ENDULZAMIENTO DE GAS NATURAL CON SULFATREAT

Transcripción

1 ENDULZAMIENTO DE GAS NATURAL CON SULFATREAT Encarnació n Ezcurra er Piso (C1107CLA) Buenos Aires, Argentina Tel: (54-11) Fax: (54-11) flargent@flargent.com

2 CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓ N OBJETO SULFATREAT DESCRIPCIÓ N DEL PROCESO RANGOS DE APLICACIÓ N DE LA TECNOLOGÍA INSTRUMENTACIÓ N DEL SISTEMA REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS LAY OUT DE REACTORES ASISTENCIA DE FLARGENT Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 2 de 11

3 1. INTRODUCCIÓ N Sulfatreat es el reactivo sólido mas utilizado como medio para la remoció n del H2S de corrientes gaseosas. En nuestro país más, de Sm3/d de gas son procesados en distintas aplicaciones, alguna de ellas en funcionamiento hace más de 10 añ os. 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 diseñ o básico, de detalle y construcció n de este tipo de plantas, el cual representa un só lido soporte local para nuestros clientes y que ponemos a su disposició n para este proyecto. 2. OBJETO El objeto de la presente presentació n es que todo el staff de ingeniería comprenda la tecnología de remoció n 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 sólido a base de ó xido de hierro (Fe x O y ) para eliminació n 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 pequeñ os gránulos con gran regularidad de tamañ o y forma, posee una densidad de 62 lb/cf, su color es negro, y todas sus características son similares antes y después de reaccionado. Estácompuesto por ó xidos de hierro soportados sobre una estructura de silicatos inertes. Una vez reaccionado, contiene pirita (disulfuro de hierro) producto de la reacció n entre el Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 3 de 11

4 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 tóxico, inflamable, explosivo, corrosivo o irritante, ni antes ni después de la operació n, por lo que no ocasiona problemas ambientales en su disposició n final ni en su manipulació n, 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 situació n. El principio operativo de Sulfatreat consiste en la reacció n química entre el H 2 S de la corriente gaseosa con el ó xido de hierro, obteniéndose como productos el sulfuro ferroso (FeS 2 ), también denominado pirita, y vapor de agua. El esquema de reacció n es el siguiente: Fe x O y + SH 2 Fe 2 S + H 2 O El sulfuro ferroso (Fe 2 S), producto de la reacció n, no es tóxico, ni corrosivo ni inflamable. La reacció n es irreversible y el producto es un compuesto estable que no se descompone, por lo que el H 2 S 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 años, disponiéndose en forma de lecho sólido. El reactivo agotado constituye un residuo especial no peligroso, cuya disposició n final puede realizarse en rellenos sanitarios o en caminos. 4. DESCRIPCIÓ N DEL PROCESO El gas ácido proveniente de la batería, 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 saturació n de la corriente, condició n fundamental para la buena performance del sistema. El exceso de agua es luego removido en un separador, aguas abajo de la inyecció n, pues el ingreso de agua en estado líquido a los lechos dañ a el reactivo en forma permanente por generar canalizaciones en el mismo. Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 4 de 11

5 El gas ingresa luego al lecho ó batería de lechos por la parte superior y lo(s) atraviesa saliendo por la conexió n 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 perió dicamente. El diámetro y la altura de los lechos quedan determinados por las hojas de cálculo emitidas por MI SULFATREAT, llamadas EPS Estimated Perfomance Sheet. Las EPS proveen otros datos necesarios para el diseñ o, tales como: Pérdida de presió n, que es la pérdida de carga a través de los lechos y la cual solo incluye la ocasionada por el producto (no incluye filtros, cañ erías, válvulas, etc.). Peso de reactivo requerido para la operació n. Vida esperada del lecho, en días o meses hasta alcanzar la concentració n de salida máxima esperada. El funcionamiento del reactivo se ve afectado principalmente por dos factores: (a) Saturació n de agua: el gas debe estar saturado de agua en fase vapor, o sea que no se necesita agua liquida. De hecho cualquier líquido libre en el lecho perjudicará la operació n por producir canalizaciones en el reactivo. (b) Temperatura: La reacció n es más rápida a medida que la temperatura es mayor, por lo tanto, con altas temperaturas de diseñ o se tienen lechos más pequeñ os. El modelo de flujo dentro de los lechos de Sulfatreat es de tipo pistó n. 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 reacció n que va desplazándose hacia la parte inferior a medida que el reactivo se va Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 5 de 11

6 agotando, y sale del reactor por la parte inferior con una concentració n de H 2 S que es pró xima a 0 ppmv durante la mayor parte de la vida ú til del reactivo. Esta característica le confiere al sistema la capacidad de absorber variaciones instantáneas de concentració n y/o caudal sin necesidad de maniobras especiales o inversiones extraordinarias en el costo de operació n, en términos de costo por kilogramo de H 2 S removido. El sistema puede estar compuesto por uno o más reactores en configuraciones en serie o paralelo, con una instalació n desde el punto de vista de cañ erías e instrumentos muy sencilla, tal como ilustra el gráfico adjunto. Los reactores no requieren internos especiales más alláde 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 también muy sencillo, justificando su preferencia operativa al no requerir ningú n tipo de complejidad, como sí la tienen otras tecnología de remoció n de H 2 S. El gráfico adjunto ilustra un diagrama de proceso típico de una instalació n de Sulfatreat. La inyecció n de agua busca asegurar la saturació n de agua requerida y es comú n en algunas situaciones agregar además un calentador para aumentar la temperatura de ingreso del gas al sistema. Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 6 de 11

7 5. RANGOS DE APLICACIÓ N DE LA TECNOLOGÍA Sulfatreat ha desarrollado distintos tipos de reactivos basados en el mismo principio activo de ó xidos de hierro y con distintas características que los diferencia para cada tipo de aplicació n. Por ejemplo, hay un reactivo especial con baja pérdida de carga, otros con mayor o menor carga de principio activo por unidad de masa, otros con catalizadores incorporados que aceleran la velocidad de reacció n cuando las condiciones lo requieren, etc. De este modo, la cantidad de reactivo requerido para la remoció n del H2S depende de cada diseñ o y del reactivo que se escoja, aunque en general varía de 8,5 a 11 kg SFT/kg H2S. Esta característica hace que la tecnología Sulfatreat tenga un rango de aplicabilidad que la ubica entre los secuestrantes líquidos, cuyo costo de instalació n inicial es nulo a expensas de un costo de operació n sensiblemente mayor, y otras tecnologías regenerativas cuya inversió n inicial es alta en contrapartida con su bajo costo por kilogramo de H 2 S removido. SULFATREAT ES UN TECNOLOGIA MAS ECONÓ MICA 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 límites son empíricos y dependen funda-mentalmente de las condiciones del mercado. Este segmento de aplicabilidad ha implicado que la tecnología esté muy difundida para el endulzamiento de gas natural, principalmente en sistemas Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 7 de 11

8 instalados en las baterías de producció n, previo a la compresió n o ingreso a plantas de dew point ya que la reacció n tiene lugar a cualquier rango de presió n. El punto ó ptimo de uso de Sulfatreat se encuentra en corrientes cuyo contenido de H2S se encuentra entre Kg/d de H2S, lo se ejemplifica en los siguientes casos: Caudal (Sm3/d) H2S ppmv max. Kg/d H2S * , , , , , * La carga en Kg/d de H2S se puede calcular como = 1,44 x caudal (MMSCMD) x concentració n H2S (ppmv ent) Estas condiciones son muy comunes en baterías y normalmente las empresas productoras resuelven esta contaminació n mediante secuestrantes líquidos que permanecen en la corriente y causan problemas de espumació n en las plantas de dew point. LOS SECUESTRANTES NORMALMENTE SE UTILIZAN EN LAS BATERIAS DE PRODUCCIÓ N. 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 añ o 2007, el 100% de las aplicaciones de Sulfatreat en Argentina respondían a lo indicado, con un caudal total procesado de aproximadamente Sm 3 /d distribuido en 16 aplicaciones. Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 8 de 11

9 6. INSTRUMENTACIÓ N DEL SISTEMA La siguiente informació n detalla la mínima instrumentació n requerida para la operació n confiable de los lechos: Upstream of water injection Separator Inlet SFT Inlet Header Each SFT vessel inlet Each SFT vessel outlet General Outlet PI-Pressure indicator X X X TI-Temperature Indicator X X X X FIQ-Flow transmitter X SP-Sample Point X X X X X X DPI-Differential Pressure* X X Si la medició n de presió n diferencial se realiza entre colectores de entrada y salida, incluirála perdida de carga en los caudalímetros por lo cual no seráuna medida directa de la caída de presió n en los lechos. Es por ello que se debe instalar un DPI en cada torre midiendo las presiones independientemente de la medició n de caudal. 7. REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS Agua para purga: El método 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 conexió n de purga para drenarla. Agua para cambio de lecho: El procedimientote cambio de lecho se realiza con agua a alta presió n (30 Bar, 10 m3/h mínimo). El agua a presió n 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 cañ erías con válvulas de bloqueo manual, y puntos de conexió n de mangueras flexibles en las plataformas superior e inferior. Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 9 de 11

10 8. LAY OUT DE REACTORES Un tren de varios lechos Sulfatreat se disponen generalmente en línea, con los manways de descarga a 90º de esta línea. Para el procedimiento de descarga se requiere una grú a y camiones. El reactivo agotado mezclado con agua sale del recipiente en grandes cantidades. Para proveer un especio de contenció n apropiado, se debe pavimentar el área alrededor recipientes. El área pavimentada debe ser tan ancha como la batería de recipientes y extenderse a como mínimo 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 diseñ ado para contener el exceso de agua de la operació n de remoció n, descargando en un sistema de drenajes adecuado. Este agua puede contener ó xidos de hierro y una pequeñ a 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 proveeráasistencia técnica para las siguientes etapas del proceso: Diseñ o básico del sistema de reactores Asesoramiento técnico constante Asistencia técnica de campo o Carga inicial de los lechos: Asistencia técnica de campo para chequeo de las instalaciones y los recipientes; Verificació n de la correcta disposició n de los internos; Carga completa de un recipiente; Formació n del personal a cargo de continuar las tareas de carga de los lechos (Un viaje). o Puesta en marcha: Asistencia técnica de campo para la presurizació n, puesta en marcha y chequeo inicial de los parámetros de operació n y mediciones; Curso de formació n a operadores (Un viaje). o Primer cambio de lecho: Asistencia técnica de campo para chequear los procedimientos y materiales para el cambio de lecho. Descarga de un lecho completo, Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 10 de 11

11 carga de un lecho completo; Entrenamiento al personal a cargo de continuar con la carga del reactivo (un Viaje). Endulzamiento De Gas Natural Con Sulfatreat.doc 11 de 11