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UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD DDEE OORRIIEENNTTEE.. NNCCLLEEOO MMOONNAAGGAASS

EESSCCUUEELLAA DDEE IINNGGEENNIIEERRAA DDEE PPEETTRRLLEEOO.. MMAATTUURRNN // MMOONNAAGGAASS // VVEENNEEZZUUEELLAA..

Endulzamiento del Gas Natural Dr. Fernando Pino Morales Escuela de Ingeniera de Petrleo UDO_ MONAGAS Direccin Habitacional: Conjunto Residencias Plaza Guiaca Torre I Apto 3-4 Tipuro Telfono Casa 0291-5111347 Telfono Casa 0291 -3146534 Celular 0416-3967928 Correo electrnico: fpino@cantv.net fpino44@hotmail.com

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INTRODUCCION El proceso de endulzamiento del gas natural, es uno de los proceso de mayor importancia, que debe de ser sometido el gas natural, ya que el mismo implica la remocin de los gases cidos de la corriente del gas. Esta remocin puede realizar a travs de varios procesos, como lo son la absorcin de los gases cidos, con solventes qumicos, fsicos y mixtos. Cuando la absorcin ocurre con solventes qumicos, se realiza una reaccin qumica entre el solvente y los gases que se desea remover, luego este proceso esa regularizado por la estequiometria de la reaccin, lo importante, que despus se tiene que aplicar calor para poder resorber el solvente y eliminar los gases de la corriente. Cuando se habla de solventes qumicos es imposible no mencionar a las aminas, tanto primarias, secundarias y terciarias y su selectividad hacia el dixido de carbono o sulfuro de hidrgeno. El proceso de endulzamiento implica tambin procesos de absorcin, lecho fijo o lecho seco, en donde se utilizan los tamices moleculares, o membrana, desde luego hay que tener en cuenta, cuando se pueden utilizar algunos de estos procesos, teniendo en cuenta los costos energticos y otros. En la actualidad se habla mucho de las reacciones de conversin directa del sulfuro de hidrgeno y su posterior recuperacin del azufre, y su gran utilidad para la produccin de cido sulfrico en los centros petroqumicos. La utilizacin de los secuestrantes qumicos, como la triazina, para la eliminacin del sulfuro de hidrgeno, juega desde luego un gran papel, en los procesos de tratamientos del gas natural, quizs habr que estudiar mucho, para poder comprender los mecanismos de reaccin, entre la molcula de triazina y el sulfuro de hidrgeno, pero nadie duda de su gran utilidad. El ingeniero de procesos tendr que tener muy claramente establecido los parmetros y/o procesos que se deben de tener en cuenta para seleccionar un mtodo de endulzamiento, y sobretodo tendr que tener muy cuenta impedir el posible impacto ambiental que implica, la seleccin de cada uno de los procesos, pero cualquiera sea el mtodo a utilizar necesariamente hay que hacerlo, ya que la n eliminacin de los gases cidos, trae consigo el incremento del proceso de corrosin, y toda su implicacin tcnico- econmica, sin tener en cuenta los costos. En todo, caso la intencin de estos trabajos es despertar la inquietud en los estudiantes y profesionales recin graduados, de la necesidad de estudiar todos los procesos a los que debe de ser sometido el gas natural, para su distribucin y comercializacin final.

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INDICE Pgina Portada 001 Introduccin 002 ndice 003 Proceso de Endulzamiento del Gas Natural 011 Caracterizacin del Gas Natural 011 Impurezas del gas natural 011 El vapor de agua 012 El Dixido de Carbono 012 Efecto invernadero 012 El Acido Sulfhdrico o Sulfuro de Hidrgeno 013 El Monxido de Carbono 013 El Nitrgeno 014 Disulfuro de Carbono 015 Los Mercaptanos 015 El Mercurio 016 El Oxgeno 016 El Sulfuro de Carbonilo 017 Clasificacin del Gas Natural En funcin de la Composicin 017 Gas cido 017 Gas de Cola 018 Otros Gases de Reaccin cida 018 El Sulfuro de Carbonilo 018 Los Mercaptanos 018 Los Disulfuros 018 Disulfuro de Carbono 019 Definicin de cido 019 Consecuencia de la Presencia De Gases cidos 019 Procesamiento del Gas Natural 020 Eliminacin de las Impurezas del Gas Natural 020 Proceso de Endulzamiento del Gas Natural 020 Procesos de Absorcin 021 Utilizacin de Lechos Slidos 022 Procesos de Adsorcin 022 Procesos de Conversin Directa 023 Utilizacin de Secuestrantes 023 Remocin con Membranas 023 Destilacin Extractiva 023 Seleccin de un Proceso de Endulzamiento 023 Endulzamiento del Gas Natural a travs del Proceso de Absorcin 024 Endulzamiento del Gas Natural a travs de la Absorcin de Gases 024 Proceso de Absorcin de Gases con Solventes Qumicos 025 Propiedades de las Aminas 025 Propiedades Fsicas de Las Aminas 026 Tipos de Aminas que se utilizan en la absorcin de gases cidos 027 Monoetanolamina 027

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INDICE Pgina Diglicolamina 029 Dietanolamina 029 Trietanolamina 030 Metildietanolamina 031 Di- isopropanolamina 033 Descripcin de una Planta de Endulzamiento con Aminas En el Complejo MUSCAR Distrito Social Norte de la Repblica Bolivariana de Venezuela 035 Dos) Depuradores Verticales de Gas 035 Dos Torres Verticales Contactora de Amina / Gas 035 Dos Recuperadores Verticales de Amina 037 Un Separador Horizontal Trifsico 037 Dos Intercambiadores de Calor (Amina Rica / Amina Pobre) 038 Una Torre Regeneradora Vertical de Amina 038 Un Rehervidor de la Torre Regeneradora 039 Un Ventilador Condensador de Tope 039 Dos Bombas de Reflujo de Amina 039 Un Tanque Desgasificador Vertical 039 Un Tanque de Mezcla de Amina 039 Cinco Filtros Mecnicos con Elementos Filtrantes 040 Dos Filtros de Carbn Activado 040 Dos Enfriadores de Amina 040 Un Tanque Acumulador de Reflujo 040 Dos Bombas de Alta Presin 040 Aplicaciones del proceso de Endulzamiento con Aminas 041 Fundamento del proceso de Endulzamiento Por Absorcin con Aminas 041 Amina Utilizada 041 Costo de una Planta de Amina 042 Punto de Congelamiento de la Amina 042 Utilidad de las Aminas en el endulzamiento 042 Descripcin del Proceso del Absorcin con Aminas 042 Absorcin de Gases cidos 042 Regeneracin de la Solucin Absorbente 042 La Seccin de Absorcin 043 Torre Absorbedora de Gas Acido 043 Generador de la DEA 043 Funcionamiento de una Planta de Endulzamiento de Gas en General 044 Seccin de Absorcin del Gas cido con Amina 045 Seccin de Regeneracin de la Amina 045 Absorcin de los Gases cidos con Carbonato de Potasio (K2C03) en caliente 047 Conclusin del Proceso de Absorcin de Gases 047 Descripcin del Proceso de Endulzamiento con Aminas a travs de la Simulacin 049 Tamao y Costo de una Planta de Endulzamiento con Aminas 052

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INDICE Pgina Tasa de Circulacin de la Amina 052 Flujo msico de Gas en (lbmol/hora) 053 Ejercicio 1 054 Equipos Necesarios para en el Endulzamiento del Gas con Aminas 054 Un separador de entrada 056 El absorbedor o contactor 056 Tanque de Venteo 058 Intercambiador de Calor Amina- Amina 058 Regenerador 058 Tanque de Abastecimiento 058 Bomba de la Solucin Pobre 058 Recuperador o Reconcentrador 058 Regenerador 059 Filtros 059 Enfriador de la Solucin Pobre 059 Diseo de Sistemas de Enduzalmiento con el Solvente MEA 060 Condiciones de Entrada del gas a La Planta 061 Composicin del Gas a la Entrada de la Planta 061 Caractersticas del Gas que llega a la planta 062 Gas cido que Debe de Ser Removido 062 Flujo Molar del Gas Acido 062 Presin Parcial de los Gases cidos 062 Gas Acido Removido de la Corriente de Gas 063 Gas Tratado que sale del absorbedor 064 Porcentaje de Agua en la Corriente de Gas de la Planta 064 Tasa de circulacin de la MEA 064 Utilizando la Ecuacin de Barton 064 Cantidad de Calor Tomada por el Gas 065 Tasa Msica de a MEA utilizada 065 Tasa Volumtrica de la MEA Utilizada 065 Temperatura promedio en el Sistema 065 Calor Especifico de la Reaccin 065 Calor de la Reaccin 066 Temperatura 066 Intercambiador de Calor Amina- Amina 067 Carga Calorfica del Rehervidor 067 Composicin de la Solucin que llega Al Absorbedor 067 Solucin que sale del absorbedor y entra al regenerador 068 Calor de Vaporizacin del agua 069 Clculo del Dimetro de Absorbedor 069 Clculo del Dimetro del Regenerador 070 Diseo de un Proceso de Endulzamiento, segn PDVSA 071 Tasa de Circulacin 071 Balance Calorfico 071 Agua prdida como agua de saturacin con el gas cido 071

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INDICE Pgina Agua requerida para el reflujo 072 El calor requerido para condensar el agua 072 El calor requerido para enfriar el gas cido (GA) que se va a eliminar 072 La carga trmica total del condensador 072 Calor del Rehervidor 073 Calculo de la Carga Trmica del Intercambiador de amina pobre/ rica 073 La Carga Trmica para enfriar la solucin pobre o regenerada 073 Calculo del Enfriador de la Solucin de Amina 073 Proceso de Absorcin de Gases con Solventes Fsicos 073 Proceso de Absorcin de Absorcin de Gases con Solventes Mixtos 076 Problemas Operacionales en la Absorcin de Gases 076 Cambios de Modalidad Operativas 078 Forma de preparar la solucin de MEA 078 Punto de Inyeccin de agua al sistema 079 Temperatura del proceso 079 Inyeccin de Antiespumante 079 Variables que Afectan el Control de Operacin en una Planta de Amina 079 Tasa de Circulacin de la Solucin de Amina 079 Carga del Gas Acido 079 Determinacin de la Carga Acida 080 Concentracin de la Solucin de Amina 080 Reflujo 080 Recuperacin de Potencia 080 Intercambiador de Calor 081 Utilizacin de Separador Trifsico como Tanque de Venteo 081 Prdidas de Amina 081 Causas de Prdidas de Amina 082 Proceso de Recuperacin de Azufre (S) 082 El Gas Natural Acido y/o Gas de Refinera 082 El sulfuro de hidrgeno recuperado 083 Proceso de Conversin a Azufre 083 El proceso Claus. Con Oxgeno 084 Procesos de Desulfuracin 084 Procesos clsicos de desulfuracin qumica 084 Tratamientos con Hidrgeno 085 Proceso de Endulzamiento por Adsorcin 085 Principales Caractersticas de la Adsorcin 086 Endulzamiento a Travs de los Lechos Slidos 087 Endulzamiento a travs de las Mallas o Tamices Moleculares 087 Endulzamiento a Travs de las Esponjas de Hierro 089 Endulzamiento a Travs del Oxido de Cinc 090 Utilizacin de la Ferrita de Cinc 091 Endulzamiento a travs del Compuesto SULFATREAT 091 Procesos de Endulzamiento por Conversin Directa 091 Endulzamiento a travs de- Secuestrantes Qumicos del H2S 092

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INDICE Pgina Secuestrantes Slidos 092 Secuestrantes Lquidos 093 Proceso de Endulzamiento por Membranas 094 Endulzamiento a travs de la Destilacin Extractiva 094 Factores Involucrados en la Seleccin de un Mtodo de Endulzamiento 095 Regulaciones de Contaminantes en el Ambiente 095 Tipo y Concentracin de las Impurezas en el Gas cido a Remover 095 Tipo y Composicin de las Impurezas del Gas a Tratar 096 Especificaciones del Gas Residual 096 Temperatura y Presin del Gas cido y del Endulzado 096 Las Impurezas en el Gas de Alimentacin 096 Cantidad de Gas Acido a ser Removido 097 Especificaciones del Gas Tratado 097 Consecuencia de no Endulzar 097 Corrosin en Plantas de Gas 098 Presencia de gases cidos en la solucin acuosa de las aminas 098 Degradacin de los Componentes (C0S) y Mercaptanos 099 Alta Carga Acida en la amina rica, y tambin alta temperatura 099 Alta velocidad en las lneas de flujo 099 falta de alivio trmico 099 Control de Corrosin en una Planta de Endulzamiento Con Amina 099 Costos por Corrosin En Plantas de Aminas 100 Fallas Por Corrosin en Plantas de Aminas 101 Presencia del in Cloruro 101 Presencia de Oxgeno 101 Presencia de Otros componentes 101 Degradacin Trmica de la Amina 102 Diseo de Equipo de Regeneracin de Amina 102 Proceso de Corrosin en el Rehervidor 102 Corrosin dulce o corrosin por Dixido de Carbono 103 Tipos de Corrosin por Dixido de Carbono 107 Corrosin cida o Corrosin por Sulfuro de Hidrgeno 107 Corrosin bajo tensin 108 Agrietamiento 109 Compuesto de Azufre y el Proceso de Corrosin 109 Corrosin por efecto combinado del Dixido de Carbono y Sulfuro de Hidrgeno 110 Influencia de los Gases cidos sobre la Corrosin 111 Factores que Influyen sobre la Corrosin, por Gases cidos 112 Concentracin de Cloruros 112 Efecto Salino 112 In Bicarbonato 112 Solubilidad 113 Temperatura 113 Presin 113

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INDICE Pgina Efecto del In Comn 113 Efecto Salino 113 Producto de solubilidad 113 Producto Inico 114 Velocidad del Fluido 114 Tipos de flujo 114 Flujo Estratificado 114 Flujo Anular o Anular Niebla 114 Flujo Burbuja 115 Flujo Tapn 115 Flujo de Tapn de Lquido 115 Flujo Ondulante 115 Flujo de Transicin 115 Control de Corrosin en Plantas de Gas 115 Naturaleza Electroqumica de la Corrosin en Plantas de Gas 116 Circuito Elctrico de la Corrosin En Plantas de Gas 116 nodo 116 Ctodo 116 Electrolito 117 Composicin del Electrolito 117 Conductividad 117 pH 117 Gases Disueltos 117 Oxigeno Disuelto 117 Dixido de Carbono Disuelto. 118 Sulfuro de Hidrgeno Disuelto 118 La Temperatura 118 La Presin 118 Mtodos Preventivos para la Corrosin 118 Eliminacin de los Elementos Corrosivos 118 Materiales Resistentes a la Corrosin 119 Proteccin Catdica 119 La Electrlisis 120 Principio de la Proteccin Catdica 120 nodos Galvnicos 120 Ventajas y Desventajas de la Corriente Impresa 121 Control de Corrosin en Plantas de Aminas 121 Formas de Evitar La Corrosin 121 Monitoreo del Proceso de Corrosin 122 Pruebas no Destructivas 123 Anlisis Qumicos 123 Datos operacionales 123 Fluido Electroqumico 123 Monitoreo de Corrosin 123 La Necesidad del Monitoreo de Corrosin 123

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INDICE Pgina Tcnica de Monitoreo de Corrosin 124 Cupones de Corrosin (medicin de Prdida de Peso) 124 Ventajas de los Cupones de Prdida de Peso 124 Resistencia Elctrica (Probetas E/R) 125 Ventajas de las probetas (E/R) 125 Resistencia de Polarizacin Lineal (probetas LPR) 126 Ventaja de la Tcnica (LPR) 126 Monitoreo Galvnico 126 Monitoreo Biolgico 127 Monitoreo de Erosin por Arenas 127 Monitoreo de la penetracin de Hidrgeno 127 Monitoreo a Travs del Anlisis Qumico 127 Monitoreo a Travs del Ultrasonido 128 Control de Corrosin a Travs de la Aplicacin de Inhibidores 128 Recomendaciones para la Disminucin de la Corrosin en Plantas de Aminas 128 Bibliografa Consultada y Recomendada 129 INDICE de Cuadros Pgina Cuadro 1 Impurezas del Gas Natural 011 Cuadro 2 Principales Propiedades de las Aminas 034 Cuadro 3 Caractersticas y Propiedades de las Alcanolaminas 035 Cuadro 4 Propiedades de los Compuestos Puros 042 Cuadro 5 Concentracin porcentual de la mezcla utilizado en el simulador 049 Cuadro 6 Propiedades Y caractersticas de las Alcanolaminas 052 Cuadro 7 Composicin Molar del gas a la entrada a la planta 061 Cuadro 8 Composicin Molar del gas a la Entrada a la planta 063 Cuadro 9 Condiciones de entrada y salida del gas a la Planta 064 Cuadro 10 Composicin que llega al Absorbedor 068 Cuadro 11 Composicin que entra al Regenerador 069 Cuadro 12 Factor de Correccin de Barton 070 Cuadro 13 Calor de Reaccin del C02 en soluciones DEA (BTU/lbmol De Dixido de Carbono. 073 Cuadro 14 Calor de reaccin del H2S en soluciones de DEA 074 Cuadro 15 Secuestrantes Lquidos Aplicados en la Planta San Joaqun 093 Cuadro 16 Formas de Fe, segn su Estado de Oxidacin 105

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INDICE de Figuras Pgina Figura 1 Endulzamiento por Absorcin de Gases 024 Figura 2 Estructura de las Aminas 025 Figura 3 Reaccin de Obtencin de la MEA 027 Figura 4 Frmula Estructura de la DGA 029 Figura 5 Obtencin Qumica de la DEA 030 Figura 6 Estructura Molecular de la DEA 030 Figura 7 Obtencin Qumica de la TEA 031 Figura 8 Estructura Molecular de la MDEA 031 Figura 9 Estructura Qumica de la DIPA 033 En la figura 10 se presenta un proceso de endulzamiento con aminas 034 Figura 11 Torres Contactoras y Recuperadores de Aminas 036 Figura 12 Separador Trifsico Utilizado en la Planta de Endulzamiento 037 Figura 13 Intercambiador de Calor y Torre de Regeneracin de Amina 039 Figura14 Filtros Mecnicos Utilizados en la Planta de Endulzamiento 040 Figura 15 Torre Absorberdora o Contactora 045 Figura 16 Proceso de Absorcin Qumica de Los Gases cidos 048 Figura 17 Cantidad extrada de Dixido de Carbono 051 Figura 18 Evaporacin de la MDEA en relacin a la temperatura 051 Figura 19 Diagrama de Flujo de una Planta de Endulzamiento de Aminas 055 Figura 20 Diagrama de Flujo de una Planta de Endulzamiento de Amina 059 Figura 21 Planta de Endulzamiento con MEA 060 Figura 22 Calor Especfico de una Solucin MEA- Agua 068 Figura 23 Absorcin de Gases cidos con Solventes Fsicos 075 Figura 24 Variacin del Consumo de Amina en funcin del tiempo 081 Figura 25 Estructura de los Tamices Moleculares: 087 Figura26 Lechos Slidos o Tamices Moleculares 089 Figura 27 Secuestrantes Slidos del Sulfuro de Hidrgeno 092 Figura 28 Secuestrante Lquido Triazina para el Sulfuro de Hidrgeno 093 Figura 29 Mecanismo de reaccin entre la triazina y el sulfuro de hidrgeno 094 Figura 30 Esquema de Corrosin del Hierro por Dixido de Carbono 103 Figura 31 Corrosin por Efecto Combinado de 02H y 20C 110

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Proceso de Endulzamiento del Gas Natural: Este proceso se refiere a la eliminacin de la corriente de gas natural a los elementos cidos, con el objetivo de dejar el gas dentro de la norma, sea para el transporte o para la comercializacin y distribucin, de tal forma que el gas cumpla con los requerimientos establecidos, tanto nacional como internacional, que representan la posibilidad de comercializacin del gas natural. Caracterizacin del Gas Natural El gas natural es por lo general una mezcla homognea, en proporciones variables de hidrocarburos parafnicos, denominados Alcanos, los cuales responden a la frmula: Alcanos = ( )NNNHC +2 (1) Donde (N) es el nmero de carbonos Los alcanos tienen por nombre, tambin Hidrocarburos Saturados, nombre que esta relacionado con la hibridacin ( )3sp .del carbono, lo que indica que tiene cuatro (4) orbitales hbridos. Este tipo de hibridacin hace referencia que debe de existir un enlace simple entre los carbonos, enlace difcil de romper, es por lo que reciben el nombre de saturados, a diferencia de los Alquenos y Alquinos, que tambin son parte de los hidrocarburos parafnicos, pero estos son hidrocarburos insaturados, ya que los Alquenos tienen hibridacin ( )2sp , por lo que hay un doble enlace entre los carbonos, y los Alquinos tienen hibridacin ( )sp , luego debe de haber un triple enlace entre carbono-carbono, y por lo tanto los alquenos y los alquinos son insaturados. Impurezas del gas natural: El gas natural tiene, tambin cantidades menores de gases inorgnicos, como el Nitrgeno ( )2N , el Dixido de Carbono ( )20C ; Sulfuro de Hidrgeno ( )SH 2 ; Monxido de Carbono (C0), Oxgeno ( )20 , Vapor de Agua ( )02H , etc. Todos estos componentes son considerados impurezas del gas natural., algunas de estas impurezas causan verdaderos problemas operacionales, como lo la corrosin en los equipos y en las tuberas de transporte, las principales impurezas del gas natural se presentan en el cuadro 1: Cuadro 1 Impurezas del Gas Natural Sulfuro de Hidrogeno (H2S) Disulfuro de Carbono (CS2) Dixido de Carbono (C02) Oxgeno (02) Nitrgeno (N2) Sulfuro de Carbonilo (C0S) Monxido de Carbono (C0) Mercaptanos (RSH) gua (H20) Mercurio (Hg) Todas las impurezas mostradas en el cuadro 1 hay que eliminar de la corriente de gas natural, de tal forma que se pueda comercializar dentro de la norma previamente establecida.

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El vapor de agua ( )02H es una de las impurezas ms comn en el gas natural y puede causar una serie de problemas operacionales, como por ejemplo interrupcin del flujo de gas o bloqueo de vlvulas e instrumentos por formacin de hidratos de gas, como tambin participa en la reduccin del valor calorfico del gas, y tambin causa corrosin interna en las instalaciones por accin entre el dixido de carbono u sulfuro de hidrgeno, los cuales reaccionan con el agua condensada. El Dixido de Carbono ( )20C Es un gas sin color, olor ni sabor que se encuentra presente en el gas natural No es txico, y desempea un importante papel en el ciclo del carbono Dada su presencia natural en la atmsfera y su falta de toxicidad, no se debera de considerar un componente que contamina el medio ambiente, pero es un gas que produce que produce efecto invernadero. Pero, hay que tener en cuenta, que en el caso del gas natural, la toxicidad o contaminacin del dixido de carbono esta relacionado fundamentalmente, con la reaccin que se produce entre el dixido de carbono y el agua, para formar sustancias corrosivas, como los carbonatos y bicarbonatos, por ejemplo. Efecto invernadero al efecto, que dentro de un invernadero la temperatura es ms alta que en el exterior, esto sucede porque entra ms energa de la que sale, por la misma estructura del invernadero, esto se realiza sin necesidad de emplear calefaccin para calentar el proceso. En el conjunto de la tierra se produce un efecto natural similar de retencin de calor gracias a que algunos gases atmosfricos. La temperatura media en la tierra es cercana a los 15C, y si la atmsfera no existiera sera de unos -18C. Se le llama efecto invernadero por la similitud, porque en realidad la accin fsica por la que se produce es totalmente distinta a la que sucede en el invernadero de plantas. El efecto invernadero se origina porque la energa del sol, al proceder de un cuerpo de muy elevada temperatura, esta formado por ondas de frecuencias altas que traspasan la atmsfera con gran facilidad. La energa remitida hacia el exterior, desde la tierra, al proceder de un cuerpo mucho ms fro, esta en forma de ondas de frecuencia ms bajas, y es absorbida por los gases con efecto invernadero. Esta retencin de energa hace que la temperatura sea ms alta, aunque hay que entender bien que, al final, en condiciones normales, es igual la cantidad de energa que llega a la tierra que la que esta emite. Si no fuera as, la temperatura del planeta habra ido aumentando continuamente, cosa que no ha sucedido. Luego, se puede sealar que el efecto invernadero provoca que la energa que llega a la tierra sea devuelta ms lentamente, porque es mantenida ms tiempo junto a la superficie y as se mantiene la elevacin de la temperatura. El dixido de carbono no es corrosivo si no hay presencia de agua, pero puede reaccionar con el oxgeno y el sulfuro de hidrgeno incrementando su accin corrosiva en las tuberas de transporte, tambin el dixido de carbono reduce el poder calorfico del gas natural, reduccin que esta relacionada con la dilucin volumtrica.

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El Acido Sulfhdrico o Sulfuro de Hidrgeno ( )SH 2 : Este es un gas contaminante presente en el gas natural, el cual representa una impureza que debe de eliminarse de la corriente de gas, eliminacin que debe de realizarse antes de que sea inyectado en el sistema de tubera, ya sean de transporte o distribucin. En la parte de salud, se tiene que tener en cuenta que los efectos a una exposicin de sustancias txicas dependen de la dosis, la duracin, la forma como se realice la exposicin, como tambin a los hbitos y caractersticas personales y de la presencia de otras sustancias qumicas. La exposicin a niveles bajos por periodos prolongados puede causar irritacin de los ojos, dolor de cabeza y fatiga. El sulfuro de hidrgeno ocurre naturalmente en el petrleo y gas natural, adems de gases volcnicos y manantiales de aguas termales. Tambin puede producirse como resultado de la degradacin bacteriana de la materia orgnica, y de las bacterias sulfato reductora, que se encuentran en el petrleo pesado y que bajo condiciones anaerbicas, pueden transformar los sulfatos en sulfuro de hidrgeno. Tambin se puede producir por actividad industrial. En el medio ambiente este componente se libera principalmente como gas y se dispersa en el aire. La literatura indica que su permanencia en la atmsfera es de 18 horas. Cuando se libera en forma de gas se convierte el Anhdrido Sulfrico ( )30S , para posteriormente convertirse en cido sulfrico ( )42 0SH , por lo que puede causar graves problemas operacionales, ya que el cido sulfrico interviene muy activamente en los procesos corrosivos. El Monxido de Carbono (CO): Este es un gas txico incoloro e inodoro. Es el producto de la combustin incompleta en condiciones de deficiencia de oxgeno. Si el oxgeno es suficiente, la combustin produce dixido de carbono (C02) de combustibles slidos, lquidos y gaseosos. Los artefactos domsticos alimentados con gas, petrleo, querosn, carbn o lea pueden producir monxido de carbono (CO). En cantidades excesivas. Si tales artefactos no estn debidamente instalados y mantenidos y no son correctamente utilizados, se puede acumular (CO), y este puede llegar a niveles peligrosos, e incluso letales, en automviles, casas o zonas con ventilacin deficiente. La exposicin de las personas a concentraciones importantes de monxido de carbono en el aire, puede suponer problemas importantes para la salud. El (CO) se combina rpidamente con la hemoglobina de la sangre, contenida en los glbulos rojos o eritrocitos, produciendo carboxihemoglobina la cual reduce, a veces a niveles fatales, la capacidad de transporte de oxgeno de los pulmones a las clulas del organismo. La funcin normal de la hemoglobina es transportar el oxgeno de los pulmones a las clulas y recoger el (C02) para evacuarlo por los pulmones. A bajos niveles (200 ppm, V) durante 3 horas o 400 ppm, V durante 1 hora), el CO puede causar falta de aliento, nusea y mareos ligeros y puede afectar la salud despus de un tiempo

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A niveles moderados (500 ppm,V) durante 1 hora o 1000 ppm; V durante 30 minutos) el (CO) puede causar dolores de cabeza, mareos, confusin mental, nusea o desmayos, pero puede causar la muerte si estos niveles, aunque moderados, se respiran durante mucho tiempo. Se considera que el (C0) es un contaminante primario. Alrededor del 90% del monxido de carbono que existe en la atmsfera se forma de manera natural, sobretodo en la oxidacin del Metano, mientras que en las reacciones fotoqumicas, se va eliminado por su oxidacin con el dixido de carbono. La actividad humana genera grandes cantidades, siendo despus del dixido de carbono el contaminante emitido en mayor cantidad por causas naturales. El Nitrgeno ( )2N Este elemento se encuentra presente en el gas natural que ocasiona una reduccin en su valor calorfico, en grandes concentraciones genera la formacin de xidos de Nitrgeno ( )XN0 al momento de la combustin misma, lo que puede conducir a la formacin de Ozono ( )30 en la atmsfera y resultan en compuestos contaminantes Los xidos de nitrgeno se producen en la combustin al combinarse radicales de nitrgeno, procedentes del propio combustible o bien, del propio aire, con el oxigeno de la combustin. Este fenmeno tiene lugar en reacciones de elevada temperatura, especialmente procesos industriales y en motores alternativos, alcanzndole proporciones del 95-98% de Oxido de Ntrico (NO) y del 2-5% de Dixido de Nitrgeno ( )20N . Dichos xidos, por su carcter cido contribuyen, junto con el Dixido de Azufre ( )20S a la lluvia cida, ya que si se juntan con el agua puede formar sus cidos, tambin participan en la formacin del "smog" (trmino anglosajn que se refiere a la mezcla de humedad y humo que se produce en invierno sobre las grandes ciudades). La naturaleza del gas (su combustin tiene lugar en fase gaseosa) permite alcanzar una mezcla mas perfecta con el aire de combustin lo que conduce a combustiones completas y ms eficientes, con un menor exceso de aire. La propia composicin del gas natural genera dos veces menos emisiones de (NOx) que el carbn y 2,5 veces menos que el fuel-oil. Las modernas instalaciones tienen a reducir las emisiones actuando sobre la temperatura, concentracin de nitrgeno y tiempos de residencia o eliminndolo una vez formado mediante dispositivos de reduccin cataltica. El xido ntrico (NO) y el dixido de nitrgeno (NO2) se suelen considerar en conjunto con la denominacin de (NOx) Son contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas de contaminacin. El emitido en ms cantidad es el (NO), pero sufre una rpida oxidacin a (NO2), siendo este el que predomina en la atmsfera. El. (NOx) tiene una vida corta y se oxida rpidamente a Nitrato ( )30N en forma de aerosol o a Acido Ntrico (HNO3) Tiene una gran trascendencia en la formacin del smog fotoqumico, del nitrato de peroxiacetilo (PAN) e influye en las reacciones de formacin y destruccin del ozono, tanto troposfrico como

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estratosfrico, as como en el fenmeno de la lluvia cida. En concentraciones altas produce daos a la salud y a las plantas y corroe tejidos y materiales diversos. Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas. El Oxido Nitroso (N2O) En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 aos. Va desapareciendo en la estratosfera en reacciones fotoqumicas que pueden tener influencia en la destruccin de la capa de ozono. Tambin tiene efecto invernadero Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesos microbiolgicos en el suelo y en los ocanos) y menos de actividades agrcolas y ganaderas (alrededor del 10% del total).Algunos otros gases como el amoniaco (NH3) son contaminantes primarios, pero normalmente sus bajos niveles de emisin hacen que no alcancen concentraciones dainas. Disulfuro de Carbono ( )2CS : En estado puro es un lquido incoloro, es un compuesto voltil y muy fcilmente inflamable. Tiene un color caracterstico que empeora si esta impuro, se hidroliza en forma parcial o total liberando sulfuro de hidrgeno. Se mezcla completamente con la mayor parte de los disolventes orgnicos. Se obtiene por reaccin directa de los elementos azufre y carbono a una temperatura de 800 a 1000C, tambin se forma en algunos en condiciones anaerbicas. La exposicin prolongada de vapores de este componente, lleva a sntomas de intoxicacin, que puede llevar al individuo hasta el desmayo total. La intoxicacin crnica produce fuertes dolores de cabeza, como tambin la prdida del sueo. Es un compuestos con alto grado de toxicidad, en la industria de los hidrocarburos participa en forma activa, en la gran mayora de los proceso de corrosin, causando un grave problema de impacto ambiental. El disulfuro de carbono impuro que generalmente se usa en la mayora de los procesos industriales es un lquido amarillento. Este componente se evapora a temperatura ambiente, y el vapor es ms de dos veces ms pesado que el aire. Explota fcilmente en el aire y tambin se enciende con mucha facilidad. En la naturaleza, pequeas cantidades del compuesto ocurren en gases liberados a la superficie terrestre, como por ejemplo erupciones volcnicas o sobre pantanos. La cantidad del compuesto que se libera al aire a travs de procesos naturales es difcil de estimar, el mismo se evapora rpidamente al ser liberado al medio ambiente, y permanece disuelto en aguas durante mucho tiempo. A niveles muy altos el disulfuro de carbono puede ser fatal debido a sus efectos sobre l sistema nervioso. Los Mercaptanos ( ( ))RHS Estos son compuesto orgnico que contiene el grupo ( )HS , llamado grupo (tiol) o Sulfhidrilo). Los mercaptanos son anlogos de los alcoholes y los fenoles. En los mercaptanos el grupo ( )SH ha sido sustituido. Los mercaptanos son compuestos que tienen su origen en los compuestos

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azufrados, tambin reciben el nombre de tioles. Estos, componentes suelen desarrollarse a partir del sulfuro de hidrgeno. El sulfuro de hidrgeno se produce en forma natural, ahora si no se establecen claramente las cantidades necesarias, en lugar de producir sulfuro de hidrgeno se puede obtener un mercaptano El Mercurio (Hg) es un metal brillante color plata, que a temperatura ambiente se encuentra en estado lquido: su temperatura de fusin es de (38, 9C) y su temperatura de ebullicin es 357,3C. Su peso especfico es 13,6 g/cm3 (0C). Mercurio metlico debido a su alta presin de vapor (163 x 10-3 Pa), evapora fcilmente a temperatura ambiental: a 20C su concentracin en el aire puede alcanzar hasta 0,014 g/m3, y a 100C hasta 2,4 g/m3. Generalmente se habla de vapor de mercurio cuando el mercurio elemental se encuentra presente en la atmsfera o de mercurio metlico cuando est en su forma lquida. Un gran nmero de metales, y mayormente oro y plata, forman aleaciones con el mercurio metlico, que se denominan amalgamas. Esta propiedad lo hace atractivo para la recuperacin de oro en la pequea minera aurfera El mercurio metlico se disuelve fcilmente en cido ntrico, y agua regia (3 volmenes de HCl + un volumen de

30HN ) El mercurio metlico tambin se

disuelve en cidos orgnicos. Los cationes de (Hg) reaccionan fcilmente con compuestos biolgicamente importantes, especialmente con grupos de sulfatos hdricos La alta toxicidad de algunos compuestos orgnicos de mercurio y su incontrolable comportamiento en el ecosistema han llamado la atencin de los profesionales en salud y ecologa. El Oxgeno ( )20 Es un elemento gaseoso ligeramente magntico, incoloro, inodoro e inspido. El oxgeno es el elemento ms abundante en la Tierra Lavoisier demostr que era un gas elemental realizando sus experimentos clsicos sobre la combustin. El oxgeno gaseoso se condensa formando un lquido azul plido fuertemente magntico. El oxgeno slido de color azul plido se obtiene comprimiendo el lquido. El oxgeno constituye el 21% en volumen o el 23,15% en masa de la atmsfera, el 85,8% en masa de los ocanos. El oxgeno representa un 60% del cuerpo humano. Se encuentra en todos los tejidos vivos. Casi todas las plantas y animales, incluyendo los seres humanos, requieren oxgeno, ya sea en estado libre o combinado, para mantenerse con vida Se conocen tres formas estructurales del oxgeno: el oxgeno ordinario, que contiene dos tomos por molcula y cuya frmula es ( )20 el ozono, que contiene tres tomos por molcula y cuya frmula es ( )30 y una forma no magntica azul plida, el ( )40 que contiene cuatro tomos por molcula, y se descompone fcilmente en oxgeno ordinario. Se conocen tres istopos estables del oxgeno: el oxgeno 16 (de masa atmica 16) es el ms abundante. Representa un 99,76% del oxgeno ordinario y se utiliz en la determinacin de las masas atmicas hasta la dcada de 1960 El oxgeno est presente en muchos compuestos orgnicos e inorgnicos. Forma compuestos llamados xidos con casi todos los elementos

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qumicos. La reaccin qumica en la cual se forma el xido se llama oxidacin. La velocidad de la reaccin vara segn los elementos. La combustin ordinaria es una forma de oxidacin muy rpida. En la combustin espontnea, el calor desarrollado por la reaccin de oxidacin es suficientemente grande para elevar la temperatura de la sustancia hasta el punto de producir llamas. Por ejemplo, el fsforo combina tan vigorosamente con el oxgeno, que el calor liberado en la reaccin hace que el fsforo se funda y arda. Algunas sustancias finamente divididas presentan un rea tan grande de superficie al aire, que arden formando llamas por combustin espontnea; a stas se las llama sustancias pirofricas. El aire enriquecido con oxgeno se utiliza para fabricar acero en los hornos de hogar abierto. El oxgeno de gran pureza se utiliza en las industrias de fabricacin de metal. Es muy importante como lquido propulsor en los misiles teledirigidos y en los cohetes. El oxgeno participa en forma activa en la gran mayora de las reacciones de oxido- reduccin, como aceptor de electrones universal, es por ello que en la mayora de los compuestos qumicos el Oxgeno tiene un estado de oxidacin de (-2) Cuando el oxgeno no esta presente, se dice que el proceso se realiza en forma anaerbica, mientras que si esta presentes las condicione son aerbicas. El Sulfuro de Carbonilo ( )COS : Este es un componente extremadamente txico, es extremadamente inflamable: puede actual principalmente sobre el sistema nervioso central, lo que produce la muerte como consecuencia de la parlisis respiratoria. La exposicin al fuego del sulfuro de carbonilo puede causar la rotura o explosin de los recipientes que lo contienen. Clasificacin del Gas Natural En funcin de la Composicin; Siendo la composicin del gas natural un parmetro de gran importancia, se utiliza para la clasificacin del mismo y queda una clasificacin del gas natural, como cido o dulce. Gas cido Se asumen que los gases cidos el Sulfuro de Hidrgeno y/o Dixido de Carbono presentes en el gas natural o extrados de otras corrientes gaseosas. En algunos sitios el trmino gas cido es el residuo resultante de despojar el gas natural de los componentes cidos. Normalmente, est formado por dixido de carbono, sulfuro de hidrgeno y vapor de agua en altas concentraciones. Tambin se le llama gas de cola. Para varios autores el trmino gas cido esta relacionado o es aquel que contiene una cantidad apreciable de sulfuro de hidrgeno o de mercaptanos. Se usa para calificar la presencia de dixido de carbono en el gas conjuntamente con el sulfuro de hidrgeno. Las normas CSA, especficamente la 2.184 para tuberas, definen un gas cido como aquel con ms de un grano de SH 2 /100 pies cbicos normales de gas por

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hora, lo cual es igual a 16 ppm. (1 gramo = 15,43 granos). Por el contrario, el gas dulce es el que contiene solamente 4.0 ppmv de sulfuro de hidrgeno. Gas de Cola: aquel con un contenido muy alto de componentes cidos que se retira en la torre de enfriamiento de una planta de endulzamiento. Usualmente, est formado por Dixido de Carbono, Sulfuro de Hidrgeno y vapor de agua. Luego un gas cido es un gas .cuyo contenido de sulfuro de hidrgeno (H2S) es mayor que 0,25 granos por cada 100 pies cbicos normales de gas por hora (> de 0,25 granos/100 PCNH). En este caso las condiciones normales estn en el Sistema Britnico de Unidades La cantidad sealada equivale a cuatro partes por milln, en base al volumen (4 ppm,V de H2S. En el Sistema Britnico de Unidades este significa, que hay 4 lbmol de H2S/1x10

6 lbmol de mezcla. La GPSA, define a un gas cido como aquel que posee ms de 1,0 grano/100 PCN o 16 ppm,V de Sulfuro de Hidrgeno (H2S). Si el gas esta destinado para ser utilizado como combustible para rehervidores, calentadores de fuego directo o para motores de compresores puede aceptarse hasta 10 granos de H2S/100 PCN. La norma 2.184 vlida para tuberas de gas, define a un gas cido como aquel que contiene ms de 1 grano de H2S/100 PCN de gas, lo cual equivale a 16 ppm,V de (H2S). La GPSA define la calidad de un gas para ser transportado como aquel que tiene igual o menos de 4ppm, V de sulfuro de hidrgeno ( 4 ppm, V de (H2S) y, menos o igual al tres por ciento molar de Dixido de Carbono (;< 3% de (C02), y adems tiene que tener igual o menos a 7 libras de agua por cada milln de pies cbicos normales de gas ( 7 lb de (H20)/ MMPCN. Para cumplir con la norma el gas debe de ser deshidratado y/o endulzado. Otros Gases de Reaccin cida: Existen tambin otros gases de naturaleza cida, como son por ejemplo: a- El Sulfuro de Carbonilo (C0S). Este es un compuesto inestable, corrosivo y txico, que se descompone en (H2S +C02), es de alta peligrosidad por sus propiedades inflamatorias que posee. b.- Los Mercaptanos, los cuales se pueden representar a travs de la siguiente frmula (RSH), son compuestos inestables y de alto grado de corrosin, en muchos casos reaccionan con algunos solventes, descomponindolos. Los compuestos ms comunes de los mercaptanos son el metil y el etilmercaptano, son reconocibles por su olor y el alto poder corrosivo. Adems tienen la habilidad de reaccionar con los solventes descomponindoles, disminuyendo con ellos la eficiencia del proceso donde el solvente, esta siendo utilizado c.- Los Disulfuros de frmula general (RS2), entre los cuales se encuentra el disulfuro de carbono (CS2), son compuesto metaestables de baja estabilidad, y

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que pueden cuasar graves problemas al medio ambiente, si estn presentes en cantidades mayores a las manejables. d .- Disulfuro de Carbono (CS2). Este componente sin tomar en cuenta que participa en las reacciones de corrosin es tambin altamente txico para los. seres humanos, como es tambin altamente nocivo para el medio ambiente, por lo que hay extremar las precauciones cuando se trabaja con este componente, ya que puede causar graves problemas de salud, y/o ambiental. Definicin de cido. Los gases cidos, son llamados de esta forma , porque se supone que con el agua forman cidos, y se les denomina Gas de Cola Quizs para comprender la definicin de gas cido habra que definir lo que se considera un componente cido, para eso se tienen las definiciones de: a.- Arrhenius, para el cual: cido es toda especie qumica, que en solucin acuosa produce hidrogeniones (H+) o (hidronio (H30

+). Un cido fuerte es aquella especie qumica que con mayor facilidad produce hidrogeniones. Esta aplicacin se ve demostrada en la reaccin del Dixido de Carbono y el Agua. b.- Bronsted y Lowry: cido es toda especie qumica, capaz de donar un protn. Luego un cido fuerte es aquel que con mayor facilidad dona un protn c.- Lewis: cido es toda especie qumica capaz de aceptar un par de electrones un cido fuerte es aquel que con mayor facilidad acepta un par de electrones. Fundamentado en estas definiciones se puede saber l porque algunas de las impurezas del gas natural son de carcter cido. En este caso la definicin de gas cido se refiere a la presencia de Sulfuro de Hidrgeno (H2S) y Dixido de Carbono (C02). Otros componentes de naturaleza cida son el Sulfuro de Carbonillo (COS), el cual es un compuesto inestable corrosivo y txico, que por lo general se descompone en (H2S) y (C02). Consecuencia de la Presencia De Gases cidos: Una de las principales consecuencia de la presencia de los gases cidos en el gas natural es la corrosin. Proceso, que ocurre principalmente por la presencia de sulfuro de hidrgeno (H2S), y dixido de carbono (C02). Adems de la presencia de agua (H20). Estos componentes provocan corrosin dentro de cualquier instalacin. Sobre todo si es una tubera de acero, en la cual predomina el hierro en forma metlica (Fe). Esta no es la forma natural del hierro, tal como las formas naturales son la Ferrosa (Fe+2) y Frrica (Fe+3). Luego como es natural al buscar el hierro su forma natural se produce corrosin, reaccin que es catalizada, por la presencia de gases cidos y agua, que forman productos altamente corrosivos. En general, se puede sealar que las corrientes con alta relacin de H2S/C02 son menos corrosivas que las relaciones menores. La temperatura del proceso y la alta concentracin del H2S hacen que la velocidad de la reaccin de corrosin sea alta. La remocin del (H2S), mediante el proceso de endulzamiento, se hace

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necesaria para reducir la corrosin en las instalaciones de manejo, procesamiento y transporte de gas. Por otra parte, la naturaleza txica de este contaminante obliga a eliminarlo por razones de seguridad para la salud y el medio ambiente, como tambin por la importancia de recuperar el Azufre. Procesamiento del Gas Natural: El procesamiento del gas natural consiste principalmente en La eliminacin de compuestos cidos, tales como Sulfuro de Hidrgeno, para lo cual se usan tecnologas que se basan en sistemas de absorcin - agotamiento utilizando un solvente selectivo. El gas alimentado se denomina amargo, el producto gas dulce y el proceso se conoce como endulzamiento. Eliminacin de las Impurezas del Gas Natural: Las corrientes de gas natural poseen, impurezas o contaminantes Estas sustancias son muy indeseables y deben eliminarse de la corriente del gas natural antes de su comercializacin. Las Normas de Calidad del gas. Los procesos para eliminar las sustancias cidas del gas natural se conocen como procesos de endulzamiento del gas natural, y se realizan utilizando algn absorbente de las sustancias cidas. Estos procesos deben lograr que las corrientes de gases tratadas cumplan con las Normas de Calidad del gas natural comercial en cuanto al contenido de CO2 y, deben cumplir con la economa del proceso; es decir, que la sustancia absorbente usada pueda ser recuperada y reutilizada en circuito cerrado. Las principales razones para remover los contaminantes del gas natural son: a.- Seguridad del proceso que se realiza b.- Control del proceso de corrosin c.- Especificaciones de los productos producidos en un proceso d.-Impedir la formacin de hidratos e.-Disminuir los costos del proceso de compresin f.-Satisfacer las normas de gestin ambiental y g.-Evitar el envenenamiento de los catalizadores . Proceso de Endulzamiento del Gas Natural Este proceso tiene como objetivo la eliminacin de los componentes cidos del gas natural, en especial el Sulfuro de Hidrgeno (H2S) y Dixido de Carbono (C02). Aunque, otros componentes cidos como lo son el Sulfuro de Carbonillo (C0S) y el Disulfuro de Carbono (CS2), son de gran importancia debido a su tendencia a daar las soluciones qumicas que se utilizan para endulzar el gas. Adems, por lo general, estos componentes, no se reportan dentro de la composicin del gas que se tratar. Luego como es lgico esto es de alto riesgo para los procesos industriales de endulzamiento, en vista que si hay una alta concentracin de estos elementos, es muy posible que el

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proceso de endulzamiento no sea efectivo, ya que estos compuestos pueden alterar el normal proceso de los endulzadotes o sustancias que eliminan los gases cidos de la corriente de gas natural. El trmino endulzamiento es una traduccin directa del ingls, en espaol el trmino correcto debera de ser desacidificacin Para que el proceso de endulzamiento del gas natural, tenga un alto grado de eficiencia, se debe comenzar por analizar la materia prima que se va a tratar. De hecho el contenido de las impurezas forma parte de los conocimientos que se deben dominar a la perfeccin para entender y hacerle seguimiento a los diseos. Por ello se insiste en la tenencia del conocimiento inherente al contenido de agua, dixido de carbono y sulfuro de hidrgeno, en primera instancia. El agua interviene muy fuertemente en la composicin del gas y en la concentracin de las soluciones que se utilizan en los sistemas de amina; de la misma manera, los gases cidos, deben ser considerados en el gas de alimentacin y en el gas tratado. La diferencia molar de ambas condiciones establece la cantidad de gas cido que se va a extraer y que lgicamente define el diseo de los equipos y el proceso que se deba a utilizar, en el endulzamiento, de tal forma que sea efectivo, de fcil aplicabilidad y adems econmico. El proceso de endulzamiento data, desde hace muchos aos. Y, en la actualidad se dispone de procesos altamente especficos, con solventes y aditivos complejos, que hacen que el endulzamiento sea de una gran eficiencia, en vista que muchos otros procesos del gas depende de este, luego el proceso de endulzamiento se debe realiza en forma eficiente, todos los otros ..El proceso de endulzamiento se puede realizar a travs de a.- Absorcin de los Gases cidos: Este proceso se realiza a travs de solventes qumicos, fsicos y mixtos b.- Endulzamiento a Travs de los Lechos Slidos: Aqu para la eliminacin de los gases cidos se utilizan los Tamices Moleculares, las Esponjas de Hierro, SULFATREAT y El Oxido de Cinc c.- Conversin Directa: d.- Secuestrantes Qumicos: e.- Utilizacin de Membrana f.- Destilacin Extractiva a.- Procesos de Absorcin. Se entiende por absorcin a la operacin unitaria en la que la transferencia de masa tiene lugar de la fase de vapor a la fase lquida, este es por lo general lo que ocurre, aunque no es siempre, es que el proceso de absorcin designa una operacin en la cual el lquido se suministra como corriente separada e independiente del vapor a tratar. Por absorcin tambin se entiende al

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proceso de retencin de gases o vapores por lquidos, de una sustancia por otra Lquido. b.- Utilizacin de Lechos Slidos: Un lecho slido es un conjunto de productos slidos (mallas moleculares, slica, almina) utilizados en la industria del gas. Tambin se puede utilizar el trmino Lecho Seco, que es un material que no utiliza lquidos, por ejemplo las esponjas de hierro, que se utilizan para retener el sulfuro de la corriente de gas natural. Todos estos componentes desarrollan el proceso de endulzamiento a travs del proceso de adsorcin Procesos de Adsorcin La adsorcin es la operacin unitaria que se realiza al poner en contacto un slido con una mezcla fluida. Las condiciones en que se produce el contacto son tales que una parte del fluido resulta adsorbida por la superficie del slido, con los que composicin del fluido no adsorbida resultada alterada. La adsorcin tambin se define como la accin de adsorber. Que se adhiere a la superficie del slido adsorbente. En los productos, como la slica, almina y mallas moleculares, una pequea cantidad del slido tiene una gran superficie de contacto. Propiedad mediante la cual un componente se adhiere a la superficie de otro y se separa de su original. Por adsorcin se entiende tambin como la remocin de ciertos componentes de la corriente de gas que incluye, pero que no se limita a, uno o ms de los siguientes componentes: gases cidos, agua, vapor o vapores de hidrocarburos, los cuales son adsorbidos en una camada granular de slidos debido a la atraccin molecular hacia el adsorbente. Propiedad de reaccionar, ocultar o producir reacciones qumicas sobre superficies metlicas, reacciones que permiten eliminar sustancias, que no se desean que permanezcan en la corriente de gas, por ejemplo. La adsorcin es un fenmeno de superficie exhibido por un slido (adsorbente) que le permite contener o concentrar gases, lquidos o sustancias disueltas (adsortivo) sobre su superficie. Esta propiedad es debida a la adhesin. En la Adsorcin. La corriente de gas natural hace contacto con sustancia slidas que tienen propiedades adsorbentes, las cuales se encuentran empacados dentro de las torres adsorbedoras reteniendo selectivamente las molculas de los gases cidos del gas tratado. La regeneracin de los lechos secos se realiza mediante la aplicacin de calor. El proceso de endulzamiento a travs de la adsorcin, por lo general es utilizado en gases donde la presin parcial de los componentes cidos es baja. En el comercio existen varios tipos de tamices de lecho slido y tienen diferentes afinidades para varios componentes. En general el orden de adsorcin es agua; H2S y C02.Para la remocin de H2S y C02, el agua debe removerse inicialmente resultando lechos de adsorcin separados. La regeneracin de los lechos permite la remocin del agua y su posterior condensacin, reciclando el gas de regeneracin del proceso, mientras que el agua tambin se puede recuperar y volver a utilizar.

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c.- Procesos de Conversin Directa. Se refiere a la transformacin del sulfuro de hidrgeno en azufre elemental a partir de los gases de cola, este proceso es de gran importancia, ya que permite obtener azufre, en forma natural, el cual despus es utilizado para la formacin de Acido Sulfrico y compuestos petroqumico, que son de gran utilidad prctica, y lo ms importante es que se estn utilizando las impurezas del gas natural, en sentido productivo. d.- Utilizacin de Secuestrantes La eliminacin de los gases cidos de la corriente de natural, se puede realizar utilizando secuestrantes qumicos, como la triazina, y otros componentes. e.- Remocin con Membranas Se refiere a la remocin del gas cido por membranas, proceso que ocurre cuando el gas es retirado de una corriente, en este caso retiras los gases cidos de la corriente de gas natural. f.- Destilacin Extractiva: La destilacin extractiva es un proceso de vaporizacin parcial en presencia de un agente de separacin, no voltil y de alto punto de ebullicin que generalmente se denomina solvente o agente de separacin, el cual se adiciona a la mezcla, de tal forma de alterar su volatilidad relativa del componente. El principio que aprovecha la destilacin extractiva se basa en la introduccin de un solvente selectivo que interacta de diferente forma con cada uno de los componentes de la mezcla original y generalmente muestra una afinidad fuerte por uno de los componentes claves. Lo que significa que este tipo de destilacin se puede utilizar para eliminar los gases cidos de la corriente de gas natural. Seleccin de un Proceso de Endulzamiento: Los factores ha considerar para la seleccin de un proceso de endulzamiento de gas natural: a.- Regulaciones de gases cidos en el medio ambiente: En este se refiere a las cantidad de gases cidos permitidas en le medio ambiente b.- Tipo y concentracin de las impurezas en el gas cido c.- Espeficaciones en el gas residual o gas dulce d.- temperatura y presin del gas cido y del gas dulce e.- Caudal del a tratar f.- Proceso de Corrosin g.- Requerimientos de selectividad h.- Costos de operacin del proceso de endulzamiento i.- Especificaciones de los productos lquidos

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Endulzamiento del Gas Natural a travs del Proceso de Absorcin El proceso de Absorcin se define como La penetracin o desaparicin aparente de molculas o iones de una o ms sustancias en el interior de un slido o lquido. La absorcin es un proceso para separar mezclas en sus constituyentes, aprovechando la ventaja de que algunos componentes son fcilmente absorbidos Este es un proceso, en donde un lquido es capaz de absorber una sustancia gaseosa. En el caso del endulzamiento de gas natural, el proceso de absorcin se realiza utilizando solventes qumicos, fsicos, hbridos o mixtos. La utilizacin de solventes qumicos involucra una reaccin qumica entre el gas cido a ser removido y la sustancia que se esta utilizando en la absorcin, la cual puede tener la propiedad de reaccionar qumicamente o no con el gas cido, lo que hace la mayor diferenciacin del proceso en si. Endulzamiento del Gas Natural a travs de la Absorcin de Gases: Para el endulzamiento de gas natural, a travs del proceso de absorcin de gases, se debe de tener en cuenta, primeramente las condiciones del gas a tratar, lo que implica Concentracin de impurezas; Temperatura y presin disponible.; Volumen de gas a procesar; Composicin de Hidrocarburos.; Selectividad de los gases cidos por mover; Especificaciones del gas cido residual. Todos estos parmetros tienen que estar claramente establecidos. El proceso de endulzamiento a travs de la absorcin de gases se puede clasificar de acuerdo al tipo de reaccin que presente: a.- Reaccin Qumica (proceso con Aminas) b.- Reaccin Fsicas (Solventes Fsicos) c.- Reaccin Combinada de ambas (Solventes Mixtos) La selectividad de un agente endulzamiento es una medida del grado en la que el contaminante se elimina en relacin a otros. En la figura 1 se presenta un esquema del endulzamiento del gas natural a travs del proceso de absorcin, con solventes qumicos, fsicos y mixtos, todos dentro del mismo proceso de absorcin de gases cidos. Figura 1 Endulzamiento del Gas Natural a travs del Proceso de Absorcin de Gases:

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Proceso de Absorcin de Gases con Solventes Qumicos En este proceso los componentes cidos del gas natural reaccionan qumicamente con un componente activo en solucin, que circula dentro del sistema. El producto de la reaccin qumica produce compuestos inestables, los cuales se pueden descomponer en sus integrantes originales mediante la aplicacin de calor y/o disminucin de la presin de operacin del sistema, con lo cual se liberan los gases cidos y se regenera el solvente, el cual se hace recircular a la unidad de absorcin, donde se puede recuperar la amina, para ser nuevamente utilizada. El componente activo del solvente puede ser una alcanolamina o una solucin bsica. En general los solventes qumicos presentan alta eficiencia en la eliminacin de los gases cidos, aun cuando se trate de un gas de alimentacin con baja presin parcial de C02. Dentro de las principales desventajas se tiene la alta demanda de energa, la naturaleza corrosiva de las soluciones y la limitada carga de gas cido en solucin, tal como, las reacciones qumicas son reguladas por la estequiometra de la reaccin. Uno de los solventes de mayor utilidad en la absorcin de gas, a travs de solventes qumicos, son las aminas, que son compuestos orgnicos fundamentalmente polares, y que la mayora de ellas pueden formar puentes de hidrgeno, por lo que tendrs puntos de ebullicin mayores o otros compuestos de igual peso molecular, luego habr que tener claramente establecido este efecto, a la hora de hacer una evaluacin de la efectividad y rentabilidad del proceso. Propiedades de las Aminas: Las aminas son compuestos orgnicos derivados del Amoniaco ( )3NH , y son productos de la sustitucin de los hidrgenos que componen el amoniaco por sus grupos alguilo o arilos ( )3CH . Las aminas se clasifican de acuerdo al nmero de sustituyentes unidos al nitrgeno, luego existen las aminas primarias, secundarias y terciaria En la figura 2 se presenta una forma esquemtica la estructura del amoniaco y de las aminas primaria, secundaria y terciaria Figura 2 Estructura de las Aminas

Amoniaco

Amina primaria

Amina secundaria

Amina terciaria

En la figura 2 se observa que en la amina primara ha sido reemplazo un hidrgeno de amoniaco por un grupo alquilo El grupo alquilo ( )+3CH se simboliza como (R) que estn unidos al nitrgeno. La metilamina o aminometano es una de las principales aminas primarias ( )23NHCH

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Ahora, si dos Grupos alquilo han reemplazo a dos hidrgenos en la molcula de amoniaco, corresponde a una Amina Secundaria Es necesario hacer resaltar que los grupos alquilos no necesariamente tienen que iguales, en cuanto al nmero de carbonos e hidrgeno, por ejemplo e tiene la amina secundaria Dimetilamina o Metilaminometano ( )33 CHNHCH o la amina secundaria Etil- propil- aminapropano ( )32223 _ CHCHCHNHCHCH . Si, tal como se observa en la figura 2 se han reemplazado todos los hidrgenos en la molcula de amoniaco En este caso habr una Amina Terciaria, igualmente no necesarios los grupos tiene que ser iguales, luego se tiene por ejemplo una amina terciaria denominada trimetilamina o dimetilaminametano Es necesario tener en cuenta, que debido a que el Nitrgeno tiene un par electrnico libre, puede formar compuestos tetrasustituidos, donde el tomo de Nitrgeno queda cargado positivamente, y se les conoce como amina cuaternarias. Las aminas, son ampliamente utilizadas en la industria petrolera, en vista que son varios los procesos, donde estos componentes se utilizan. Todas las Aminas son compuestos muy polares. Las aminas primarias y secundarias pueden formar puentes de hidrgeno, las aminas terciarias puras no, pero si los pueden aceptar Es importante hacer notar que la denominacin de Amina Primaria, Secundaria y Tercera se refiere al nmero de sustituyentes que tiene el tomo de nitrgeno y no como en el caso de los alcoholes que se refiere al tipo de carbono sobre el cual se encuentra. En el caso de los alcoholes se tiene; alcoholes primarios si l (OH) est sobre un carbono primario, alcohol secundario si se encuentra sobre un carbono secundario y alcohol terciario si est sobre un carbono terciario. Luego para el caso de las aminas. Resultan tres clases diferentes de aminas llamadas Aminas Primarias, Secundarias y Terciarias, todas son de utilidad en el proceso de endulzamiento. Propiedades Fsicas de Las Aminas: Las aminas son compuestos incoloros que se oxidan con facilidad lo que permite que se encuentren como compuestos coloreados. Los primeros miembros de esta serie son gases con olor similar al amoniaco. A medida que aumenta el nmero de tomos de carbono en la molcula, el olor se hace similar al del pescado. Las aminas aromticas son muy txicas se absorben a travs de la piel. Las aminas primarias y secundarias son compuestos polares, capaces de formar puentes de hidrgeno entre si y con el agua, esto las hace solubles en agua. La solubilidad disminuye en las molculas con ms de 6 tomos de carbono y en las que poseen el anillo aromtico. El punto de ebullicin de las aminas es ms alto que el de los compuestos no polares que presentan el mismo peso molecular de las aminas. El Nitrgeno es menos electronegativo que el Oxgeno, esto hace que los puentes de hidrgeno entre las aminas se den en menor grado que en los alcoholes. Esto hace que el punto de ebullicin de las aminas sea ms bajo que el de los alcoholes del mismo peso molecular.

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Las aminas se comportan como bases. Cuando una amina se disuelve en agua, acepta un protn formando un in alquil- amonio. Para diferenciar las aminas unas de otras en el laboratorio se hace reaccionar con una solucin de nitrito de sodio y cido clorhdrico, esto da origen a cido nitroso inestable. Cada tipo, tipo de amina tendr un comportamiento diferente ante la presencia de estos reactivos Tipos de Aminas que se utilizan en la absorcin de gases cidos: Las Aminas que se utilizan en el proceso de endulzamiento son: a. La Monoetanolamina (MEA) La MEA es la ms sencilla de las etanolaminas y se produce por la reaccin directa del amoniaco con xido de etileno, tal como se muestra en la figura 3: Figura 3 Reaccin de Obtencin de la MEA

Las etanolaminas se pueden utilizar para tratamientos de gases naturales y gas residual de petrleo en la absorcin de dixido de carbono. En sistemas de gases conteniendo dixido de carbono. La MEA se puede ser utilizadas como absorbedor selectivo, por lo que es de gran utilidad para la eliminacin de la corriente del gas natural, el componentes que se quiere eliminar, sin causar problemas operacionales a los otros componentes, que no se quiere eliminar de la corriente. La MEA es una amina primaria, es un lquido de color claro, transparente e higroscpico con ligero olor amoniacal, cuya formula qumica es ( )222 NHCHHOCH La (MEA) es la ms reactiva de las Etanolaminas, y adems es la base ms fuerte de todas las aminas. La MEA ha tenido un uso difundido especialmente en concentraciones bajas de gas cido. Tiene un peso molecular de 61,08 Unidades de Masa Atmica (UMA). Ahora si esta trabajando en el Sistema Britnico de Unidades, las unidades sern (lb/lbmol). Este peso molecular se considera pequeo, es por ello, que la MEA tiene la mayor capacidad de transporte para los gases cidos Esto significa menor tasa de circulacin de la MEA para remover una determinada concentracin de los gases cidos, de un gas de alimentacin. La MEA, se usa preferiblemente en procesos no selectivos de remocin del CO2 y del H2S, aunque algunas impurezas, tales como: el COS, CS2 y el oxgeno, tienden a degradar la solucin, por lo cual no se recomienda en esos casos. Por medio de la MEA se pueden lograr bajas concentraciones de CO2, alrededor de 4-5% molar, pero tiene problemas con la corrosin y con la formacin de espumas. El porcentaje por peso de MEA en la solucin se limita al 15%. Por esta razn se requiere de grandes cantidades de calor de solucin en el sistema.

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La MEA es una base fuerte y ha tenido un uso difundido especialmente cuando la concentracin del gas acido es pequea. Por su bajo peso molecular tiene la mayor capacidad de transporte para gases cidos con base a peso o volumen, lo que se traduce a mayor tasa de circulacin de amina para remover determinada cantidad de gases cidos. La presin de vapor de la MEA es mayor que para las otras aminas (DIPA, MDEA, DEA, entre otras) a la misma temperatura lo cual puede producir mayores prdidas por vaporizacin. La utilizacin de la MEA no se recomienda, cuando hay presencia de impurezas tales, como C0S; CS2 y 02. Con todos estos compuestos se forman productos de degradacin, los cuales deben de ser removidos aadiendo una solucin alcalina, adems de instalar un sistema de recuperacin. Con la MEA, se logran concentraciones muy bajas de la relacin C02/H2S, y es eficiente en procesos donde la presin parcial del gas cido en la corriente de entrada es baja La corrosin y la formacin de espuma son los principales problemas operacionales de la MEA Otro problema que se presenta es que la concentracin Porcentual en relacin peso/peso (%P/P), tiene un valor mximo de 15%, luego requiere de grandes cantidades de calor de solucin en el sistema, lo que conlleva a una alta demanda calorfica, en el proceso. La presin de vapor de la MEA es mayor que otras aminas en iguales temperaturas. Esto puede incrementar las prdidas por vaporizacin. Para mantener el proceso de corrosin bajo, se requiere que la concentracin de la solucin y la carga del gas cido en la solucin deben mantenerse suficientemente bajas que eviten la formacin de bicarbonatos (HC03

-) y carbonatos (C03-2),

compuestos altamente corrosivos, que se forman por la disociacin del cido Carbnico ( )32 0CH , como ya se sabe este es un cido de baja estabilidad, que rpidamente de disocia produciendo bicarbonatos y carbonatos. El bicarbonato o carbonato puede reaccionar con el ( )2+Fe (formado en la reaccin de oxidacin en la zona andica), para formar Carbonato Ferroso ( )30FeC ,considerado uno de los principales productos de la corrosin, en Plantas de Gas, con presencia de Sulfuro de Hidrgeno, Dixido de Carbono, en cantidades que se les considera gases cidos. Si hay presencia de agua, en el Sistema, no habr la menor duda que el proceso de Corrosin este o se haga presente, por la formacin del cido Carbnico y su posterior disociacin. Las variaciones tecnolgicas de la MEA, son las siguientes: MEA- AMINE- Guard y MEA- AMINE- Guard- ST. Estas dos variantes dependen de una licencia. Las variantes incorporaron inhibidores de corrosin a la solucin de MEA, con ello se pueden alcanzar concentraciones de hasta 30% P/P de MEA, luego la carga de gas cido a la entrada puede ser incrementado. El proceso de Amine-Guard, solamente permite trabajar con cantidades de trazas de sulfuro de hidrgeno, mientras que el amine Guard- ST es tolerante a la presencia de azufre, luego

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puede manejar al sulfuro de hidrgeno, siempre y cuando la relacin de concentraciones ( )22 0/CSH > 0,005 b.-Diglicolamina (DGA). La DGA al igual que la MEA es una amina primaria, tiene una mayor estabilidad que la MEA, tambin tiene menor presin de vapor que la MEA, por que se pueden utilizar concentraciones tan altas como 70% P/P, con sus correspondientes cargas de cidos de hasta 0,55 librasmol de dixido de carbono/lbmol de DGA. Tambin tiene un menor requerimiento energtico que la MEA. Este compuesto ha sido ampliamente utilizado en grandes caudales, debido a las altas concentraciones, una de las desventajas es su alto grado de degradacin, sobretodo en presencia de los compuestos azufrados. En la figura 4 se presenta la estructura qumica de la DGA. Figura 4 Frmula Estructura de la (DGA)

Una de las principales desventajas de la DGA es que la qumica tiene un alto costo y se obtiene productos de degradacin no pueden ser regenerados en presencia de ( )20C y (COS), otra desventaja es la alta solubilidad de las fracciones ( )+3C comparada con otras alcanolaminas, como la MEA y DWA, por ejemplo. Tambin es bueno tener en cuenta que los productos de descomposicin formados en la reaccin entre la DGA y los gases cidos de azufre, son regenerados trmicamente durante la operacin normal de recuperacin de la amina. Tambin la degradacin con el (COS) es reversible a altas temperaturas. c.- La Dietanolamina (DEA). La DEA es una amina secundaria y se obtiene haciendo reaccionar a la MEA con el xido de Etileno, tal como se muestra en la figura 5 La DEA a temperaturas mayores al ambiente es un lquido claro, higroscpico y viscoso, con un suave olor amoniacal. La DEA es un amina secundara cuya frmula qumica es ( )

2220HCHCHHN , con un peso molecular de 105,14 Unidades

de Masa Atmica (UMA). La DEA tiene su mayor aplicabilidad en el tratamiento de gas de refineras, en los cuales pueden existir compuestos sulfurosos que pueden degradar la MEA

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Figura 5 Obtencin Qumica de la DEA

La DEA se recomienda para el tratamiento de vapores conteniendo alto tenor de sulfuro de hidrgeno La DEA es mucho menos corrosiva que la MEA, pero la solucin se vuelve muy viscosa en concentraciones altas. La reaccin de la DEA con COS y CS2 es ms lenta que con la MEA y los productos de la reaccin son distintos, lo cual causa menores prdidas de amina al reaccionar con estos gases. En la figura 6 se presenta la estructura molecular de la DEA. Figura 6 Estructura Molecular de la DEA

Tal, como se muestra en la figura 6 la DEA es una amina secundaria, donde han sido reemplazados dos hidrgenos en la molcula de amoniaco La DEA es ms dbil que la MEA, pero los productos de la reaccin con la DEA no son corrosivos. Adems la presin de vapor de la DEA es ms baja que la MEA, luego las prdidas por evaporizacin con la DEA es menor que con la MEA. La reaccin de la DEA con C0S y CS2 es muy lenta, luego prcticamente no causa problemas por degradacin del solvente. La DEA se utiliza para endulzar corrientes de gas natural que contengan hasta un 10% molar de gases cidos. Es eficiente a presiones de operacin de 500 o ms libras por pulgadas al cuadrado manomtricas en el sistema britnico (lpcm) Los procesos con DEA han sido diseados para operar con concentraciones porcentuales de solucin entre 30 y 35 %P/P, incluso a esta concentracin la DEA no es corrosiva, por lo que se puede trabajar sin ningn temor, que la solucin vaya a aumentar el proceso de corrosin. La DEA se degrada en igual forma que la MEA, pero los productos de degradacin tienden a hervir a la misma temperatura, lo cual hace muy difcil separarlos por destilacin y no se usan sistemas de recuperacin d.- La Trietanolamina (TEA).La TEA se obtiene qumicamente haciendo reaccionar a la DEA con xido de etileno, tal como se muestra en la figura 7

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Figura 7 Obtencin Qumica de la TEA

La TEA es un lquido ligeramente amarillo, higroscpico y viscoso, su mayor utilidad se relaciona con su capacidad humectante La TEA es una amina terciaria, luego es altamente selectiva hacia el H2S, ya que la reaccin con el C02, es muy lenta, y desde luego la formacin de bicarbonatos y carbonatos es tambin lenta. La frmula qumica de la TEA es 322 )0( HCHCHN . La TEA se puede utilizar

como agente de alcalinizacin de cidos grasos de cadena larga. Es de hacer notar que tanto la MEA, como la DEA y TEA son compuestos de muy baja volatilidad a la temperatura ambiente, son higroscpicos, y de olor amoniacal, pudiendo presentarse en forma slida o lquida dependiendo de la temperatura y del grado de pureza e.-La Metildietanolamina (MDEA)La frmula qumica de este compuesto es ( ) ( )

22230HCHCHNCH La MDEA es una amina terciaria que reacciona

lentamente con el (C02), por lo cual para removerlo requiere de un mayor nmero de etapas de equilibrio en la absorcin. Su mejor aplicacin en la absorcin, es la remocin selectiva del H2S, cuando los gases cidos estn presentes (H2S) y (C02), esto convierte a la (MDEA), en un compuesto selectivo de alta efectividad, para remover al sulfuro de hidrgeno. Si el gas es contactado a presiones suficientemente altas (800-1000 lpcm, bajo ciertas condiciones se puede obtener un gas con calidad para gasoductos. Lo que indica que la concentracin del sulfuro de hidrgeno, tiene un valor de 0,25 granos de H2S/100 PCN. En la figura 8 se presenta la estructura molecular de la MDEA. Figura 8 Estructura Molecular de la MDEA

La MDEA es un material ligeramente txico y puede provocar sensibilizacin de la piel. El material se debe de almacenar en lugares ventilados, frescos y secos, alejados de las fuentes de calor. El rea de almacenamiento debe de ser claramente identificada, libre de obstculos y accesibles nicamente para

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personar autorizado. Las ventajas del uso de la MDEA incluye su bajo calor de reaccin con los gases cidos, bajos requerimientos energticos para su regeneracin y que no es fcilmente degradable para las corrientes gaseosas que contienen sulfuro de hidrgeno as como dixido de carbono, las soluciones acuosas de la MDEA han encontrado gran aceptacin en la industria para remover de manera selectiva el sulfuro de hidrgeno. El conocimiento del equilibrio lquido vapor de los gases cidos en soluciones acuosas de alcanolaminas es esencial en el diseo de sistemas de absorcin / desercin de gases cidos para la remocin de estos en corrientes gaseosas de procesos de plantas qumicas. Es conveniente contar con modelos termodinmicos adecuados para la estimacin de los coeficientes de actividad y/o fugacidad de los sistemas de endulzamientos. La MDEA puede ser usada por su selectividad a remover H2S de las lneas de flujo para llevarlas a especificaciones en presiones moderadamente altas. Si el incremento de la concentracin de CO2 en el gas residual causa problemas con las especificaciones o con el proceso aguas abajo, se requerirn tratamientos ms profundos. La relacin H2S/CO2 en el gas cido puede ser de 10-15 veces tan grande como la relacin H2S/CO2 en el gas de entrada. Algunos de los beneficios de la remocin selectiva de H2S incluye: Tasas de flujo de solucin reducidas resultante de una reduccin en la cantidad de gas cido removido, mayores concentraciones de H2S en el gas cido resultando los problemas de recobro de sulfuro reducidos. El CO2 se hidroliza mucho ms lento que el H2S. Esto hace posible una selectividad significativa de aminas terciarias por el H2S. Este hecho es usado por muchas compaas que proveen diseos de procesos usando MDEA por su selectividad de remover H2S de gases que contienen ambos agentes, H2S y CO2.Debido a la reaccin entre el CO2 y las aminas terciarias, se forman puentes formados de cido-base, las aminas terciarias son ajustadas idealmente para remover volmenes de CO2 de las corrientes de gas natural. El removedor de CO2 requiere solo una fuente de calor pequea para su regeneracin. La combinacin resulta en un removedor de volmenes de CO2 de gas gases ricos en dicho compuesto. La MDEA se usa normalmente en un rango del 20 al 50% P/P. Debido a los pocos problemas con la corrosin, unos ndices de absorcin entre 0,7 y 0,8 mol CO2 /mol MDEA son posibles en equipos de acero al carbono La MDEA tiene ventajas frente a las aminas primarias y secundarias, tales como: baja presin de vapor, bajos calores de reaccin con los gases cidos, alta resistencia a la degradacin, bajos problemas de corrosin, y sobretodo, selectividad en la absorcin de H2S en presencia de CO2, ya que la reaccin con el Dixido de Carbono es extremadamente lenta. La ventaja ms importante que presenta la MDEA sobre el resto de aminas es la ltima que explicbamos: selectividad en la absorcin de H2S en presencia de CO2, es por ello que es de usos mltiple, lo cual se confiere ciertas propiedades especficas.

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f.- Di- isopropanolamina La (DIPA) es una amina secundaria. Este componente ha sido utilizado conjuntamente con un solvente orgnico Este solvente ha sido ampliamente aceptado en Europa para el tratamiento de gases y lquidos de refineras limpindolos de H2S y CO2. La DIPA se caracteriza por tener bajos requerimientos de vapor para la regeneracin de la solucin y no ser corrosivo. Las soluciones de la DIPA, tiene una alta tasa de capacidad para transportar gases cidos con una alta tasa molar, pero por su alto peso molecular, requiere de tasas msicas muy altas Gradualmente se ha ido reemplazando el uso de DIPA por MDEA. En la figura 9 se presenta la estructura de la DIPA. Figura 9 Estructura Qumica de la DIPA

La solubilidad de los gases cidos es una de las propiedades fundamentales en los procesos de absorcin de gases en la industria qumica. La absorcin con un solvente polar provee un mtodo conveniente para eliminar los componentes indeseables de mezclas gaseosas, es por ello que los disolventes qumicos y fsicos son frecuentemente utilizados, en el proceso de endulzamiento del gas natural. Las corrientes de gas natural, as como las corrientes de procesos de refinera a menudo contienen gases, tales como sulfuro de hidrgeno, que deben de ser removidos de la corriente del gas natural a tratar. El mtodo tradicional de tratamiento de tales corrientes es hacer pasar los gases cidos por un sistema de absorcin/desorcin usando soluciones acuosas de alcanolaminas. La utilizacin de aminas, tanto primarias, como secundarias o terciarias, son uno se los productos de mayor uso en la industria del gas natural. Luego, se puede indicar que las aminas son de mucha utilidad prctica, para la

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industrializacin del gas natural. En la figura 10 se presenta un esquema tpico del proceso de endulzamiento por absorcin con alcanolaminas. En la figura 10 se presenta un proceso de endulzamiento con aminas

Amina

Rica

Gas

combustible

Gas cido

Contactor

Separador de

entrada

Separador de

salida

Tanque

flash

HX amina

rica/pobre

Bomba

amina

Filtros

Enfriador

de amina

Rehervidor

Reclaimer

(opcional)

Bomba reflujo

Condensador

reflujo

En la figura 10 se observa que el primer equipo de contacto del gas a endulzar es el separador de entrada, es aqu donde se lleva a cabo la separacin de impurezas lquida, que todava se encuentren en la corriente del gas natural, aqu deben de quedar el agua y los hidrocarburos lquidos que se hayan condensados en procesos previos, o simplemente en el proceso de transporte de la corriente de gas. El fluido que sale del separador de entrada ingresa a la torre contactora. Aqu la corriente de gas a endulzar debe de encontrarse en contracorriente con la amina pobre. La amina tiene que ser enfriada antes de ingresar a la torre contactora. Por el fondo de esta torre sale la amina rica, la cual ingresa al tanque de vaporizacin, donde se le aplica calor, para lo cual se utiliza gas combustible o gas metano, y al provocar calor se regenera el proceso: Hasta que finalmente, sale el gas cido y la amina se recupera o recicla. En el cuadro 2 se presentan las principales propiedades de las alcanolaminas. Cuadro 2 Principales Propiedades de las Aminas Amina MEA DEA DGA DIPA MDEA PM(lb/lbmol) 61,08 105,14 105,14 133,19 119,17 PE(F) 338,9 516,0 430,0 480,0 477

evH (BTU(lb) 355 288 220 325 412

Viscosid(CP) 24,1 350 4 870 401 Cp(BTU/lbF) 0,608 0,600 0,571 0,690 0,712 P Rocio(F) 50,9 82,4 9,5 107 -5,8

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En el cuadro 2 (PM) representa al peso molecular, y (PE) indica el punto de ebullicin o evaporacin a la presin atmosfrica; (Cp) es la capacidad calorfica La MEA fue durante mucho tiempo la amina ms utilizada, es tambin la ms reactiva de todas las alcanolaminas, es por ello que se considera que la MEA es altamente reactiva. A partir de los aos 1950-1960 la DEA sustituye a la MEA, suceso que ocurre por la mayor resistencia a la corrosin de la DEA, sobretodo ante la presencia de los compuestos azufrados. Tambin la DGA ha sido utilizada en grandes caudales, debido fundamentalmente al incremento en su concentracin, aun cuando se degrada con compuestos azufrados. La DIPA ha sido ampliamente utilizada, debido en lo fundamental por su selectividad hacia el sulfuro de hidrgeno, aunque a partir del ao 1980 se ha comenzado a utilizar en forma amplia la MDEA, esto ocurre fundamentalmente por su selectividad, bajo requerimientos energticos y baja tendencia a la degradacin. En el cuadro 3 se presentan una serie de caractersticas de algunas alcanolaminas utilizadas en el endulzamiento. Cuadro 3 Caractersticas y Propiedades de las Alcanolaminas Amina %P/P %Molar

Amina Kg amina/ 3m solucin

lb amina/ galon de solucin

lbmol amina/ 100gal de solucin

MEA 15 0,049 151,2 1,26 2,06 DEA 35 0,084 366 3,05 2,90 DGA 60 0,204 652 5,43 5,16 MDEA 50 0,131 524 4,37 3,67 Descripcin de una Planta de Endulzamiento con Aminas En el Complejo MUSCAR Distrito Social Norte de la Repblica Bolivariana de Venezuela: Esta planta de endulzamiento del gas natural consta de los siguiente equipos: a.- Dos) Depuradores Verticales de Gas. El dimetro de estos depuradores es de 74 pulgadas, mientras que la altura es de 19 pies. La principal funcin de estos equipos es extraer los lquidos asociados al gas, tales como (condensados de gas; hidrocarburos lquidos y agua), los cuales se encuentran en fase lquida. b.- Dos Torres Verticales Contactora de Amina / Gas El dimetro de estas torres es de 98 pulgadas, mientras que la altura es de 27 pies. La torres, esta equipas, con 10 platos perforados, en las cuales se produce la absorcin de los gases sulfuro de hidrgeno (H2S) y dixido de carbono (CO2), el gas entra por la parte inferior de la columna y se pone en contacto en contracorriente con la solucin de amina que entra por la parte superior de la misma, all se produce la absorcin de los gases cidos, tambin se absorbe parte de los condensados

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lquidos. En la figura 11 se presenta un ejemplo de las. Torres Contactoras y Recuperadoras de Amina. Figura 11 Torres Contactoras y Recuperadores de Aminas La figura 11 muestras las torres contactoras, donde ocurre el choque en contracorriente de la amina pobre y la corriente de gas, y all ocurre una reaccin qumica entre la amina y el gas. Tambin se observa en la figura la parte donde se lleva a cabo la recuperacin de la amina rica, que es la amina que sale unida a los gases cidos, y se recupera aplicando calor al proceso, de tal forma que se pueda recuperar la amina, y hacerla nuevamente circular, de tal forma que se mantenga el proceso de endulzamiento del gas natural. Al aplicar calor al proceso se rompen los enlaces, que mantienen qumicamente unidos al material utilizado en el proceso de absorcin de los gases, y los gases cidos, los cuales se podran utilizar en la industria, sobretodo en la industria petroqumica, donde seran utilizados como materia prima, en la produccin de fertilizantes qumicos, por ejemplo, campo de gran empuje en la actualidad. Lo que realmente ocurre es que el gas cido que sale del separador, entra al absorbedor por el fondo de la torre y fluye hacia arriba para entrar en contacto con la solucin de amina que baja desde el tope de la torre. En este contacto los gases cidos son removidos de la corriente gaseosa y transferidos a la solucin. El gas tratado que sale por el tope debe salir con muy pocas cantidad de componentes cidos. La solucin que sale por el fondo del absorbedor puede contener agua, amina, componentes cidos gas natural que ha quedado en solucin, hidrocarburos lquidos retirados de la corriente de gas, adems de slidos y otras impurezas. La cantidad de hidrocarburos lquidos que pasa a la solucin de amina aumenta a medida que sube la presin de operacin y/o disminuye la temperatura de contacto. Es, por ello que la solucin de amina entre a la torre con unos 10F por encima de la temperatura a la cual entra el gas a la torre, esto es para evitar el arrastre de lquidos. La cantidad de gas disuelto depender del tipo de amina que se utilice en el proceso de endulzamiento.

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c.- Dos Recuperadores Verticales de Amina. El dimetro de estas torres es de 48 pulgadas, y la altura alcanza un valor de 15 pies. En las torres se recupera la amina que es arrastrada por la corriente gaseosa, producto del contacto ntimo entre las dos fases, que son la corriente de gas natural cidos (fase gaseosa o fase de vapor), y la solucin de amina pobre, que pasa a conformar la fase lquida. Estas dos fases se ponen en contactos en las torres contactoras amina/gas d.- Un Separador Horizontal Trifsico: La principal funcin de este equipo es separar los contaminantes que llegar con la corriente de gas, tales como hidrocarburos lquidos, agua, partculas slidas y los componentes qumicos que han sido agregados previamente al gas natural, muchos de estos aditivos suelen causar efectos nocivos Las dimensiones de esta separador es un dimetro de 82 pulgadas. y una longitud de 30 pies En este separador se liberan los gases (H2S, CO2) producto de la expansin de la amina rica desde una presin de 1200 lpcm hasta una presin de 60 lpcm. En el separador se logra tambin la separacin de los lquidos conformados por la amina rica y los condensados de hidrocarburos, lo cual esta relacionado con la diferencia de densidad, que provoca la separacin entre partculas por fuerzas de gravedad, que es la separacin por tamao de las partculas del fluido que conforma la mezcla. Aqu se debe de tener presente que una separacin ineficiente puede resultar en altas concentraciones de los gases cidos, y por lo tanto se incrementan las posibilidades que aparezca el proceso de corrosin. Un perfil de trabajo correcto indica que las etapas superiores de contacto tienen temperaturas menores que en el resto de la torre. Luego los gases cidos deben de ser separados en los platos superiores En la figura 12 se presenta el. Separador Trifsico, utilizado en la planta de endulzamiento del gas natural. Figura 12 Separador Trifsico Utilizado en la Planta de Endulzamiento

El separador trifsico, tiene como funcin separar el gas y el condensado coabsorbido. Debe ser capaz de reducir la erosin en el proceso. Tambin debe de reducir la carga de vapor al regenerador. Tiene como funcin proteger la planta

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de Azufre de arrastre de condensados. Debe de proteger el contactor de la formacin de espumas, de acumulacin de hidrocarburos condensados. e.- Dos Intercambiadores de Calor (Amina Rica / Amina Pobre): Los intercambiadores de calor utilizados son A/B, tipo Alfa Laval de uso alterno, con una capacidad de 18,8 MMBTU/hora, donde se produce el intercambio de calor entre la amina pobre regenerada caliente y la amina rica fra, aprovechndose as de precalentar la amina rica que va hacia la torre regeneradora, con la amina pobre que desciende desde la misma torre El intercambiador amina rica y amina- pobre origina, puede causar graves problemas de corrosin por el debilitamiento del metal, donde influyen las altas concentraciones de cloruros, que pueden estar presentes en el proceso El intercambiador de amina rica/amina pobre tiene como funcin reducir la carga trmica del rehervidor (calor sensible). Debe de garantizar la vaporizacin de la carga aguas abajo. Debe de disminuir la temperatura de la amina rica, sierre y cuando esta tenga un valor excesivo, por ejemplo valores mayores a 220 F, ya que si eso ocurre promueve los problemas de corrosin del proceso de endulzamiento. En la actualidad se utilizan intercambiadores de calor tipo placa. Se debe de evitar la evaporizacin de hidrocarburos, que puedan provocar el incremento de la corrosin. El intercambiador debe de operar a una velocidad de 2-3 pie/s, que ser la velocidad de mayor eficiencia, para que el proceso se lleve e cabo sin problemas operacionales. f.- Una Torre Regeneradora Vertical de Amina. Esta torre tiene un dimetro de 90 pulgadas y una altura de 69 pies. La torre es de platos perforados, en la cual se regenera la amina rica, que en este caso especifico es la MDEA, con una concentracin de 50% P/P, luego de pasar por los intercambiadores de placas, desde all sale por el tope hacia un evaporador la fase gaseosa conformada por agua y amina ms H2S, que debe de ser eliminado de la corriente del gas natural, esto se desarrolla de esta forma, ya que la amina utilizada, en el proceso de endulzamiento es selectiva hacia el sulfuro de hidrgeno, lo que implica que se puede eliminar este componente de la corriente de gas con cierto grado de eficiencia. El propsito de este equipo es remover el gas cido contenido en la solucin rica, tal como este equipo esta diseado por, lo general por 22 platos de burbujeo, luego a medida que la solucin desciende, entra en contacto con los vapores de rehervidor que suben hacia el tope, y se elimina los gases como vapor a, unas determinadas condiciones operacionales, que tiene