ENDULZAMIENTO
Created by AspenTech – Hyprotech Latinoamérica Created on 2/6/2008 12:20:00 PM
DE G AS
ÁCIDO CON DEA
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INTRODUCCIÓN En las refinerías y plantas de gas natural, es necesario remover gases ácidos: ácido sulfhídrico (H2S), dióxido de carbono (CO2) y otras impurezas de la corriente de proceso para alcanzar determinadas especificaciones. Existe gran cantidad de procesos disponibles para realizar esta tarea, sin
embargo no hay un proceso ideal para todas las aplicaciones. Una selección inicial de un proceso particular se basa en los parámetros de alimentación, como por ejemplo la composición, presión, temperatura y naturaleza de las
impurezas. También es muy importante la especificación del producto. Una selección final se basa en aspectos económicos: confiabilidad, versatilidad y restricciones ambientales. Obviamente el proceso de selección no es una
cuestión trivial y es altamente deseable cualquier herramienta que provea mecanismos confiables de diseño y de análisis del proceso. Un método popular es la remoción de gases ácidos mediante la absorción de gases ácidos con solventes químicos, en particular aquellos que utilizan una solución acuosa de alcalonaminas. Las aminas son bases nitrogenadas que reaccionan con los gases ácidos para formar sales inestables a altas presiones y temperaturas moderadas. Dado que esta rea cción es reversible,
al invertir las condiciones de operación (bajas presiones y altas temperaturas) se regenera la amina y los gases ácidos. El esquema típico de un proceso de endulzamiento es mostrado en la figura 1, el cual esta formado por dos secciones básicas, una columna absorbedora
de alta presión, cuyo tamaño depende del caudal de gas a tratar y de la presión y el sistema de regeneración de baja presión que esta dimensionado de acuerdo al caudal de amina.
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fig. 1 Proceso convencional
El gas amargo ingresa en el fondo de la columna absorbedora. Esta torre contiene generalmente de 20 a 24 platos o un relleno equivalente al numero
de etapas. Una solución pobre (en cuanto a los gases ácidos) de amina en agua es bombeada al tope de la torre. A medida que el liquido desciende, se
pone en contacto con el gas amargo que fluye en dirección opuesta al liquido. Cuando el gas alcanza el tope, prácticamente todo el H2 S, y dependiendo del solvente, todo el CO2 ha sido removido de la corriente de gas.
El
gas
ha
sido
endulzado
para
cumplir
con
determinadas
especificaciones de concentraciones de CO2 y H2 S.
La amina rica en gases ácidos abandona la absorbedora en el fondo y se expande a través de una válvula hasta alcanzar una presión de aproximadamente 500 Kpa. En base a esta reducción de presión, parte de
los gases ácidos son removidos en un separador intermedio. Posteriormente, la solución absorbe calor en el intercambiador (el medio calefactor es la amina regenerada o amina pobre). La solución rica ingresa a la columna regeneradora a una presión de 100 Kpa y a la temperatura de ebullición de la amina. Se aplica calor externo (rehervidor de caldera) para generar el caudal
de vapor en la columna y alcanzar la mayor concertación posible de amina. Los gases ácidos liberados, hidrocarburos livianos y vapor de agua, abandonan el tope de la torre
y se condensan (usualmente en un
aeroenfriador) restos del solvente y el vapor de agua.
El condensado es
recirculado en el tope de la torre. El gas ácido, que consiste principalmente en H2S y CO2 es tratado en una unidad de recuperación de sulfuro o quemado dependiendo de la cantidad de gases ácidos.
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La solución regenerada se enfría en el intercambiador liquido -liquido. y posteriormente se bombea y enfría hasta alcanzar la presión y temperatura de la columna absorvedora.
En muchos casos, debido a la composición y a la presión del gas amargo, una planta convencional no puede tratar de manera adecuada al gas para alcanzar las especificaciones de calidad sin utilizar gran cantidad de energía para regenerar la amina.
Para este caso, utilizaremos el modulo de aminas
y los siguientes
componentes: N2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4,n-C4, I-C5, n-C5, C6, H2O y DEAmine. Utilizaremos el modelo Kent Eisenberg con la fase vapor no ideal. El paquete de aminas disponible en HYSYS es un modelo desarrollado por
D.B Robinson para la simulación de plantas de aminas, el cual incluye un amplio
rango de datos experimentales. Por lo tanto es altamente
recomendable utilizar est e modelo especial para la simulación de procesos de endulzamiento de gases.
COMIENZO
DE LA
SIMULACIÓN
Generara una corriente con la siguiente información:
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Generar una Segunda corriente con la siguiente especificaciones:
Conectar un separador para remover el agua libre que se encuentra en la corriente de entrada a la planta.
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Cual es la cantidad de agua en el separador FWKO?......................
Para simular la contactora utilizaremos una columna tipo absorber. Estas son las especificaciones para la columna:
Para una primera resolución de la columna, utilizar los siguientes estimados de temperatura: 0.3 para el Co2 y 0.6 para el H2S. Lugo dejar que HYSYS calcule las eficiencias en funci ón de las dimensiones del plato. Suponer un
diámetro de 1.5 metros. Camping factor usualmente en el rango de 0.4-0.8 dan las convergencias
mas rápidas. Verificar el perfil de temperatura en la contactora. Porque tiene ese perfil?
Cómo se comportaría el per fil de temperatura ante modificaciones en el caudal?
Utilizar una válvula para expandir la solución de DEA rica hasta una presión de 620 Kpa (90 psia). Posteriormente conectar a la salida de la válvula un separador para remover los gases producidos en la expansión.
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La alimentación a la regeneradora es calentada hasta 95 C (200F) en el intercambiador de calor L/R HEX. La caída de presión en ambos lados del intercambiador es de 70 Kpa (10 psi). La columna regeneradora es modelada como una columna de des tilación. Tiene 20 etapas reales- 18 etapas en la sección de plato mas el reboiler y el
condensador. La eficiencia de los gases ácidos es de 0.8 para el H2S y 0.15 para el CO2. Las eficiencias par el condensador y reboiler
deben
permanecer en uno. Un damping factor de 0.4 proveerá una convergencia
rápida. Adicionar una columna de destilación e ingresar la siguiente información:
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Es necesario una alimentación de agua , dada que parte se perderá en los productos de cabeza de la contactora y regeneradora. Una operación mixer
mezclara la solución de amina pobre con un caudal de agua. El agua ingresa a 20 C (70 F) y fijamos el caudal de salida del mixer en 43 m3/h (190 UGPM).
Cuál es el caudal de agua?........... ....................... Posteriormente se enfriara la solución de salida del mixer en una operación cooler. La caída de presión en esta operación es de 35 Kpa (5 psi). Conectar una bomba a la salida de DEA to Pump e ingresar a la salida una temperatura de 35 C (95 F)
OPERACIONES LÓGICAS El set es una operación de estado estacionario utilizada para definir una variable específica (PV) en relación a la misma variable pero de otro objeto. Por ejemplo la temperatura de dos corrientes o el UA de dos intercambiadores
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En este caso relacionaremos la correinte DEA to Recycle (target variable) con la corriente Gas to contactor (Source). En la hoja Parameters completar los siguientes datos Multiplier = 1 Offset = -35 Kpa
Por ultimo, conectar un reciclo entre las corrientes DEA to Recycle y DEA to Contactor.
A N Á L I S I S D E L O S R E S U L T A D O S Cual es la consternación de CO2 en ppm?.............................. Cual es la consternación de H2S en ppm?.............................. Tipicamente, la concertación de gas acido en la correinte de aminas se expresan en el termino carga de amina, definido como los numeros de moles de un particular gas acido dividido por los moles del caudal de amina. Utilizar
la operación Spreadsheet para realizar estos calculos. Las siguientes variables se utilizan para calcular la carga:
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