ING. ANA CLAUDIA SAAVEDRA
TECNOLOGIA DEL GAS I
REMOCIÓN DEL MERCURIO 1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN El mercurio es un componente, traza (naturalmente) de los combustibles fósiles como el gas natural, carbón, petróleo crudo, condensados del gas y de las arenas alquitranadas. El mercurio está presente en el gas de pozo en concentraciones usualmente inferiores a 100
µg/m!,
si bien se "a informado #alores mayores.
$as formas de mercurio% • • •
Elemental &rgánico (metilmercurio, dimetil mercurio) 'norgánico (nitrato de mercurio y el sulfuro de mercurio)
El mercurio mercurio es un contamin contaminante ante natural natural que pro#iene pro#iene del reser#or reser#orio io (usualme (usualmente nte su presencia no se monitorea en la etapa de desarrollo del yacimiento). e adsorbe al metal en% instalaciones de fondo, cabeza de pozo, line pipe y en toda la planta de tratamiento (*+ o *). -unque idealmente debera ser remo#ido tan cerca del reser#orio como se pueda, en la práctica si se conoce su presencia, se remue#e en la entrada a la planta (*+) o más usualmente aguas abao del separador, en la corriente gaseosa.
na #ez que el mercurio ingresa a la planta (*+ o *) su remoción es prácticamente impos imposibl ible e y requie requiere re trata tratamie miento ntos s qumi qumico cos s costo costosos sos.. $os $os proces procesos os de tratam tratamie iento nto "abituales de gas natural remue#en mercurio pero no en forma total, la diferencia queda retenida en planta o pasa a las fases lquidas que egresen tambin de la planta.
El #apor de mercurio no está clasificado como cancergeno aunque el mercurio y sus compuestos compuestos son contaminantes contaminantes neurotó2icos, neurotó2icos, tanto la ingesta como la absorción drmica resultan en disfunciones neurológicas.
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2. OBJETIVO GENERAL $a razón principal para eliminar el mercurio del gas natural es la protección de aluminio aguas abao en los intercambiadores de calor, como los utilizados en las plantas criognicas, recuperación de "idrocarburos de gas natural y en plantas de licuefacción de gas natural.
3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS El mercurio "a causado numerosas fallas en
intercambiadores de aluminio. Esto
amalgamado con el aluminio, resultando en una falla mecánica y las fugas de gas. 3ado que el ni#el de mercurio que se puede tolerar no está establecido, la mayora de los operadores quieren remo#erlo totalmente. Es decir4 eliminar a un ni#el donde no pueda ser detectada con la capacidad analtica disponible.
4. MARCO TEORICO 4.1. MECANISMOS DE DEGRADACIÓN $os mecanismos por los cuales el 5g puede degradar las aleaciones de aluminio son básicamente tres%
6 -malgamación. 6 orrosión de amalgama. 6 7ragilización por metal lquido.
A) AMALGAMACIÓN Es el proceso por el cual el 5g forma soluciones lquidas con metales tales como -l, n, -u, -g y 8n. o requiere agua para desarrollarse. En el caso del -l, la formación de amalgama enfrenta dos problemas%
9$a pelcula de ó2ido formada natural o intencionalmente sobre su superficie le confiere cierta protección. i bien esta capa protectora no es completamente "omognea y puede tener defectos, la tensión superficial del 5g dificulta su penetración.
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9 $a solubilidad de -l en la amalgama es baa, y se necesitan en consecuencia cantidades significati#as de 5g para disol#er una peque:a porción de -l. e manifiesta como un picado o un decapado superficial.
B) CORROSIÓN DE AMALGAMA &curre cuando el 5g y el aluminio se amalgaman en presencia de "umedad%
5g ; -l → 5g(-l) 5g(-l) ; < 5=& 5g ; -l
→ -l=&!.!5=&
→
5g(-l)
(amalgamación) ; ! 5= ; 5g
(amalgamación)
3ado que el 5g se regenera, la reacción es auto6propagante en la medida en que e2ista agua.
•
$a diferencia entre la amalgamación simple y la corrosión de amalgama, es que sta requiere agua y se propaga con cantidades min>sculas de 5g. Estas condiciones pueden presentarse durante las operaciones de mantenimiento o desescarc"ado de la unidad.
•
i e2isten suficiente "umedad y 5g, la penetración es rápida, aunque no tanto como en el mecanismo de fragilización que #eremos despus.
•
o es un modo "abitual de falla debido a que en general no "ay contacto entre el 5g lquido y la "umedad o el agua.
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&casionalmente en la inspección con el baroscopio se #en picaduras en m>ltiples, con apariencia de puntos blancos.
5. NIVELES ACEPTABLES DE MERCURIO ara plantas criognicas de gas con equipamiento de aluminio, son generalmente aceptadas las siguientes recomendaciones sobre el contenido de 5g del gas de alimentación%
•
oncentraciones inferiores a 0,01
µg/m!%
son admisibles sin tomar precaución
•
alguna. oncentraciones entre 0,01 y 0,1 µg/m!% son admisibles siempre que los equipos construidos en aleación de aluminio estn dise:ados para soportar la agresión del
•
mercurio. oncentraciones superiores a 0,1
µg/m!%
deben tratarse con remo#edor
especfico.
6. IMPACTO EN ACEROS; SITIOS DE ACUMULACIÓN DEL MERCURIO 6.1. ADSORCIÓN •
Es una obser#ación com>n que el contenido de 5g del gas disminuye a medida que aumenta el tiempo de residencia del gas en una tubera de acero. or eemplo, se "a reportado que un tramo de 110 ?m el 5g se reduo de @0 a =0
•
µg/m!.
Este fenómeno se debe a que el 5g transportado por el gas es adsorbido qumicamente por los ó2idos y sulfuros de "ierro e2istentes en las paredes internas de las ca:eras, sin formar amalgama. arte del 5g adsorbido reacciona para formar compuestos no #olátiles, principalmente 5g si está presente el 5=.
•
imilar acumulación de 5g se "a obser#ado en paredes de esferas de almacenamiento de gas licuado de petróleo.
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o e2isten relaciones que permitan predecir el grado de contaminación de una instalación de acero a partir de las condiciones operati#as.
in embargo, de las obser#aciones efectuadas se pueden e2traer algunas conclusiones% •
$os ductos y equipos adsorberán 5g independientemente de la concentración de
•
5g del gas. o se conoce un lmite superior para la cantidad de 5g que puede acumularse por unidad de superficie de acero.
•
$as tuberas nue#as adsorben más 5g que las antiguas, dado que a medida que la tubera en#eece, los sitios de la superficie disponibles para la quimisorción disminuyen.
•
En acero ino2idable, la cantidad de 5g adsorbida es siempre menor que en acero al carbono.
•
Aiesgo de degradación del acero pro#ocada por mercurio
•
o se conocen casos de fallas de tuberas o equipamiento de acero en plantas atribuidos directa o indirectamente al 5g transportado por el gas, ya sea por fragilidad inducida por metal lquido o por corrosión acuosa.
. TRATAMIENTO DEL GAS NATURAL PARA REMOVER MERCURIO !"G) .1. MUESTREO ->n no e2iste información precisa sobre la forma en que el mercurio se distribuye cuando un fluo de lquido, tal como condensados de gas natural, es fraccionado.
on un ni#el de mercurio tan bao, obtener análisis precisos requiere el má2imo cuidado. $o ideal es obtener una muestra representati#a de una lnea de proceso4 requiere una sonda para muestras especiales, como muestra en la 7igura 1. 'ncluso una peque:a
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cantidad de sólidos presentes en el sistema de muestreo que afectan a las lecturas por un tiempo muy largo.
#. SISTEMA DE MONITOREO PARA GAS NATURAL El +as natural a menudo contiene mercurio en concentraciones que #aran desde abao de1 a arriba de 10000 Bg/m!. El mercurio es tó2ico y potencialmente perudicial% se puede corroer o fragilizar componentes de la planta de gas. $as plantas de gas natural remue#en el mercurio con las unidades de absorción de mercurio (CAs). CAs usan absorbedores de cama fia, a menudo con azufre impregnado en carbono u otros quemisorbentes como material acti#o. El istema de Conitoreo de Cercurio es una "erramienta ideal para determinar la eficacia de cada CA en tiempo real y necesario para el buen seguimiento y control de las concentraciones de mercurio en el gas natural durante la producción y transformación.
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M$%&'%( I*+%',$+* 5a dise:ado un sistema de #igilancia automática y continua de los ni#eles de mercurio en gas natural y otros gases inflamables. 'nstalamos el analizador de mercurio (y accesorios como un calibrador) presión en un recinto que está aprobado para su uso incluso en zonas peligrosas (-*ED, EE2). n acalorado sistema toma la muestra y la conduce "asta el analizador a tra#s de tubos de acero ino2idable que "a sido superficialmente tratado para ultra6baa absorción .uenta con un sensor de gas que cerrará el sistema y detendrá el fluo de gas de la muestra, si se detecta cualquier fuga.
-. DESCRIPCION DE LOS EUIPOS R$/&+0% $ %$,0& $ ,$%&'%0. El reactor es un recipiente #ertical que tiene en su parte interna lo siguiente% En la parte superior se encuentra una capa de esferas que tiene la función de retener los "idrocarburos pesados (parafinas). $uego contin>a el lec"o de adsorción de mercurio compuesto por una capa de material reacti#o, que es el encargado de reducir el contenido de mercurio del gas mediante un proceso de reacción qumica no re#ersible. El absorbente es no regenerati#o. 3ebao del lec"o del material reacti#o se encuentran dos capas de esferas inertes de material cerámico de diferentes diámetros, en el cabezal inferior del recipiente se encuentra relleno de esferas cerámicas inertes.
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F+%0 $ /%+7&'/*. ir#en para poder e#itar arrastre de sólidos desde los
reactores a todos los equipos aguas debao de la unidad de A. A$%0$8%/0%. ir#en para enfriar la corriente de gas que fue precalentado por el intercambiador de calor, de esa manera la temperatura del gas de salida de la
A es igual a la temperatura del gas de entrada de la A. D$*&%& $ %0&$*0. El gas que sale del separador de entrada, entra al filtro coalescedor de entrada a la A, donde se retiene el "idrocarburo que pueda ser arrastrado por el gas, luego entra al intercambiador de calor donde sufre un peque:o sobrecalentamiento del gas en el orden de = a F
19. M:TODO DE ELIMINACIÓN DE MERCURIO $os adsorbentes 5g 'G fueron creados para eliminar el mercurio en tamices moleculares e2istentes en las
unidades de adsorción. Ha que las plantas criognicas tienen la
necesidad de contar con secador de tamiz molecular, estas ya e2isten en la mayora de las plantas de recuperación de gas natural lquido. $os -dsorbentes moleculares son 5g'G productos tamiz que contienen plata (-g) en la superficie e2terior de la pastilla tamiz
molecular.
El mercurio del fluido de proceso (ya sea gas o lquido) se amalgama con la plata, y un fluido
libre
de
mercurio
del
proceso
en
seco
se
obtiene.
Aesultados de la secadora en la eliminación tanto de la carga de aguas de dise:o y el mercurio, sin necesidad de una
secadora más grande. El mercurio y el agua son
regeneradas a partir de la 5g'G adsorbentes con las tcnicas con#encionales de gas de la secadora. 7sicamente, los adsorbentes 5g'G tienen una apariencia similar a la con#encional de tamices moleculares. Ellos están dispuestos en un reborde o con un aspecto granulado. Estos adsorbentes 5g'G se cargan en un adsorción de buques de la misma manera que son con#encionales tamices moleculares. o "ay necesidad de cuidados especiales, tales como el uso de nitrógeno cubriendo durante la instalación.
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11. OPCIONES DE PROCESO 11.1.
ADSORBENTES
5g'G adsorbentes se pueden utilizar en una unidad independiente o en combinación con a granel, no reno#ables lec"os de eliminación de mercurio en el circuito de regeneración de gas. $os lec"os
adsorbentes no reno#ables son eficaces para la eliminación de
mercurio en grandes cantidades, pero muc"as #eces no prestan la eliminación del mercurio total. n proceso independiente se muestra en la 7igura. En esta opción de proceso, el mercurio es eliminado de la corriente de alimentación, y dea el proceso como una corriente lquida por separado.
12. REGENERACIÓN DEL GAS NATURAL 7MO B PETROLERA
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n n>mero de tcnicas disponibles para proteger las partes de la planta criognica, produce +$ sin mercurio, y e#itar el mercurio pase al sistema de combustible o en las #entas la lnea de gas. n sistema de este tipo se muestra en la 7igura. -qu, la regeneración pasado de gas, despus de "aber sido enfriado y se pasa a tra#s de un separador, se en#a a tra#s de una cama peque:a de absorbente, como el carbón acti#ado de azufre6cargado. ólo una peque:a cama es necesaria por dos razones. $a corriente de gas de regeneración es muc"o más peque:a en #olumen que la corriente del proceso. or otra parte, sólo la eliminación masi#a de mercurio es necesaria. $a concentración de mercurio no es necesaria a ni#el inferior al del gas entrante. Esto significa que preocuparse por la contención del mercurio en la zona de reacción en la cama
de
eliminación
de
mercurio
no
reno#able
no
es
necesario.
i bien #arias opciones tcnicas disponibles para eliminar el mercurio del gas de regeneración, a la fec"a ninguna de las compa:as de gas natural para el tratamiento de mercurio "an optado por eliminar el mercurio de esta corriente.
13. CONCLUSIÓN 7MO B PETROLERA
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i el mercurio está presente y se remue#e, debe pre#erse el monitoreo del proceso de remoción en forma periódica, ya que los procesos no criognicos son selecti#os a ciertas especies.
BIBLIOGRAFÍA ++*<==>>>.?00?$.&0,.@0=/+/$%$,0&0$,$%&'%0 ++*<==$*.*&%@.&0,=0&=1-3-6213=R$,0&0$,$%&'%0$GN ++<==>>>.@0$+@00?&/.&0,./%=8*=N26=+%/'&&026!/$).8
BANCO DE PREGUNTAS 7MO B PETROLERA
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1. E'$ / D8$%$&/ E+%$ L/ A,/?/,/& S,$ L/ C0%%0* D$ A,/?/,/ R. $a diferencia entre la amalgamación simple y la corrosión de amalgama, es que sta requiere agua y se propaga con cantidades min>sculas de 5g. Estas condiciones pueden presentarse durante las operaciones de mantenimiento o desescarc"ado de la unidad.
2. A 'H *$ $@$ $ 8$,$0 $ /@*0%& R. Este fenómeno se debe a que el 5g transportado por el gas es adsorbido qumicamente por los ó2idos y sulfuros de "ierro e2istentes en las paredes internas de las ca:eras, sin formar amalgama. arte del 5g adsorbido reacciona para formar compuestos no #olátiles, principalmente 5g si está presente el 5=.
3. I'$ 0* $$* /&$+/@$* $ ,$%&'%0 R. ara plantas criognicas de gas con equipamiento de aluminio, •
recomendaciones aceptadas sobre el contenido son% oncentraciones inferiores a 0,01 µg/m!% son admisibles sin tomar precaución
•
alguna. oncentraciones entre 0,01 y 0,1 µg/m!% son admisibles siempre que los equipos construidos en aleación de aluminio estn dise:ados para soportar la agresión del
•
mercurio. oncentraciones superiores a 0,1
µg/m!%
deben tratarse con remo#edor
especfico.
4. 'H $* $ **+$,/ $ ,0+0%$0 $ ,$%&'%0 El istema de Conitoreo de Cercurio es una "erramienta ideal para determinar la eficacia de cada CA en tiempo real y necesario para el buen seguimiento y control de las concentraciones de mercurio en el gas natural durante la producción y transformación.
5. D$*&%@/ $ R$/&+0% $ %$,0& $ ,$%&'%0. El reactor es un recipiente #ertical que tiene en su parte interna lo siguiente% En la parte superior se encuentra una capa de esferas que tiene la función de retener los "idrocarburos pesados (parafinas). $uego contin>a el lec"o de adsorción de mercurio
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compuesto por una capa de material reacti#o, que es el encargado de reducir el contenido de mercurio del gas mediante un proceso de reacción qumica no re#ersible. El absorbente es no regenerati#o. 3ebao del lec"o del material reacti#o se encuentran dos capas de esferas inertes de material cerámico de diferentes diámetros, en el cabezal inferior del recipiente se encuentra relleno de esferas cerámicas inertes.
6. ,$/+$ '/ +/@/ $*&%@/ 0* ,$&/*,0* $ %$,0& $ ,$%&'%0
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