11. Recomendaciones para optimizar condiciones del proceso
11.1 Recomendaciones de diseño y operacionales
En la Figura 13 se resumen las condiciones de operación óptimas para una Unidad de Aminas. Los parámetros a optimizar son detallados a continuación en esta sección (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015) (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
47 Figura 13. Condiciones óptimas de operación para unidades de aminas
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11.1.1
Temperatura de amina pobre
La solución de amina pobre que ingresa al absorbedor debe ser entre 5 y 10 °C más alta que la temperatura del gas alimentado, para evitar la condensación de los hidrocarburos presentes en este, ya que esta podría generar la formación de espuma. Óptimamente, la temperatura de la amina pobre debe ser cercana los 40 °C, ya que, a temperaturas inferiores, es mayor la viscosidad de la amina, lo que dificulta el contacto entre las fases, y disminuye la absorción. En la Figura 14 se muestra como varía la viscosidad de la amina con la temperatura. Por otro lado, las temperaturas altas en la corriente de amina pobre deben ser evitadas, ya que pueden conducir a un mal rendimiento de la amina o a pérdidas de solución, debido a una vaporización excesiva. Se recomienda que la temperatura de amina pobre se encuentre entre 35 y 50°C (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
Figura 14. Viscosidad de amina según temperatura
11.1.2
Temperatura de gas de alimentación
Idealmente, la temperatura del gas de entrada debe encontrarse entre 30 y 45°C. Esto debido a lo expuesto en el punto anterior con respecto a la temperatura de amina pobre recomendada (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
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11.1.3
Temperatura del absorbedor
La temperatura en el absorbedor se regirá por la absorción exotérmica de los gases ácidos. Es importante que la temperatura de la amina se mantenga por debajo del valor máximo recomendado por el proveedor. El perfil de temperaturas en un absorbedor variará dependiendo las condiciones de la absorción. En las Figuras 15 y 16 se muestra el perfil de temperaturas de un absorbedor de 7 etapas, según amina utilizada y según composición de amina (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
Figura 15. Perfil de Temperatura en absorbedor según amina utilizada
50 Como se puede apreciar, no se puede esperar un perfil de temperaturas óptimo para todas las situaciones, incluso cuando se trata de la misma amina, es por esta razón que no se puede establecer un óptimo de temperatura de operación para la absorción de manera generalizada. La temperatura óptima de operación variará dependiendo de la cantidad de gas ácido que se absorbe, la amina que se usa y el flujo de esta. Generalmente las absorbedoras operan en un rango de 40 a 60 °C (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
11.1.4
Presión del absorbedor
El absorbedor debe ser operado a la mayor presión posible, ya que la absorción se ve favorecida a altas presiones. Generalmente se opera a la presión del gas alimentado, para operar a la mayor presión posible sin utilizar compresión adicional. La presión típica de operación de un absorbedor es entre 4 y 15 kg/cm2(g) (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.5
Torre Absorbedora de LPG
Cuando la unidad de amina trata LPG, la regla general para determinar el diámetro del absorbedor es que el flujo combinado de LPG y amina debe equivaler a 30-45 m3/h/m2 de la
sección transversal del absorbedor. Se recomienda utilizar empaque de cerámica o acero, para que la amina moje el empaque asegurando el contacto de este con LPG. Generalmente se utilizan empaques de 1 ½ -2 [in] con 2 o 3 secciones de empaque de 3 m de alto cada sección (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
Tanto la velocidad del distribuidor de LPG, como la velocidad de amina son factores importantes. La velocidad del distribuidor debe ser lo suficientemente alta para permitir una mezcla adecuada en las bandejas o el empaque, pero no tan alta como para que se forme una emulsión que dificulte la separación de las fases. La velocidad del distribuidor de LPG recomendada es de 23 m/min, mientras que la velocidad superficial del hidrocarburo, por criterios de diseño, no debe exceder los 40 m/h. La velocidad de entrada de la amina debe limitarse a 52 m/min para reducir la interferencia con el LPG que sube a través del absorbedor. La velocidad superficial de la amina debe limitarse a 18 m/h (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
Otro factor importante es el tamaño de la gota de hidrocarburo. El tamaño de los orificios del distribuidor de LPG es típicamente de ¼ [in]. Los orificios más grandes producen gotas no uniformes y los orificios más pequeños producen gotas más pequeñas, lo que puede generar
51 emulsión, aumentando el potencial de arrastre de amina en la absorción (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
Se recomienda también, contar con un tanque colaescedor aguas abajo del absorbedor para ayudar a la eliminación de la amina retenida del hidrocarburo. El tiempo combinado de residencia entre el absorbedor y coalescedor debe ser de 20-30 minutos. También se debe considerar un sistema de agua de lavado recirculante para ayudar en la separación. El lavado con agua reduce la viscosidad de la amina arrastrada y ayuda a la desconexión en el tanque de decantación (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
En cuanto a la alimentación de amina pobre, se recomienda que la relación de flujos de LPG/amina sea entre 10:1 y 30:1. Además se recomienda que la temperatura de amina pobre se encuentre entre 35-50 °C (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.6
Presión Estanque Flash
A medida que se reduce la presión del estanque flash, aumenta la recuperación de hidrocarburos. Sin embargo, la presión mínima de operación del estanque flash se determina por el equipo ubicado aguas abajo. La presión en el estanque flash debe ser lo suficientemente alta para permitir el paso del fluido a través del Intercambiador Carga/Fondo y de cualquier otro equipo intermedio (por ejemplo, filtros de remoción de partículas). Además, debe haber la suficiente carga hidrostática en el fluido para que este llegue a la parte superior del regenerador. Un valor común es una presión 3 o 4 kg/cm2 (g) más alta que la presión del regenerador (Bryan Research
& Engineering, Inc, 2015).
11.1.7
Filtración de amina pobre
El sistema de filtración debe ser instalado en la corriente de amina pobre ya enfriada. Los filtros deben ser dispuestos en serie, tal como se muestra en la Figura 13.
El filtro de cartucho debe ser instalado aguas arriba de un filtro de carbón, para proteger el lecho de carbón de partículas sólidas contaminantes. Aguas abajo al filtro de carbón debe ser instalado un segundo filtro de cartucho para retener partículas de carbón que puedan circular en la corriente de amina. Idealmente debiese filtrarse, al menos, un 20% del total de la corriente de amina (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
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Filtros de cartucho
La caída de presión en los filtros de cartucho no debe superar los 1,5 kg/cm2(g), de manera de
no sobrecargar el filtro y provocar su colapso. El flujo máximo permitido se adecúa de manera que no se sobrepase esta caída de presión. Como la caída de presión va aumentando a medida que el filtro se va ensuciando, se recomienda realizar el cambio de filtro cuando la caída de presión esté cercana a los 1,3 kg/cm2(g) (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
Se recomienda que se utilicen filtros de 10 [µm] absolutos. En caso de que se forme betún (Sulfuro de hierro) en los filtros, se requiere una filtración más rigurosa. En estos casos se recomiendan filtros de 5 [µm] absolutos (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
Filtros de carbón activado
Los filtros debiesen tener al menos entre 2,5 y 3 metros de alto y un tiempo de residencia de 15 minutos. Se recomienda utilizar filtros de carbón bituminoso, ya que estos tienen una amplia gama de diámetros de poros (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
La vida útil de un filtro de carbón variará dependiendo del nivel de contaminantes y del flujo de circulación de amina. Generalmente poseen una vida útil cercana a los 4 o 6 meses. Para determinar si es necesario realizar el cambio de un filtro se pueden considerar los siguientes criterios (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
Aumento en la caída de presión del lecho de carbón
Formación de espuma
Cambio en el color de la amina
11.1.8
Filtración de amina rica
El uso de la filtración de amina rica se justifica en algunos casos, especialmente si se tiene una amina rica con sólidos suspendidos considerables (>5ppm). También es recomendable en casos en que los intercambiadores de calor sufren periódicamente de deposiciones. La filtración de corrientes de amina rica es más compleja y presenta mayores riesgos en comparación con la filtración de aminas pobres, por lo que se recomienda tomar precauciones adicionales, sobre todo al momento de realizar la mantención de los filtros, debido al riesgo de exposición a H2S.
53 Los filtros deben instalarse aguas abajo del estanque flash para evitar el flasheo del gas en el filtro. No se recomienda el uso de filtros de carbón activado, ya que pueden contribuir a la formación de espuma, además de que existe mayor complejidad del mantenimiento de estos, relacionado con la mayor concentración de H2S (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.9
Estanque Surge
El estanque surge de almacenamiento debe funcionar a una temperatura por encima del punto de congelación de la amina y debe operar en su interior con una capa de un gas inerte, como nitrógeno, cubriendo la amina, para evitar la degradación de esta en presencia de oxígeno (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.10
Etapa de alimentación al regenerador
Al alimentar la amina rica lo más cerca posible del tope del regenerador, se maximiza la cantidad de etapas por las que pasa la amina antes de salir del regenerador. A pesar de esto, es preferible alimentar la amina rica un poco más debajo de la etapa superior, ya que esta configuración permite que la amina entre en contacto con la corriente de reflujo fría antes de que cualquiera de estas dos corrientes salga por el tope de la torre. De esta manera se logra reducir pérdidas de amina (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
11.1.11Temperatura de alimentación al regenerador
Generalmente, la temperatura de amina rica a la salida del intercambiador carga/fondo debe estar entre 95 y 100 °C. Se trabaja en estos límites de temperaturas incluso cuando la corriente de amina pobre sea capaz de elevarla aún más. Esta recomendación equilibra dos efectos competitivos: maximizar la integración de calor y evitar una vaporización significativa. Una temperatura muy alta podría generar corrosión tipo picadura en el intercambiador carga/fondo, y una temperatura inferior implicaría un aumento al requerimiento del rehervidor y corrosión en la torre y en el rehervidor (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
11.1.12
Presión en el regenerador
La desorción se favorece a baja presión. El límite inferior de presión es dictado por el equipo aguas abajo. Por ejemplo, el gas ácido obtenido en la Unidad Regeneradora de Aminas es enviado a la Unidad Recuperadora de Azufre, por lo que la presión en el regenerador deberá ser lo más
54 baja posible, pero lo suficientemente alta para que el fluido llegue a esta unidad (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
11.1.13
Temperatura Tope Regenerador
Con el fin de asegurar una separación adecuada, mientras que al mismo tiempo se optimiza la utilización de energía, la temperatura de tope debe controlarse ajustando el flujo de vapor al rehervidor. La temperatura de tope del regenerador, óptimamente, debe encontrarse entre 105 y 110 °C (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
11.1.14
Temperatura Fondo Regenerador
La temperatura en el fondo del regenerador debe ser inferior a 130°C, de manera de evitar la degradación térmica de la amina (Bryan Research & Engineering, Inc, 2015).
11.1.15
Temperatura en salida de Condensador de Tope
La temperatura en la salida de este condensador debe encontrarse entre de los 45 y 50°C. Si esta temperatura es más baja, se incrementa el riesgo de corrosión tipo fisura y tipo picadura. Si la temperatura es superior, el contenido de agua en el gas que se envía a las Unidades Recuperadoras de Azufre puede ser muy alto. Esto se desea evitar, ya que el agua en una corriente ácida se considera un contaminante. En el proceso de recuperación de azufre, la presencia de agua reduce la cantidad de producción de azufre (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.16
Rehervidor
El servicio del rehervidor tiene un fuerte impacto en la regeneración de la amina. Cuanto mayor sea el calor entregado por el rehervidor, menor será la concentración de H2S en la amina pobre
y más puro resultará el gas dulce. El calor del rehervidor se obtiene a través del uso de vapor saturado. Se debe evitar la utilización de vapor sobrecalentado. La temperatura del vapor saturado no debe superar los 160 °C, y la temperatura de pared en el rehervidor no debe superar los 185 °C, de modo de evitar la degradación térmica de la amina (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.17
Consumo de vapor
El consumo de vapor hace referencia a la cantidad de vapor de agua utilizado para lograr la regeneración en relación con la carga de hidrocarburo ácido alimentado. Se recomienda que
55 consumo de vapor expresado en función del volumen de carga sea inferior a 160 kg de vapor por m3 carga para evitar un excesivo consumo energético (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.18
Purga Salida de Acumulador de Reflujo
Es necesario realizar una purga de reflujo desde la salida del acumulador de reflujo, para disminuir la concentración de Sales de Amonio en el reflujo, ya que estas pueden contribuir a la formación de corrosión. En el caso de contar con un análisis de laboratorio que indique la concentración de sales de amonio en la corriente de reflujo, se debe ajustar el flujo purgado de manera de mantener un 2% en peso de sales en el reflujo. En caso contrario, el flujo de purga se ajusta a 10% el caudal de reflujo (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.19
Caída de presión en las torres
Se debe contar con un instrumento medidor de presión diferencial en el absorbedor y stripper, con el fin de monitorear la caía de presión a través de las bandejas o empaques. La diferencia de presión debe ser medida desde justo por debajo de la primera bandeja o sección de empaque, hasta justo por encima de la última bandeja o sección de empaque. Un fuerte aumento en la presión diferencial del absorbedor o regenerador indica que existe problemas de fsweormación de espuma en el sistema. En contraste, un bajo diferencial de presión indica ensuciamiento en las bandejas o empaque (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
11.1.20
Velocidades de flujo de amina
Las velocidades de la solución de amina no deben exceder de 1 m/s en líneas de acero carbono y 2 m/s en líneas de acero inoxidable, para evitar la corrosión de las líneas. También se recomienda que la velocidad de flujo en intercambiadores sea menor a 1 m/s (Sheilan, Spooner, & van Hoorn, 2008).
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