Si Si Si Si 5 DEA Si Si Si No 3.5 DIPA Si Si Si Si 5.0

CATACARB Si No No No 3 Solv. Fisic. No No No No . 4 SULFINOL A veces Si Si Si 1.5/% STRETFOR A veces Si Si No Mallas Mol. A veces Si No No Hierro Esp. A veces Si No No

estas perdidas se dan en librs de solvente por milion de pie cublco normal de gas aCldo.

Cuando el gas a tratar posee cantidades apreciables de hidrocarburos pesados se deben eliminar los procesos con solventes ffsicos ya que estos procesos absorben muchos de estos hidrocarburos que se Ie deben remover al gas en el procesamiento ( fraccionamiento) ; ademas estos hidrocarburos pesados terminan en el gas acido 10 cual creara problemas en la unidad

241

nplo los de

Jroceso

recuperadora de azufre. EI DGA, el Sulfinol, el Stretford y las mallas moleculares solo pueden tratar corrientes de gas que posean contenidos intermedios de hidrocarburos pesados. La presencia de aromaticos como el benzeno com plica aun mas el problema. Los procesos con MEA, DEA, DIPA Y carbonatos practicamente no absorben hidrocarburos pesados.

Solo los procesos con carbonato y con solventes fisicos no pueden trabajar a presiones bajas pues su capacidad de absorci6n de gases acid os depende de la presion parcial de estos. Todos los procesos con aminas tienen solventes que sufren algun grado de degradacion y pueden requerir el uso de "reclaimer". Como los procesos en lecho seco no tienen solvente con ellos no se presentan problemas de degradacion; sin embargo en las mallas se pueden presentar problemas de sinterizacion y taponamiento 10 cual hace que pierda su capacidad y eficiencia de remocion y sea necesario reemplazarlas; en el caso del hierro esponja aunque puede haber regeneracion, por aspectos economicos y tecnicos se recomienda reemplazarla.

5.4-.Consideraciones de Diseno.

• Dimensionamiento Apropiado.

EI dimensionamiento, ademas de que afecta la tasa de circulacion del solvente es importante por los siguientes aspectos: se debe evitar velocidades excesivas, agitacion y turbulencia y debe haber espacio adecuado para la liberacion del vapor.

• Acondicionamiento del Gas de Entrada.

Especialmente es importante la filtracion y remocion de liquidos presentes en el gas de entrada; tanto las part[culas solidas como los liquidos presentes en el gas ocasionan problemas en las plantas de aminas. Se deben remover particulas de hasta 5 micrones.

• Selecci6n de Materiales.

La mayor[a de las plantas de aminas son construidas con aceros inoxidables al carbono pero por las condiciones de corrosion, presi6n y temperatura a las que tienen que trabajar es muy comun operaciones de reposicion de piezas 0 partes por su estado de alteracion por corrosion al cabo de tiempos de operacion relativamente cortos. Se recomienda el uso de aceros resistentes a la corrosion con espesor de tolerancia para la misma de aproximadamente 1/8 de pulgada para los recipientes y adem as monitoreo del problema de corrosi6n.

• Filtraci6n de la Soluci6n

Es una de las claves mas importantes para el funcionamiento adecuado de una planta de aminas. Generalmente los operadores no usan filtros para evitar problemas de taponamiento, pero el hecho de que este se presente es una prueba de la necesidad de filtraci6n . Los filtros remueven particulas de sulfuro de hierro y otros materiales tipo lodo que tratan de depositarse en los sistemas de endulzamiento; si estos materiales no se remueven tienen tendencia a formar espumas y crear problemas de corrosion.

Por los filtros se circula entre un 10 Y 100% de la solucion siendo el promedio entre 20 y 25%; mientras mayor sea el porcentaje filtrado mejor sera la calidad de la solucion , pero se requiere mayor mantenimiento de los filtros. La calda de presion a traves del filtro se toma como referencia para el cambio del mismo. EI tamano de poro del filtro puede variar desde uno hasta micrones dependiendo de las caracteristicas de las part[culas a remover pero una seleccion de un filtro de 10 micras es tfpica y parece adecuada.

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