Las plantas de endulzamiento de gas tienen como función principal remover gases ácidos, (dióxido de carbono, sulfuro de hidrogeno, etc.) como impurezas, de una mezcla de gases con el fin de prepararla para su consumo. En este caso se remueve dióxido de carbono de una corriente de gas con una solución acuosa de amina (diglicolamina, DGA) como agente de tratamiento. En la figura 3.5 se presenta un esquema simplificado del proceso. El gas acido, conteniendo H2S y/o CO2 entra a la torre absorbedora por el extremo inferior y fluye hacia arriba a través de los casquete pertenecientes a los platos que mantiene un nivel de solución de amina. Los casquete dispersan el gas acido a la salida de cada plato obligando a estar en contacto directo con la amina.
El gas dulce, libre de compuesto ácidos, sale por la parte superior de la torre absorbedora. La amina pobre, libre de compuesto ácidos, entra a la torre absorbedora por su parte superior. A medida que la amina desciende de plato en plato, en contracorriente con el flujo de gas, reacciona con los componentes ácidos del gas y estos son absorbidos.
La amina rica, contaminada con los compuestos ácidos, sale de la torre absorbedora por su parte inferior, pasa por el intercambiador de calor de amina pobre-amina rica, luego circula por el filtro donde se retiran las impurezas solidas finalmente entra a la torre regeneradora.
59 La entrada a la torre regeneradora es por la parte superior y fluye hacia abajo en contra corriente con los vapores calientes de amina producidos en el rehervidor. El incremento en la temperatura de la amina rica produce la liberación de los gases ácidos. El vapor excedente, generado en el rehervidor, arrastra los gases ácidos fuera de la torre regeneradora. Este vapor se condensa y se separa de los gases ácidos en el acumulador. Los gases ácidos se eliminan del proceso y el vapor condensado retorna a la torre regeneradora como reflujo. La amina purificada sale de la torre regeneradora por su parte inferior, pasando por el rehervidor, por el intercambiador de calor amina-amina y por el enfriador de amina antes de retornar a la torre absorbedora.
3.5.2 Descripción del proceso
Existen muchos procesos para la remoción de gas acido de las corrientes de gas natural, antes de seleccionar un proceso se debe considerar cuidadosamente la composición del gas natural de alimentación y las composiciones del flujo, así como los requerimientos específicos del gas natural. Como se muestra en la (Figura 3.5).
3.5.2.1 Filtro coalescente
Previo a que la corriente de gas de entrada sea tratada con solución de amina, este debe ser filtrado en el filtro coalescente de gas de entrada para remover pequeñas gotas de líquido que puedan ser arrastradas o partículas sólidas de 0,3 micrones.
Esto ayuda a prevenir problemas de espuma, corrosión y contaminación de la amina. Las partículas sólidas son capturadas y retenidas por los elementos filtrantes.
A medida que las partículas sólidas se acumulan, los elementos filtrantes comienzan a taponarse y la caída de presión en el recipiente se incrementa. Cuando la caída de presión alcanza los límites preestablecidos, los elementos filtrantes deben ser reemplazados.
3.5.2.2 Torre contactora de amina
El gas tratado de entrada y adecuadamente filtrado ingresa a la base de la torre contactora de amina dentro de la cual el gas fluye en dirección vertical ascendente en contacto con una solución de amina que descienden sobre una serie de 20 platos.
60 Gas y líquido entran en contacto íntimo en cada plato con tiempo de contacto suficiente para que la solución de amina absorba el CO2 del gas de entrada. El mecanismo de absorción implica reacciones acido-base, en la cual el CO2 es el componente gas ácido y amina es el componente básico.
La solución de amina que sale por el fondo de la torre contactora de amina es llamada “amina rica”, porque esta es rica en CO2 absorbido. La amina rica sale de la torre a través del control de nivel y fluye al sistema de regeneración de amina. El gas que sale por el tope de la torre contactora de amina es llamado “gas tratado”, porque ha sido tratado con solución de amina y el exceso de CO2 ha sido removido.
3.5.2.3 Sistema de regeneración de amina
El objetivo del sistema de regeneración de amina es regenerar en forma continua y recircular la solución de amina utilizada en la torre contactora de amina. La solución de amina es regenerada a través de la separación del CO2 absorbido con vapor en una torre que opera a baja presión y alta temperatura, condiciones opuestas a las reacciones que ocurren en la torre contactora.
3.5.2.4 Tanque de expansión de amina
La amina rica sale de la torre contactora de amina por el sistema control y es introducida al tanque de expansión de amina que permite separar la amina rica, “gas flash” y cualquier hidrocarburo liquido desprendiendo del CO2.
3.5.2.5 Intercambiador amina pobre/rica
La amina rica sale del fondo del tanque de expansión por el control de nivel y fluye aguas abajo al intercambiador de amina pobre/rica. El intercambiador tiene dos objetivos:
1. Calienta la amina rica para optimizar la operación en la torre regeneradora de amina y reduce la carga térmica de calor en el re-hervidor de amina.
61 3.5.2.6 Torre regeneradora de amina
Amina rica caliente fluye desde el tanque de expansión de amina hasta el tope de la regeneradora de amina. Donde el CO2 absorbido es separado de la amina rica con vapor que se produce en el re-hervidor de amina por vaporización de una porción de agua de la solución de amina. La amina pobre sale del fondo de la torre y el vapor con CO2 húmedo sale por el tope de la torre.
Como el vapor de separación se mueve hacia arriba por la torre regeneradora de amina, transfiere suficiente calor a la solución de amina descendiente para promover la deserción de CO2. La mayor parte de este vapor condensa durante este proceso, diluye la solución de amina, y retorna al re-hervidor. El vapor que no condensa actúa como un portador para remover el dióxido de carbono no absorbido de la solución de amina y arrastrando hacia el tope de la torre.
El vapor de la parte superior de la torre de regeneración de amina fluye al condensador de reflujo donde este es enfriado por intercambio de calor con el aire del medioambiente. Este condensa la mayor parte del vapor de agua de la parte superior de la torre de regeneración de amina. El efluente de este condensador fluye al acumulador de reflujo para su separación.
El vapor separado, llamado “gas acido”, es fundamentalmente CO2 y algo de vapor de agua, hidrocarburos livianos, resto de amina y contaminantes volátiles que pueden estar presentes.
El gas ácido sale por la parte superior del acumulador a través del control de presión y fluye hacia la chimenea de venteo.
El líquido recogido en el fondo del acumulador, llamado “reflujo”, es fundamentalmente agua. El dióxido de carbono disuelto, hidrocarburos, amina, y algunos contaminantes también están presentes.
El reflujo es bombeado desde el acumulador por medio de bombas de reflujo que están equipadas con un control de caudal mínimo por un orificio de restricción que ayuda a
62 proteger las bombas de problema de bajos caudales durante descontroles u operaciones por debajo de los caudales de diseño. Las bombas retornan el reflujo a la torre regeneradora de amina en la línea de alimentación aguas abajo.