REMOCION Y RECUPERACION DE AZUFRE 1.INTRODUCCIÓN: Generalmente el gas natural que se produce a nivel mundial contiene CO 2. Además, en muchas partes del mundo principalmente principalmente al norte de la línea ecua ecuato tori rial al,, el gas gas natu natura rall cont contie iene ne tamb tambié ién n H 2. Ambos mbos comp compue uest stos os son son ligeramente solubles en agua! cuando estos gases se disuelven en agua "orman una soluci#n medianamente acidi"icada, ra$#n por la que estos compuestos son llamados gases ácidos. %as especi"icaci#n má&imas de CO 2 y H2 a nivel internacional son 2 ' vol ( ) ppmv, respectivamente. Cuando un gas natural e&cede las especi"icaciones por H2 (*o CO 2 se denomina un gas agrio! por el contrario, cuando el contenido de estos compuestos en el gas natural está por deba+o de los límites especi"icados para gas de venta, se dice que es un gas dulce. l gas natural que tiene concentraciones de H 2 ( CO 2 por encima de los límites permisibles, tiene que ser tratado para removerle el gas ácido. Como el H 2 reaccio reacciona na con muchos compues compuestos, tos, ha( una gran gran varieda variedad d de proceso procesos s para e&traerlo químicamente. n peque-a peque-as s concent concentraci raciones ones,, es econ#mi econ#mica ca su remoci#n remoci#n haciénd haciéndolo olo reaccionar con compuestos s#lidos secos como el #&ido de hierro o el #&ido de $inc. Cuando las concentraciones son altas, se usan los solventes.
2.oBJETIVOS: Conocer los métodos ( "ormas de recuperaci#n ( remoci#n de a$u"re convertir el H2 presente en a$u"re elemental/.
3 MARCO TEÓRICO: 01%3A4506O 1 GA 7 89OCO •
i) Endulzamiento. 1onde se le remueve por alg:n mecanismo de contacto el H2 ( el CO2 al gas. sto se reali$a en una unidad de endul$amiento ( de ella sale el gas libre de estos contaminantes, o al menos con un contenido de estos igual o por deba+o de los contenidos aceptables.
1
ii) Regeneración. n esta etapa la sustancia que removi# los gases ácidos
•
H2 ( el CO2 como también compuestos sul"urados ( mercaptanos 99/, sul"uros de carbonilo CO/ ( di sul"uro de carbono C2/ se someten a un proceso de separaci#n para removerlos, reciclarlos ( poderlos usar en nueva etapa de endul$amiento.
iii) Recuperación del Azufre . Como el H2 es un gas altamente t#&ico (
•
de di"ícil mane+o, es pre"erible convertirlo a a$u"re elemental, esto se hace en la unidad recuperadora de a$u"re. sta unidad no siempre se tiene en los procesos de endul$amiento pero cuando la cantidad de H2 es alta se hace necesaria. n la unidad recuperadora de a$u"re se trans"orma del ;< al ;=' del H2 en a$u"re s#lido o líquido. l ob+etivo "undamental de la unidad recuperadora de a$u"re es la trans"ormaci#n del H2, aunque el a$u"re obtenido
es de
calidad
aceptable,
la ma(oría
de
las
veces, para
comerciali$arlo.
iv) Limpieza del gas de cola. l gas que sale de la unidad recuperadora
•
de a$u"re a:n posee de un > a un ?<' del H2 por lo que se debe eliminar de acuerdo a las reglamentaciones ambientales ( de seguridad. %a unidad de limpie$a del gas de cola continua la remoci#n del H2 bien sea trans"ormándolo en a$u"re o enviándolo a la unidad recuperadora de a$u"re. l gas de cola al salir de la unidad de limpie$a debe contener solo entre el ? ( <.>' del H2 removido. %a unidad de limpie$a del gas de cola solo e&istirá si e&iste unidad recuperadora.
v) Incineración. Aunque el gas que sale de la unidad de limpie$a del gas
•
de cola s#lo posee entre el ? ( <.>' del H2 removido, aun así no es recomendable descargarlo a la atm#s"era ( por eso se envía a una unidad de incineraci#n donde mediante combusti#n el H2 es convertido en O2, un gas que es menos contaminante que el H2. sta unidad debe estar en toda planta de endul$amiento.
16CC5O0 1 6 GA 6O@5CO •
%a correcta detecci#n del gas se logra mediante el uso de detectores personales, detectores "i+os, detectores portátiles ( tubos calorímetros de detecci#n
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Procesos Típicos De Tratamiento De as Por Remoción De as !cido.
%a ma(oría de los gases agrios se tratan con solventes regenerables para separar los gases ácidos de los hidrocarburos. l gas entra al separador de entrada en el cual se separa cualquier líquido condensado ( "lu(e a la absorbedora por el "ondo. 8or la parte superior de la torre entra el solvente pobre generalmente aminas/ disueltas en agua ( en la medida que "lu(e hacia a aba+o de plato a plato, se pone en intimo contacto con el gas que "lu(e hacia arriba burbu+eando en el líquido. Cuando el gas alcan$a la cima de la torre. l gas es ahora dulce ( cumple con las especi"icaciones de H2 ( CO2, pero como está saturado con agua, generalmente va a un proceso de deshidrataci#n. 0ormalmente se opera a niveles de presi#n de ;B< psig ,D Eg*cm2/ l solvente rico en hidrocarburos sale por el "ondo de la contactadora ( pasa por una válvula de control en la cual cae la presi#n a un nivel de =< psig ).; Eg*cm2/ A dicha presi#n entra a un tambor F"lash en el cual la ma(oría de hidrocarburo gaseoso disuelto ( algo de gas acido se separan.
Endulzamiento del gas "atural
A continuaci#n la soluci#n rica intercambia calor con la soluci#n regenerada o pobre que sale caliente de la torre despo+adora. %uego de precalentarse entra a la despo+adora o regeneradora donde el proceso ocurre alrededor de ?) psig <,;D Eg*cm2/ a la temperatura respectiva de ebullici#n de la soluci#n. l calor al "ondo de la torre se suministra con un rehervidor.
%os vapores que salen por el tope de la torre pasan por un condensador ( un separador # tambor de re"lu+o, en el cual se separa el gas ácido ( el líquido condensado. ste líquido es bombeado nuevamente por la parte superior de la torre como re"lu+o. %a corriente de gas ácido es una corriente de deshecho que debe ser incinerada o tratada para convertir el H 2 generalmente en a$u"re.
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%a soluci#n regenerada sale por el "ondo de la torre o el rehervidor, pasa por el intercambiador solvente pobre * solvente rico ( va al tanque de reposici#n de solvente. 1el tanque se bombea a través de un en"riador en el cual se controla la temperatura apropiada para el tratamiento en la contactara, que generalmente es ?< I más caliente que el gas de carga para evitar condensaci#n de hidrocarburos que causan problemas de espuma en el proceso.
FIGURA 2 - 1.
Remo!"# G$% &!'o
Fuente: “GPSA ( )” Ga s Processors Suppliers Association iguiendo el sistema de endul$amiento del gas natural, a continuaci#n viene el proceso de recuperaci#n de a$u"re, que se muestra en la Iig. 2J> que se presenta a continuaci#n. 4
FIGURA 2 - 3.
Re()e*$!"# 'e A+(,*e
Fuente: Base de Datos de PEE!" Gas # Petro$u%&ica B'sica l gas ácido H 2 ácido sul"hídrico K CO 2 bi#&ido de carbono/, proveniente del proceso de endul$amiento, pasa por un reactor térmico cámara de combusti#n/ ( posteriormente pasa a dos reactores catalíticos, donde "inalmente se logra la conversi#n del H 2 ácido sul"hídrico/ en a$u"re elemental. l a$u"re elemental se almacena, transporta ( entrega en estado líquido. 1e la misma "orma la acide$ del gas se puede eliminar con procesos de adsorci#n secos con lechos adsorbedores de di"erente naturale$a. Algunos de los usados para remover el H 2 son el ul"atreat, 5ron sponge ( tamices moleculares %IA69A6 s el nombre comercial de un reactivo s#lido a base de hierro para la eliminaci#n de H2 de corrientes gaseosas. l proceso consiste en reactivos cilíndricos verticales en donde el reactivo es alo+ado en "orma de lecho s#lido. n gas ingresa al lecho o batería de lechos por la parte superior ( los atraviesa saliendo por la cone&i#n in"erior. l H2 reacciona con el %IA69A6 ( es removido de la corriente. n el "ondo del recipiente puede acumularse agua liquida/ u otros hidrocarburos condensados las cuales deben purgarse peri#dicamente.
59O0 8A0G n el proceso del hierro espon+a, la proporci#n de o&ígeno que se encuentra combinada químicamente con el hierro en el mineral se va reduciendo paulatinamente gracias a la acci#n de una me$cla de hidr#geno H/ ( mon#&ido de carbono CO/, que se inicia a D<< C. Ambas sustancias toman átomos de o&ígeno del mineral se o&idan/ para "ormar H2O ( CO2. 1e esta manera, el #&ido de hierro del mineral, Ie2 O>, se convierte en Ie> O), luego en IeO ( "inalmente en el elemento Ie. s decir, el mineral de hierro se reduce pierde o&ígeno/. l resultado es un hierro poroso, esencialmente con la misma "orma ( tama-o que la partícula del mineral, que es una magní"ica carga para la elaboraci#n de acero en un horno eléctrico, pues está libre de impure$as metálicas, es "ácil de mane+ar ( transportar ( posee una composici#n química uni"orme ( precisa , además de que es mu( econ#mica.
Proceso de #LA$% para recuperación de A&$'RE.( %os métodos que se empleaban eran del tipo de conversi#n en lecho catalítico seco, como los procesos Claus modi"icado ( el de la o&idaci#n directa
l proceso Claus traba+a correctamente con gases que contengan más del 2<' en volumen de sul"uro de hidrogeno ( menos del B' en hidrocarburos/. l rendimiento global no es superior al ;B' del ;<' al ;>'/. sta limitado por consideraciones termodinámicas. 4encionaremos algunas limitaciones con la q no se puede traba+ar con este proceso 1. Proceso de combustión parcial: a/Concentraci#n de sul"uro de hidrogeno ma(or o igual al B<' b/Concentraci#n de hidrocarburo menor al 2' 2. Proceso de flujo dividido : *
a/Concentraci#n de sul"uro de hidrogeno 2< a B<' b/Concentraci#n de hidrocarburo menor al B'
reactor l reactor debe ser de "lu+o continuo. 7 como el catali$ador se encuentra colocado en camas lechos/ el reactor mas adecuado es un reactor de lecho "i+o, que consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catali$ador, que operan en posici#n vertical. %as partículas catalíticas pueden variar de tama-o ( "orma granulares, cilíndricas, es"éricas, etc.
catalizador almina*Al+,-) Propiedades
stado de agregaci#n s#lido
1ensidad >D< Eg*m >! >,D g*cm >
4asa molar ?,; g*mol
8unto de "usi#n 2>)B L J2=<,D
8unto de ebullici#n >2B< L J2;,; C/
olubilidad en agua insoluble
Necesidades de servicios generales de la unidad de azufre Claus:
Electricidad ?.=
Agua de alimentación al calderin )Dgpm
Producción de vapor/ +01psia 2>.<)< lb*hr
Aplicaciones
l proceso Claus se emplea ampliamente en re"inerías ( plantas de tratamiento de gases, (a que sus características se adaptan mu( bien a los caudales ( composiciones de gas acido, que se obtienen en las re"inerías. n las plantas de tratamiento de gas, las concentraciones en H2 del gas acido suelen ser más ba+as ( las plantas necesitan algunas modi"icaciones.
Proceso #laus de com2ustión parcial *un solo paso) n el proceso de un solo paso, se introduce al quemador la cantidad su"iciente de aire para quemar una tercera parte del sul"uro de hidrogeno hasta di#&ido de a$u"re. ste quemador se sit:a en una cámara de reacci#n que puede ser un recipiente separado o bien una parte del calderin de residuo. l ob+etivo de la +
cámara de reacci#n es proporcionar su"iciente tiempo para que la reacci#n de combusti#n se complete antes de que la temperatura del gas se redu$ca en el calderin de residuo. l calderin de residuo elimina la ma(or parte del calor de la reacci#n e&otérmica de los gases mediante la producci#n de vapor. e emplean distintos tipos de calderines. sualmente están dispuestos de modo que el gas circule por diversos grupos de tubos en serie con unas cámaras o Fcanales en las que una parte de los gases pueda e&traerse a una elevada temperatura ( así se recaliente la corriente principal de gas antes de los convertidores catalíticos. Irecuentemente condensa algo de a$u"re elemental, que se elimina del gas en el calderin. n algunas plantas se coloca un condensador separado después del calderin. e controla la temperatura del gas de modo que sea de )2B a )=BNI. llo es necesario para mantener el lecho de catali$ador por encima del punto de roci# del a$u"re, para evitar que el catali$ador se recubra con a$u"re ( se desactive. %a reacci#n entre el sul"uro de hidrogeno ( el di#&ido de a$u"re en el convertidor es también e&otérmica. %os gases del convertidor se en"rían en el condensado siguiente, ( se elimina la ma(or parte del a$u"re elemental como liquido. %as temperaturas de salida del condensador deben mantenerse por encima de 2B
Proceso #laus diagrama de flu3o de un solo paso
,
u reacci#n es uemador 2H2 K 2O2 9eactor
2H 2 K O2
O2 K K 2H 2O > K 2H2O
Proceso #laus diagrama de flu3o dividido
-
Proceso #laus de com2ustión parcial *un solo paso) %a corriente de gas rica en sul"uro de hidrogeno se quema con la tercera parte de la cantidad estequiometria de aire, ( los gases calientes se pasan por un catali$ador de alumina, para hacer reaccionar el di#&ido de a$u"re con el sul"uro de hidrogeno no quemado para producir a$u"re elemental adicional.
#ompuesto car2ono azufre l sul"uro de carbonilo CO/ ( el desul"uro de carbono C2/ han presentado problemas en muchas plantas Claus debido al hecho que no pueden convertirse con "acilidad en a$u"re elemental ( di#&ido de carbono. stos compuestos se "orman en la etapa de combusti#n, por la reacci#n de los hidrocarburos con el di#&ido de carbono, de acuerdo con
1.
on también posibles reacciones más comple+as. stos compuestos, si no se trans"orman, representan una pérdida de a$u"re recuperable ( un aumento en la emisi#n de a$u"re a la atmos"era. studios recientes indican que un catali$ador especial de al:mina es signi"icativamente más e"ectivo que el convencional a base de bau&ita, para convertir el CO ( el C2 en a$u"re elemental.
$"IDAD DE RE#$PERA#I4" DE A&$'RE #LA$% 5ase 611.111 5PD#
Aceite crudo/ "ort7 %lope/Alas8a
91: recuperación de azufre
;
na unidad de a$u"re Claus reducirá el contenido de sul"uro de hidrogeno de los gases de salida a menos de B ppm.
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Proceso %uper#laus recuperación de azufre
%as plantas recuperadoras de a$u"re que cuentan con proceso s:per Claus incrementan su porcenta+e de recuperaci#n de a$u"re al ;D.B' l proceso superclaus consiste de una etapa termica , seguida por > de reacci#n catalíticas 9?, 92, 9>/, con sus correspondientes condensadores para la remoci#n de a$u"re. %os 2 primeros son de Al2<> ( el tercero es por un catali$ador de o&idaci#n selectiva. n la etapa térmica, el gas acido se quema con una cantidad subestequimoetrica de aire de combusti#n controlada, tal que el gas de cola que abandona el segundo reactor 9J2/, típicamente contiene de <.D' a ?.<' vol. 1e acido sulhidrico H2/. l nuevo catali$ador en el tercer reactor 9J>/, o&ida el acido sul"hídrico a a$u"re con una e"iciencia ma(or de DB '. in embargo, dado que el nuevo catali$ador de o&idaci#n selectiva ni o&ida el H2 a a$u"re ( agua, ni revierte la reacci#n de a$u"re ( agua a H2 ( O2, entonces se puede obtener una e"iciencia total de recuoeracion de a$u"re de hasta ;;.<'. l a$u"re liquido recuperado tiene una pure$a del ;;.;'.
CONCUSIONES:
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e conoci# los métodos ( "ormas de recuperaci#n ( remoci#n de a$u"re convertir el H2 presente en a$u"re elemental/.
/. BIBIOGRAFIA: http**PPP.scribd.com*doc*?<=<2)<*6omoJ55JCapJ2Jndul$amiento http**PPP.gas.peme&.com*8G8Q*9esponsabilidadKsocial*8rotecci 'C>'Q>nKambiental*misiones*8lantaA$u"re.htm http**PPP.monogra"ias.com*traba+osB*petroleo*petroleo2.shtml http**PPP.buenastareas.com*ensa(os*8rocesoJ1eJndul$amientoJ(J9ecuperaci 'C>'Q>nJ1e*?=B?).html http**PPP.monogra"ias.com*traba+os;*analisisJcontaminantesJpetroleoJ crudo*analisisJcontaminantesJpetroleoJcrudo.shtmlRi&$$>5u71a53m http**es.PiEipedia.org*PiEi*8lantasSdeSprocesamientoSdelSgasSnatural http**pro"esores."iJb.unam.m&*l>pro"*Carpeta'2
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