E N DU DU L Z A M I E N T O D E GA S N A T U R A L C ON ON S U L F A T R E A T
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CONTENIDOS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................3 OBJETO ....................................................................................................................................3 SULFATREAT................................ ............................................................................................ 3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO................................ ................................................................4 RANGOS DE APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA....................................................................7 INSTRUMENTACIÓN DEL SISTEMA ................................................................ ........................9 REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS ........................................................................................9 LAY OUT DE REACTORES................................ .....................................................................10 ASISTENCIA DE FLARGENT................................ ..................................................................10
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1. INTRODUCCIÓN Sulfatreat es el reactivo s ólido mas utilizado como medio para la remoci ón del H2S de corrientes gaseosas. En nuestro pa ís más, de 4.000.000 Sm3/d de gas son procesados en distintas aplicaciones, alguna de ellas en funcionamiento hace m ás de 10 a ños.
El reactivo es fabricado por nuestra representada “MI Sulfatreat “de Saint Louis, Estados Unidos de Norteamérica.
Por otro lado, Flargent cuenta con amplia experiencia en el dise ño básico, de detalle y construcci ón de este tipo de plantas, el cual representa un s ólido soporte local para nuestros clientes y que ponemos a su disposici ón para este proyecto.
2. OBJETO El objeto de la presente presentaci ón es que todo el staff de ingenier ía comprenda la tecnología de remoción de sulfhídrico con Sulfatreat y esta herramienta permita identificar oportunidades de negocios en nuevos clientes.
3. SULFATREAT Sulfatreat es el nombre comercial de un reactivo s ólido a base de
óxido
de hierro (FexOy) para
eliminación de H2S de corrientes gaseosas. Este es un producto no regenerable que se dispone en forma de lecho sólido. El contaminante removido del gas reacciona con el Sulfatreat y queda incorporado al reactivo, el cual debe ser reemplazado cada determinado tiempo.
Sulfatreat se presenta en forma de peque ños gránulos con gran regularidad de tama ño y forma, posee una densidad de 62 lb/cf, su color es negro, y todas sus caracter ísticas son similares antes y despu és de reaccionado. Est á compuesto por
óxidos
de hierro soportados sobre una estructura de silicatos
inertes. Una vez reaccionado, contiene pirita (disulfuro de hierro) producto de la reacci ón entre el
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Sulfatreat y el H2S. La pirita es un compuesto estable que no se descompone, por lo que el H2S es irreversiblemente eliminado.
El reactivo no es t óxico, inflamable, explosivo, corrosivo o irritante, ni antes ni despu és de la operación, por lo que no ocasiona problemas ambientales en su disposici ón final ni en su manipulación, no obstante debe tenerse en cuenta que a pesar de que el producto no presenta características adsorbentes cualquier contaminante propio del gas que pudiera quedar retenido en el producto podría modificar esta situación.
El principio operativo de Sulfatreat consiste en la reacci ón química entre el H2S de la corriente gaseosa con el
óxido
de hierro, obteni éndose como productos el sulfuro ferroso (FeS 2), también
denominado pirita, y vapor de agua. El esquema de reacci ón es el siguiente: Fe x O y
+
SH 2
Fe 2 S +
H2O
El sulfuro ferroso (Fe2S), producto de la reacci ón, no es t óxico, ni corrosivo ni inflamable. La reacci ón es irreversible y el producto es un compuesto estable que no se descompone, por lo que el H2S es eliminado de la corriente de gas en forma irreversible. En consecuencia el reactivo no es regenerable y debe reemplazarse cada determinado tiempo, generalmente entre uno y tres a ños, disponiéndose en forma de lecho s ólido. El reactivo agotado constituye un residuo especial no peligroso, cuya disposici ón final puede realizarse en rellenos sanitarios o en caminos.
4. DESCRIPCI ÓN DEL PROCESO El gas ácido proveniente de la bater ía, ingresa al sistema de reactores de Sulfatreat, donde el H2S reacciona irreversiblemente con el reactivo y es eliminado.
Antes de su ingreso a los lechos, se debe atomizar agua de modo de lograr la saturaci ón de la corriente, condición fundamental para la buena performance del sistema. El exceso de agua es luego removido en un separador, aguas abajo de la inyecci ón, pues el ingreso de agua en estado l íquido a los lechos da ña el reactivo en forma permanente por generar canalizaciones en el mismo.
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El gas ingresa luego al lecho
ó
batería de lechos por la parte superior y lo(s) atraviesa saliendo por la
conexión inferior. Durante este proceso el H2S reacciona con el Sulfatreat y es removido de la corriente. En el fondo del recipiente pueden acumularse agua (liquida) y/o otros hidrocarburos condensados, los cuales deben purgarse peri ódicamente.
El diámetro y la altura de los lechos quedan determinados por las hojas de c álculo emitidas por “MI SULFATREAT ”, llamadas EPS
“Estimated
Perfomance Sheet ”. Las EPS proveen otros datos
necesarios para el dise ño, tales como:
•
Pérdida de presión, que es la p érdida de carga a través de los lechos y la cual solo incluye la ocasionada por el producto (no incluye filtros, ca ñerías, válvulas, etc.).
•
Peso de reactivo requerido para la operaci ón.
•
Vida esperada del lecho, en d ías o meses hasta alcanzar la concentraci ón de salida máxima esperada.
El funcionamiento del reactivo se ve afectado principalmente por dos factores:
(a) Saturación de agua: el gas debe estar saturado de agua en fase vapor, o sea que no se necesita agua liquida. De hecho cualquier l íquido libre en el lecho perjudicar á la operación por producir canalizaciones en el reactivo. (b) Temperatura: La reacción es m ás r ápida a medida que la temperatura es mayor, por lo tanto, con altas temperaturas de dise ño se tienen lechos m ás pequeños.
El modelo de flujo dentro de los lechos de Sulfatreat es de
“tipo
pistón”. El gráfico adjunto ilustra un esquema típico de un reactor de Sulfatreat. El gas ingresa por la parte superior del lecho, generando una zona de reacci ón
que
va
desplazándose hacia la parte inferior a medida que el reactivo se va
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agotando, y sale del reactor por la parte inferior con una concentraci ón de H2S que es pr óxima a 0 ppmV durante la mayor parte de la vida útil del reactivo. Esta caracter ística le confiere al sistema la capacidad de absorber variaciones instant áneas de concentraci ón y/o caudal sin necesidad de maniobras especiales o inversiones extraordinarias en el costo de operaci ón, en términos de costo por kilogramo de H2S removido.
El sistema puede estar compuesto por uno o m ás reactores en configuraciones en serie o paralelo, con una instalación desde el punto de vista de ca ñerías e instrumentos muy sencilla, tal como ilustra el gráfico adjunto. Los reactores no requieren internos especiales más allá de los que forman el soporte de lecho (perfilería, mallas y un disco de poliuretano), por lo cual conforman un sistema robusto que no requieren mantenimiento especial.
El equipamiento asociado a un reactor de Sulfatreat es tambi én muy sencillo, justificando su preferencia operativa al no requerir ning ún tipo de complejidad, como s í la tienen otras tecnología de remoción de H2S. El gráfico adjunto ilustra un diagrama de proceso típico de una instalaci ón de Sulfatreat. La inyecci ón de agua busca asegurar la saturación de agua requerida y es com ún en algunas situaciones agregar adem ás un calentador para aumentar la temperatura de ingreso del gas al sistema.
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5. RANGOS DE APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA Sulfatreat ha desarrollado distintos tipos de reactivos basados en el mismo principio activo de
óxidos
de hierro y con distintas caracter ísticas que los diferencia para cada tipo de aplicaci ón. Por ejemplo, hay un reactivo especial con baja p érdida de carga, otros con mayor o menor carga de principio activo por unidad de masa, otros con catalizadores incorporados que aceleran la velocidad de reacci ón cuando las condiciones lo requieren, etc. De este modo, la cantidad de reactivo requerido para la remoción del H2S depende de cada dise ño y del reactivo que se escoja, aunque en general var ía de 8,5 a 11 kg SFT/kg H2S.
Esta característica hace que la tecnolog ía Sulfatreat tenga un rango de aplicabilidad que la ubica entre los secuestrantes lí quidos, cuyo costo de instalaci ón inicial es nulo a expensas de un costo de operaci ón sensiblemente mayor, y otras tecnolog ías regenerativas cuya inversi ón inicial es alta en contrapartida con su bajo costo por kilogramo de H 2S removido.
SULFATREAT ES UN TECNOLOGIA MAS ECONÓMICA QUE LOS SECUESTRANTES LÍQUIDOS, EN ESPECIAL SI LA CARGA DE H2S EN LA CORRIENTE ES SUPERIOR A 1 KG/D El siguiente gráfico ilustra esos rangos de aplicabilidad, con la salvedad de que estos l ímites son empíricos y dependen funda-mentalmente de las
condiciones
del
mercado.
Este
segmento
de
aplicabilidad
ha
implicado
que
tecnología
esté
difundida
para
la muy el
endulzamiento de gas natural, mente
principalen
sistemas
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instalados en las bater ías de producci ón, previo a la compresi ón o ingreso a plantas de dew point ya que la reacción tiene lugar a cualquier rango de presi ón.
El punto óptimo de uso de Sulfatreat se encuentra en corrientes cuyo contenido de H2S se encuentra entre 10 – 50 Kg/d de H2S, lo se ejemplifica en los siguientes casos:
Caudal (Sm3/d) H2S ppmV max. Kg/d H2S * 25.000 200 7,2 50.000 200 14,4 100.000 100 14,4 200.000 100 28,8 300.000 100 43,2 500.000 75 54 * La carga en Kg/d de H2S se puede calcular como = 1,44 x caudal (MMSCMD) x concentración H2S (ppmV ent)
Estas condiciones son muy comunes en bater ías y normalmente las empresas productoras resuelven esta contaminación mediante secuestrantes l íquidos que permanecen en la corriente y causan problemas de espumaci ón en las plantas de dew point.
LOS SECUESTRANTES NORMALMENTE SE UTILIZAN EN LAS BATERIAS DE PRODUCCIÓN.
IDENTIFICAR EL CONTENIDO DE H2S PARA LAS BATERIAS PARA DONDE NORMALMENTE FLARGENT INSTALA FLARES Y EN CASO DE EXISTIR H2S INFORMAR A LA GENERCIA COMERCIAL Hasta el año 2007, el 100% de las aplicaciones de Sulfatreat en Argentina respond ían a lo indicado, 3
con un caudal total procesado de aproximadamente 4.000.000 Sm /d distribuido en 16 aplicaciones.
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6. INSTRUMENTACIÓN DEL SISTEMA La siguiente informaci ón detalla la mínima instrumentación requerida para la operaci ón confiable de los lechos: Upstream of water injection PI-Pressure indicator TI-Temperature Indicator FIQ-Flow transmitter SP-Sample Point DPI-Differential Pressure*
Separator Inlet
SFT Inlet Header
X
X
X X
X
X
X
Each SFT Each SFT vessel vessel inlet outlet X X X X X X X-----X
General Outlet
X
Si la medición de presión diferencial se realiza entre colectores de entrada y salida, incluir á la perdida de carga en los caudal ímetros por lo cual no ser á una medida directa de la ca ída de presi ón en los lechos. Es por ello que se debe instalar un DPI en cada torre midiendo las presiones independientemente de la medici ón de caudal.
7. REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS Agua para purga: El m étodo mas apropiado para purgar el gas presente en el recipiente, cuando se desea realizar un cambio de lecho, es inundarlo con agua industrial desde el drenaje manteniendo el venteo abierto. Esto requiere un suministro de agua para inundar la torre (de una por vez) y una conexión de purga para drenarla.
Agua para cambio de lecho: El procedimientote cambio de lecho se realiza con agua a alta presi ón (30 Bar, 10 m3/h m ínimo). El agua a presi ón se utiliza simplemente para disgregar porciones compactas del lecho, tanto desde la boca de hombre superior como desde la boca de hombre inferior. Para tal fin, se recomienda construir un sistema de ca ñerías con válvulas de bloqueo manual, y puntos de conexión de mangueras flexibles en las plataformas superior e inferior.
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8. LAY OUT DE REACTORES Un tren de varios lechos Sulfatreat se disponen generalmente en l ínea, con los manways de descarga a 90º de esta línea.
Para el procedimiento de descarga se requiere una gr úa y camiones. El reactivo agotado mezclado con agua sale del recipiente en grandes cantidades. Para proveer un especio de contenci ón apropiado, se debe pavimentar el área alrededor recipientes.
El área pavimentada debe ser tan ancha como la bater ía de recipientes y extenderse a como m ínimo 10m de las bocas de hombre; debe ser llana y sin bordes
ó
interrupciones; debe estar delimitada en
sus laterales por un tabique de un metro de altura aproximadamente y un canal dise ñado para contener el exceso de agua de la operaci ón de remoción, descargando en un sistema de drenajes adecuado. Este agua puede contener óxidos de hierro y una peque ña cantidad de aceites
ó
condensados. Para facilitar
el acceso al área pavimentada el borde que se enfrenta con los lecho de Sulfatreat no debe tener tabique.
9. ASISTENCIA DE FLARGENT Se proveerá asistencia técnica para las siguientes etapas del proceso:
•
Diseño básico del sistema de reactores
•
Asesoramiento técnico constante
•
Asistencia técnica de campo o
Carga inicial de los lechos: Asistencia t écnica de campo para chequeo de las instalaciones y los recipientes; Verificaci ón de la correcta disposici ón de los internos; Carga completa de un recipiente; Formaci ón del personal a cargo de continuar las tareas de carga de los lechos (Un viaje).
o
Puesta en marcha: Asistencia t écnica de campo para la presurizaci ón, puesta en marcha y chequeo inicial de los par ámetros de operaci ón y mediciones; Curso de formación a operadores (Un viaje).
o
Primer cambio de lecho: Asistencia t écnica de campo para chequear los procedimientos y materiales para el cambio de lecho. Descarga de un lecho completo,
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carga de un lecho completo; Entrenamiento al personal a cargo de continuar con la carga del reactivo (un Viaje).
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