“Mejoras en el procedimiento de reemplazo de lecho de reactores de endulzamiento con lecho sólido, Gerencia de Plantas de Gas y Agua, PDVSA Distrito Norte”.
Kelya Ramos, Luis Valdez.
PDVSA – Oriente / Exploración y Producción (E&P) / Distrito Norte
Monagas, Venezuela.
“Mejoras en el procedimiento de reemplazo de lecho de reactores de endulzamiento con lecho sólido, Gerencia de Plantas de Gas y Agua, PDVSA Distrito Norte”.
Kelya Ramos, Luis Valdez.
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PDVSA – Oriente / Exploración y Producción (E&P) / Distrito Norte Monagas, Venezuela. 6217
RESUMEN
Una de las tecnologías de endulzamiento de gas natural aplicadas en el Complejo Muscar consiste en hacer pasar gas ácido a nivel de 1200 psig a través de reactores que contienen un lecho sólido compuesto principalmente por óxido de hierro estabilizado cuyo nombre comercial es Sulfatreat®. El H2S y los mercaptanos reaccionan con el producto mientras que el gas dulce (libre de H2S) sale por el fondo del reactor. El lecho sólido se satura progresivamente hasta que pierde su reactividad, en este punto es necesario realizar su reemplazo por producto nuevo.
El procedimiento comúnmente empleado para el reemplazo del lecho presentaba dos desventajas importantes, la fase de remoción implicaba el uso de agua a presión a una tasa de 500 – 650 bls de agua para la limpieza de un reactor típico, generando problemas de contaminación ambiental en las adyacencias del equipo así como un alto volumen de desechos (Sulfatreat® + agua de limpieza), elevando los costos de tratamiento y disposición. La fase de carga del reactor implicaba el vaciado del producto desde el tope del equipo, resultando en una distribución poco uniforme del producto.
La mejora en el procedimiento de reemplazo de lecho contempló incorporar la técnica de remoción en seco utilizando equipos de alto vacío para la succión del producto saturado, minimizando notablemente la afectación del área y el volumen de desecho generado. Adicionalmente se optimizó el proceso de carga de los reactores,
peso en la base del reactor, garantizando el sello de los elementos filtrantes ubicados en fondo del equipo y reduciendo en gran escala la problemática del arrastre de partículas finas del lecho hacia líneas de proceso aguas abajo del sistema.
ANTECEDENTES
El complejo Muscar está ubicado al Norte del Estado Monagas a 8 Km. de la población de Punta de Mata, entre las estaciones de flujo Musipan y Carito. En el se manejan y acondicionan 1350 MMPCND de gas asociado a la producción de los campos Carito y Pirital así como parte de Orocual, Furrial y Quiriquire. Las corrientes más ácidas son sometidas a procesos de endulzamiento para disminuir la concentración de H2S presente en su composición.
Los reactores de endulzamiento con lecho sólido SULFATREAT® del Complejo Muscar entraron en servicio a partir del 1995, bajo la filosofía de operar como respaldo de la planta de aminas, sistema principal de endulzamiento.
Con una capacidad total de manejo de 320 MMPCND a 1300 psig, distribuida en tres sistemas:
Sulfa I – 120 MMPCND Sulfa II – 80 MMPCND Sulfa III – 240 MMPCND
Estos reactores se constituyeron en el principal sistema de endulzamiento a partir del año 2001 cuando la planta de aminas quedó fuera de servicio debido a diversos problemas operacionales.
El procedimiento comúnmente empleado para el reemplazo de lecho de estos reactores presentaba dos desventajas significativas:
• Uso de 500 - 650 bls de agua/reactor en la etapa de limpieza
• Distribución poco uniforme del producto en la base del reactor durante la etapa de carga
• Dificultades para la disposición final del producto saturado retirado durante la limpieza.
Por otro lado los reactores de endulzamiento presentaban en operación la problemática de arrastre de partículas finas provenientes del lecho del reactor hacia líneas de proceso aguas abajo del sistema de endulzamiento, ocasionando afectación por taponamiento en válvulas y accesorios.
A raíz de esta problemática se realizó un estudio para identificar las debilidades existentes en el procedimiento de reemplazo de lecho y visualizar las posibles mejoras. Se revisaron procedimientos de reemplazo de lecho de catalizadores empleados comúnmente en refinerías y se seleccionó la tecnología de remoción en seco como una alternativa al procedimiento existente.
Con el objeto de establecer una matriz comparativa, se aplicó simultáneamente la tecnología convencional de remoción húmeda y la tecnología de remoción en seco, durante actividades de reemplazo de lecho ejecutadas en Sulfatreat® I del Complejo Muscar y Sulfatreat® COA de la Planta Compresora Amana respectivamente.
En base a los resultados obtenidos se seleccionó el procedimiento de remoción de lecho con tecnología seca para aplicar en futuros reemplazos.
DESCRIPCION DE PROCESO
1. Endulzamiento con lecho sólido
Inicialmente el gas ácido con alto contenido de H2S fluye a través de un filtro coalescedor donde se separan los hidrocarburos líquidos. La corriente gaseosa es alimentada por el tope del reactor donde entra en contacto con el lecho sólido constituido por Sulfatreat®, las moléculas de H2S son adsorbidas en los poros del
según se muestra en la Figura 1. A medida que el lecho absorbe H2S se va saturando. Cuando la concentración de H2S en el gas de salida es mayor a 4 ppm o el diferencial de presión en el reactor supera los 20 psig, se procede a reemplazar el lecho.
Gas Acido
Filtro Coalescedor
Gas Dulce Reactor
Sulfatreat
Condensado Gas Acido
Filtro Coalescedor
Gas Dulce Reactor
Sulfatreat
Condensado
Figura 1. Esquema de Proceso
2. Proceso de Remoción del Lecho con Tecnología Húmeda
Este proceso contempla el uso de agua a alta presión para fracturar el lecho saturado. La inyección de agua se hace a través de la boca de visita superior del reactor, mientras que los residuos (agua + lecho saturado) salen por la boca de visita inferior y son recogidos en canales donde se acumula para luego ser succionado por camiones vacuum. Las desventajas que presenta este método son:
• Uso de 500 - 600 bls de agua/reactor
• Contaminación del área adyacente al sistema de reactores, con efluentes y sulfatreat® saturado. Ver figura 2.
• Incremento del volumen de desechos a disposición final, convirtiéndose en un pasivo ambiental
Figura 2. Procedimiento de reemplazo con tecnología húmeda.
La carga de los reactores se realiza elevando los sacos de sulfatreat® hasta el tope del reactor, vaciándolo a través de la boquilla superior del mismo.
Previamente se ubica en la base interna del reactor, los elementos filtrantes constituidos por mallas de acero inoxidable y “filter foam”. Este procedimiento de carga presenta las siguientes desventajas:
• Distribución irregular del peso en la base del reactor
• La presión ejercida por el producto acumulado en el centro es mayor a la ejercida en los extremos adyacentes a las paredes del reactor
• Pérdida del sello de los elementos filtrantes colocados en la base
• Filtración de partículas finas del lecho
• La Distribución irregular del producto nuevo, ocasiona acanalamiento del lecho en sus periodos operativos, reduciendo su vida útil.
MEJORAS EN EL PROCEDIMIENTO DE REEMPLAZO DE LECHO
1. Proceso de Remoción del Lecho con Tecnología Seca
Este procedimiento contempla la descarga del reactor mediante el uso de un equipo de succión de alto vacío:
• Se introduce la manguera de succión del equipo de alto vacío a través de
se encuentra compactado, se introduce un personal con equipo auto - contenido para fracturar el lecho con la aplicación de un martillo neumático.
Figura 3. Descarga de lecho saturado con tecnología seca.
• Una vez succionado todo el lecho del reactor se abre la boca de visita inferior para retirar y reemplazar los elementos filtrantes internos ubicados en la base interna del equipo.
• El lecho gastado o Sulfatreat® saturado es trasladado en el equipo de alto vacío hasta el sitio de disposición final.
Ventajas
El procedimiento de reemplazo de lecho con tecnología seca presenta las siguientes ventajas frente al procedimiento convencional (tecnología húmeda) :
• El Sulfatreat® saturado es removido del interior del reactor directamente, sin entrar en contacto con el exterior
• No hay contaminación del área adyacente a los reactores
• Reducción del volumen de desechos generados
• Menor cantidad de equipos y maquinarias en el área durante el vaciado de los reactores
• La actividad se realiza en un tiempo menor comparado con el necesario aplicando remoción húmeda.
• Menores costos de contratación del servicio.
• El material gastado es trasladado en el equipo de alto vacío directamente desde los reactores hasta el sitio de disposición final.
Desventajas:
Es necesario introducir personal con equipo auto-contenido en el interior de los reactores para fracturar el lecho compacto, incrementando el nivel de riesgo de la actividad.
2. Procedimiento de Carga del reactor
Las mejoras en el procedimiento de carga del reactor contemplan descargar el producto nuevo, vaciando los sacos desde la boquilla superior del reactor mediante el uso de una manga de llenado, tal como se indica en la figura 4.
Los elementos filtrantes (mallas de acero inoxidable y “filter foam”) se introducen a través de la boca inferior del reactor y se colocan sobre el soporte interno del recipiente antes de iniciar la carga.
P la ta fo r m a d el rea cto r E m b u d o
p a ra ca rg a S aco d e S u lfa trea t
B o ca d e v isita su p erio r d el rea cto r
T é cn ico
esp ecia lista M o v im ien to a lred ed o r d el
d iá m etrod el rea cto r p a ra rea liza r la ca rga co rrecta m en te
C a rg a d el S u lfa trea t
R ea cto r p a rte in tern a C o n ex ió n rá p id a
d e la m an ga d el em b u d o
Figura 4. Carga del reactor aplicando el uso de mangas de llenado
Durante el vaciado de los sacos se aplica la distribución uniforme del producto nuevo en la base del reactor, distribuyendo con movimientos circulares alrededor del perímetro del equipo
Ventajas:
• La distribución uniforme del peso en la base del reactor garantiza la integridad de los elementos internos del soporte (Mallas de 4 y 40 Mesh y Filter Foam)
• Se reduce el paso de partículas finas a través de los elementos filtrantes
• Se reduce la posibilidad de que el lecho se canalice, con rutas preferenciales para el paso del gas cuando los reactores están operativos
• Incremento de la vida útil del lecho
Desventajas:
Es necesario introducir personal con equipo auto-contenido en el interior de los reactores para distribuir uniformemente el producto nuevo.
CONCLUSIONES
Con la aplicación de estas mejoras en el procedimiento de reemplazo de lecho de los reactores de endulzamiento del Complejo Muscar se obtienen los siguientes beneficios:
• Reducción en los costos asociados al servicio contratado de equipos y personal para el reemplazo de lecho
♦ Tecnología Húmeda : 93 MM Bs/Reactor
♦ Tecnología Seca: 32 MM Bs/Reactor
• Ahorro de 244 MM Bs Anuales/Reactor en costos de mantenimiento
• Actualmente el Sulfatreat® gastado se dispone en centros de tratamiento para desechos sólidos de PDVSA, aplicando procedimientos de estabilización antes de su disposición final.
• Reducción del Impacto ambiental ocasionado por la contaminación de áreas adyacentes a los reactores durante la limpieza de los reactores
• Incremento de la vida útil del lecho activo. Promedio 90 días operativo Sulfatreat® I en función del caudal de alimentación.
• En los últimos cambios de lecho no se ha observado arrastre del lecho hacia el cabezal de descarga
Figura 5. Condición antes y después de la implantación de las mejoras
RECOMENDACIONES
• Implantar la tecnología “Seca” para el reemplazo de lecho en reactores de endulzamiento con lecho sólido a nivel general en todas las instalaciones que cuenten con estos sistemas de endulzamiento
• Adiestrar al personal tanto de operaciones como de mantenimiento en la adecuada colocación de los elementos filtrantes internos ubicados en el soporte del reactor
• Divulgar el procedimiento adecuado para la carga de los reactores, lo cual influye directamente en la vida útil del lecho.
