Descripción del proceso de una planta de endulzamiento con aminas
El gas ácido pasa a través de un separador de entrada para remover los líquidos y/o sólidos que contenga. Desde el separador, la corriente de gas entra por el fondo del contactor donde se pone en contracorriente con el flujo de la solución de amina que entra por el tope de la columna, este contacto intimo entre los componentes ácidos del gas natural y la amina provoca una reacción química que tiene como producto una sal regenerable en estado líquido, por lo lo que es arrastrada por la la corriente que sale por el fondo de la torre. Como el gas continua subiendo por el absorbedor, más gases ácidos reaccionan químicamente con la amina. El gas dulce deja el tope del absorbedor pasando primero a través de una malla antineblina para retener cualquier cantidad de solución que este lleve. El gas dulce que abandona la torre absorción esta saturado con agua para deshidratación. La solución de amina rica que abandona el absorbedor fluye a través de un tanque de venteo para remover los hidrocarburos absorbidos.
Desde el tanque de venteo, la solución rica pasa a través del intercambiador amina rica/pobre donde el calor es absorbido desde la solución pobre. La amina rica entra al despojador donde fluye hacia abajo por la columna, siendo despojada del H2S y del CO2 por acción térmica del gas caliente que fluye a contracorriente desde el rehervidor. La solución de amina deja el fondo del absorbedor como una solución pobre, es decir, baja en concentraciones de H2S y CO2. Esta solución pobre pasa a través del intercambiador amina rica/amina pobre cediendo parte del calor con el que sale del regenerador, luego pasa al tanque de abastecimiento donde se combina con agua y amina fresca para compensar las pérdidas y así mantener su su concentración en los los niveles adecuados. Luego una pequeña corriente de amina pobre es filtrada y el resto es bombeada directamente a un enfriador para reducir la temperatura aproximadamente a sólo 10 ºF por encima de temperatura del gas de alimentación. En este punto la solución pobre es retornada a la torre de absorción para repetir el ciclo.
El gas ácido despojado por la amina sale por el tope de la torre regeneradora, pasa a través de un condensador y luego por un separador para enfriar la corriente y recuperar el agua. El agua recobrada usualmente se retorna como reflujo al despojador. El gas ácido que sale del acumulador de reflujo es dependiendo de su composición, venteado, incinerado o enviado a las instalaciones para el recobro de azufre, a partir de procesos como el Claus o bien comprimido para la venta.
El gas ácido despojado por la amina sale por el tope de la torre regeneradora, pasa a través de un condensador y luego por un separador para enfriar la corriente y recuperar el agua. El agua recobrada usualmente se retorna como reflujo al despojador. El gas ácido que sale del acumulador de reflujo es dependiendo de su composición, venteado, incinerado o enviado a las instalaciones para el recobro de azufre, a partir de procesos como el Claus o bien comprimido para la venta.
Diagrama de flujo de una planta genérica de endulzamiento con aminas
El proceso descrito cuenta con la presencia de un rehervidor ³Reclaimer´, éste ayuda a remover los productos degradados de la solución de amina, a las sales termoestables, sólidos suspendidos, ácidos y residuos de hierro. La operación de los rehervidores ³reclaimer´ no es continua, es por intervalos. El mismo se llena con solución de amina caliente. Como la temperatura se incrementa el líquido comienza a destilar. Los vapores de tope son condensados y bombeados hacia el proceso de amina, generalmente opera a una presión un poco por encima del regenerador y los vapores retornan al regenerador. La composición inicial del vapor es esencialmente agua.
Principales
equipos que conforman la planta de endulzamiento con aminas
Separador de entrada
Este recipiente, colocado a la entrada de la planta, tiene como función separar los contaminantes que llegan junto al gas de alimentación, dentro de estos contaminantes se encuentran hidrocarburos líquidos, partículas sólidas, agua y compuestos químicos utilizados en el tratamiento del gas. Si estos contaminantes no fuesen separados, podrían causar alteración y degradación del so lvente, la formación de espuma y la co rrosión.
El separador de entrada debe estar muy bien diseñado, a tal efecto se debe considerar: y
La presencia de fluidos ácidos
y
La capacidad para manejar acumulaciones de liquido ( agua, hidrocarburos, químicos)
y
La capacidad para retener sólidos
El separador de entrada es típicamente un recipiente vertical donde el gas entra por el fondo y sale por el tope, cuenta con un eliminador de niebla en el tope. Los eliminadores de niebla comunes en estos separadores tienen aproximadamente un 99% de eficiencia, en la
retención de partículas de menos de 10 micrones. Sin embargo existen partículas tan pequeñas (1/2 micrometro) que no puede ser removidas eficientemente por estos eliminadores de niebla. Por lo cual, en el caso donde los líquidos o los sólidos se conocen o se anticipa que serán un problema, debería utilizarse un separador de alta eficiencia tal como un separador filtro. Este equipo típicamente consiste en un recipiente horizontal con un filtro en la entrada para remover partículas como FeS (sulfuro de hierro). El separador filtro, remueve partículas sólidas y líquidas de tamaños hasta 1 micrón, con una alta eficiencia; esta equipado con filtros, en la primera etapa de separación y con un eliminador de niebla en la segunda etapa de separación. El absorbedor o contactor
Este equipo es una de las unidades fundamentales de la planta, el cual esta formado por una torre que trabaja a alta presión y baja temperatura, donde el gas ácido que sale del separador entra por la parte inferior de la columna y fluya hacia arriba para entrar en contacto con la solución de amina pobre o regenerada, que baja desde la parte superior de la torre. En este contacto el gas ácido es removido de la corriente gaseosa y transferido a la solución. El gas pasa por un filtro coalescedor (eliminador de niebla) que retiene la niebla de amina arrastrada por el gas, para luego salir por el tope de la torre, con muy poca cantidad de componentes ácidos, lógicamente esto dependerá de la eficiencia del proceso de endulzamiento. La temperatura de la amina rica que sale del absorbedor será de 130 a 160 ºF y puede contener: agua, amina, componentes ácidos (CO2, H2S, COS, CS2, mercaptanos, entre otros.), gas natural disuelto en la solución, hidrocarburos líquidos retirados de la corriente de gas, sólidos y otras impurezas (asfaltenos). El absorbedor o contactor puede ser una torre empacada o con platos. Las torres empacadas, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas. Los empaques pueden ser al azar o regulares. Los empaques al azar son aquellos que simplemente se arrojan en la torre durante la instalación
y se dejan caer en forma aleatoria. Los empaques regulares son capas de malla de alambre u hojas corrugadas. Ofrecen las ventajas de una menor caída de presión para el gas y un flujo mayor. Las torres de platos pueden ser de platos perforados, de burbujeo y de válvula. y
Platos
perforados: el vapor asciende a través de las perforaciones en el plato; y el
líquido es retenido sobre el plato por el flujo de vapor. Las perforaciones son usualmente pequeños agujeros, pero pueden usarse grandes agujeros y aberturas. No se produce sello de líquido, y a velocidades bajas de vapor, el líquido se derrama a través de las perforaciones, reduciendo la eficiencia del plato.
y
Platos
de burbujeo: son aquellos donde el vapor asciende a través de tubos cortos
llamados elevaciones, cubiertos por un casco con perforaciones a los costados; su cualidad más significativa es que debido a las elevaciones, se puede mantener un nivel de líquido independiente del flujo de vapor. y
Platos
de válvula: son esencialmente platos con perforaciones de diámetros grandes
cubiertos por tapas móviles, las cuales se abren a medida que se incrementa el flujo de vapor. Como el área para el flujo de vapor varía con la velocidad de flujo, los platos de válvula pueden operar eficientemente a velocidades más bajas que los platos perforados. Tanque de venteo o ¨flash tank ¨
Es un recipiente que se utiliza para separar el gas que se disuelve en la solución de amina en el absorbedor. Este equipo se instala cuando la presión del absorbedor es mayor a 500 lpcm, y se opera a una presión de 75 lpcm, no obstante, esta factibilidad debe analizarse con cuidado. El propósito de este tanque es recuperar los hidrocarburos disueltos en la solución, los cuales se envían al mechero o se utilizan como gas combustible. Se debe mantener presente el poder contaminante de estos gases, ya que podría impedir su uso como combustible. Lo normal es que contenga una cantidad excesiva de CO2, lo cual implica una reducción considerable de su valor calorífico, pero también puede tener H2S, lo cual es peligroso. Por
esta razón, se suele colocar, a la salida del tanque de venteo un pequeño absorbedor con 4 ± 6 platos o su equivalente en empaque. Es recomendable conectar al tope de este pequeño absorbedor, una línea con amina pobre, con el fin de retirar el gas ácido que transporta el gas combustible. Esta pequeña porción de solución de amina contaminada se mezclará con la corriente de amina rica que va hacia el regenerador.
Cuando el tanque de venteo
tiene un absorbedor instalado para endulzar el gas que se usa como combustible, el caudal de la solución pobre (después de enfriarla) se divide en dos corrientes: una pequeña que se envía al absorbedor del tanque de venteo y la diferencia, hacia el tope de la torre absorbedora. La presión del tanque de venteo se controla, con una válvula colocada a 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. El tanque también cuenta con un controlador de nivel, el cual abre o cierra la válvula para mantener la altura de líquido. El diseño del ³flash tank´ debe incorporar un sistema interno de baflle que permita recolectar los hidrocarburos en el tanque p ara así ser drenados constantemente.
