Artículo completo sobre el tratamiento de Gas.docx
- 1. Introducción La principal función de las plantas procesadoras de gas es eliminar los gases contaminantes como el H2S y el CO2 del gas de formación. El H2S y el CO2 son gases que están presentes en el gas de formación en diferentes proporciones que van desde 1 a 50% mol en contenido y pueden en algunos casos, especialmente el H2S, ocasionar problemas en el manejo y procesamiento del gas; por esto hay que eliminarlos para llevar el contenido de estos gases ácidos a los niveles exigidos por los consumidores del gas. El H2S y el CO2 se conocen como gases ácidos, porque en presencia de agua forman ácidos, y un gas de formación que pose dichos contaminantes se conoce como gas amargo. La principal problemática que puede ocasionar los gases amargos es la siguiente: Corrosión en ductos por presencia de H2S y CO2. En la combustión se puede formar dióxido de sulfuro (SO2), altamente tóxico y corrosivo. Disminución del poder calorífico del gas. Puede formar hidratos. En procesos criogénicos el CO2 se solidifica. Los principales procesos industriales en los Centros de Procesamiento de Gas son los siguientes: 1. Endulzamiento de gas 2. Endulzamiento de líquidos. 3. Planta de azufre 4. Proceso criogénico 5. Proceso de absorción 6. Eliminadora de nitrógeno 7. Fraccionadora.
- 2. Procesos industriales en los Centros de Procesamiento de Gas Principales funciones de los procesos industriales en los centros de procesamiento de gas: Endulzamiento: Eliminación por algún mecanismo de contacto el H2S y el CO2 al gas. Esta función se realiza en una unidad de endulzamiento y de ella sale el gas libre de estos contaminantes, o al menos con un contenido de estos igual o por debajo de los contenidos aceptables. Regeneración: en esta etapa la sustancia que extrajo los gases ácidos se somete a un proceso de separación donde se le extraen los gases ácidos con el fin de poderla reciclar para una nueva etapa de endulzamiento. Los gases que se deben separar son en primer lugar el H2S y el CO2, pero también es posible que haya otros compuestos sulfurados como mercaptanos (RSR), sulfuros de carbonilo (SCO) y disulfuro de carbono (CS2). Recuperación del azufre: el H2S es un gas altamente tóxico y de difícil manejo, es preferible convertirlo a azufre elemental, esto se hace en la unidad recuperadora de azufre. Esta unidad no siempre se tiene en los procesos de endulzamiento, pero cuando la cantidad de H2S es alta se hace necesaria. En la unidad recuperadora de azufre se transforma del 90 al 97% del H2S en azufre sólido o líquido. El objetivo fundamental de la unidad recuperadora de azufre es la transformación del H2S, aunque el azufre obtenido es de calidad aceptable, la mayoría de las veces, para comercializarlo. Limpieza del gas residual: el gas que sale de la unidad recuperadora de azufre aún posee de un 3 a un 10% del H2S eliminado del gas natural y es necesario eliminarlo, dependiendo de la cantidad de H2S y las reglamentaciones ambientales y de seguridad. La unidad de limpieza del gas residual continua la extracción del H2S bien sea transformándolo en azufre o enviándolo a la unidad recuperadora de azufre. El gas residual al salir de la unidad de limpieza debe contener solo entre el 1 y 0.3% del H2S extraído. La unidad de limpieza del gas residual solo existirá si existe unidad recuperadora. Incineración: aunque el gas que sale de la unidad de limpieza del gas residual sólo posee entre el 1 y 0.3% del H2S extraído, aun así, no es recomendable descargarlo a la atmósfera y por eso se envía a una unidad de incineración donde mediante
- 3. combustión el H2S es convertido en SO2, un gas que es menos contaminante que el H2S. Esta unidad debe estar en toda planta de endulzamiento. En la Figura 1 se muestran los procesos industriales requeridos para los centros de procesamiento de gas. Figura 1. Procesos industriales en los centros de procesamiento de gas. Endulzamiento de gas El proceso de endulzamiento de gas consiste en remover los contaminantes, H2S (ácido sulfhídrico) y CO2 (bióxido de carbono), del gas húmedo amargo recibido de los pozos productores. Este proceso consiste en la absorción selectiva de los contaminantes, mediante una solución acuosa, a base de una formulación de amina, la cual circula en un circuito cerrado donde es regenerada para su continua utilización. En la Figura 2 se muestra el proceso de endulzamiento de gas.
- 4. Figura 2. Proceso de endulzamiento de gas. Endulzamiento de líquidos. El proceso de endulzamiento de condensado amargo consiste en remover los contaminantes, H2S (ácido sulfhídrico) y CO2 (bióxido de carbono), de una corriente líquida de condensado amargo recibido de los pozos productores. Este proceso consiste en la absorción selectiva de los contaminantes, mediante una solución acuosa a base de una formulación de amina, la cual circula en un circuito cerrado donde es regenerada para su continua utilización. El condensado sin contaminantes se denomina condensado dulce, el cual es el producto principal que sirve para la carga de las fraccionadoras. Adicionalmente se obtiene una corriente compuesta por el H2S (ácido sulfhídrico) y CO2 (bióxido de carbono), la cual se llama gas ácido, subproducto que sirve para la carga en el proceso para la recuperación de azufre. En la Figura 3 se muestra el proceso de endulzamiento de líquidos.
- 5. Figura 3. Proceso de endulzamiento de líquidos. Recuperación de azufre. El gas ácido (H2S ácido sulfhídrico + CO2 bióxido de carbono), proveniente del proceso de endulzamiento, pasa por un reactor térmico (cámara de combustión) y posteriormente pasa a dos reactores catalíticos, donde finalmente se logra la conversión del H2S (ácido sulfhídrico) en azufre elemental. El azufre elemental se almacena, transporta y entrega en estado líquido. En la Figura 4 se muestra el proceso de recuperación de azufre.
- 6. Figura 4. Proceso de recuperación de azufre. Proceso criogénico. El proceso criogénico recibe gas dulce húmedo de las plantas endulzadoras de gas y en algunos casos directamente de los campos productores, el cual entra a una sección de deshidratado, donde se remueve el agua casi en su totalidad, posteriormente es enfriado por corrientes frías del proceso y por un sistema de refrigeración mecánica externo. Mediante el enfriamiento y la alta presión del gas es posible la condensación de los hidrocarburos pesados (etano, propano, butano, etc.), los cuales son separados y enviados a rectificación en la torre desmetanizadora. El gas obtenido en la separación pasa a un turboexpansor, donde se provoca una diferencial de presión (expansión) súbita, enfriando aún más esta corriente, la cual se alimenta en la parte superior de la torre desmetanizadora. El producto principal de esta planta es el gas residual (gas natural, básicamente metano, listo para su comercialización), el cual es inyectado al Sistema Nacional de Ductos para su distribución y, en algunos lugares, se usa como bombeo neumático. No menos importante es el producto denominado líquidos del gas natural, el cual es una corriente en estado líquido constituida por hidrocarburos licuables, esta
- 7. corriente constituye la carga de las plantas fraccionadoras. En la Figura 5 se muestra el proceso criogénico. Figura 5. Proceso criogénico. Proceso de absorción La absorción de licuables se realiza en trenes absorbedores, utilizando un aceite absorbente de elevado peso molecular, el cual después de la sección de absorción donde se obtiene el gas natural, pasa a un reabsorbedor donde se produce gas combustible por la parte superior y el aceite con los líquidos absorbidos por la parte inferior, posteriormente pasan a una sección de vaporización y finalmente a la sección de destilación donde se separan los hidrocarburos ligeros obteniéndose al final una corriente líquida de etano más pesados, similar a las de las plantas criogénicas, la cual pasa a la sección de fraccionamiento. Por el fondo de la torre de destilación se obtiene el aceite absorbente pobre, que pasa a un proceso de deshidratación para retornar nuevamente a la torre absorbedora y reabsorbedora para continuar con el proceso de absorción. Uno de los productos principales de esta planta es Gas natural seco (Gas natural, básicamente metano, listo para su comercialización) el cual es inyectado al Sistema Nacional de Ductos para su distribución. No menos importante es el producto denominado Líquidos del gas natural, el cual es una corriente en estado líquido constituida por hidrocarburos licuables (Etano más pesados) esta corriente
- 8. constituye la carga a las plantas fraccionadoras. En la Figura 6 se muestra el proceso de absorción. Figura 6. Proceso de absorción. Fraccionamiento. El proceso de fraccionamiento recibe líquidos del gas del proceso criogénico y condensados dulces, que pueden provenir de las plantas endulzadoras de líquidos o directamente de los campos productores. Consiste en varias etapas de separación que se logran a través de la destilación. Con lo anterior se logra la separación de cada uno de los productos, como se muestra en Figura 7. En la primera columna se separa el etano, en la segunda el gas licuado (propano y butano), y en caso necesario, en la columna despropanizadora se puede separar también el propano y butano y finalmente la nafta (pentanos, hexanos más pesados). El etano se comercializa como carga de las plantas de etileno, el gas licuado se almacena y distribuye para su consumo nacional y la nafta se comercializa con Refinación, además de su exportación.
- 9. Figura 7. Fraccionamiento. Planta de Eliminación de Nitrógeno (NRU). El proceso consiste en que una porción del gas seco proveniente de las plantas de recuperación de NGL (líquidos de Gas Natural) Criogénica 1 y Criogénica 2 será procesado en la planta de eliminación de nitrógeno para remover el nitrógeno a un nivel de 1.2% mol. La planta NRU (excluyendo la sección de mezclado) está diseñada para una capacidad máxima de 500 a 650 MMpcd usando dos trenes NRU y tres compresores de gas producto. Las secciones de enfriamiento de gas y preseparación toman el gas de alimentación de alta presión el cual se enfría contra las corrientes de retorno de producto y se suministra a la columna de preseparación la cual produce metano líquido que es evaporado y recalentado en una serie de niveles de presión (baja presión, media presión, alta presión y corriente de regeneración) y un vapor rico en nitrógeno que se envía a la sección de rechazo de nitrógeno para procesamiento adicional. La sección de rechazo de nitrógeno de la NRU toma el caudal superior en nitrógeno (42 a 51 % mol) proveniente del recipiente de reflujo de preseparación y mediante un proceso de condensación, reducción de presión y separación de fases, produce 4 caudales de alimentación a una columna de rechazo de nitrógeno, maximizando así la eficiencia termodinámica. Esta columna opera a baja presión y produce como producto de fondo metano que contiene menos de 1.2 % mol de
- 10. nitrógeno y un nitrógeno residual en la corriente de vapor del domo que contiene menos de 0.8 % mol de metano. EL proceso NRU consiste en filtración y Unidad de Rechazo de nitrógeno (dos trenes) y compresores de gas de producto operados por turbinas (tres trenes). La sección de compresión no se muestra en la Figura 8. Figura 8. Proceso de eliminación de Nitrógeno (NRU).