Tratamiento con aminas

Tratamiento con aminas

FUNDAMENTOS DE AMINA

Con la finalidad de contribuir a minimizar los diversos problemas en corrosión, espumamiento, pérdidas excesivas de solvente, etc., en los sistemas de tratamiento para gas e hidrocarburo con amina en los centros de trabajo, es importante saber diagnosticarlos y tomar acciones correctivas que ayudan a operar en óptimas condiciones en un breve periodo de tiempo; considerando lo anteriormente expuesto se elabora el presente compendio con las siguientes consideraciones, esperando que les sirva como una guía rápida de detección:

RECOMENDACIONES PRÁCTICAS Y DE DISEÑO PARA SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE GAS E HIDROCARBURO CON ALCANOAMINAS

FUNDAMENTOS Y CONSIDERACIONES DE TRATAMIENTO DE GAS E HIDROCARBURO CON ALCANOAMINAS

ANTECEDENTES………………………………………………… ………..3

QUIMICA DEL PROCESO………………………………………………....4

DIETANOLAMINA…………………………………………………………...5

CONSIDERACIONES……………………………………………………....5

CORROSION……………………………………………………….……… 7

ESPUMAMIENTO……………………………………………….………….11

PERDIDAS EXCESIVAS DE SOLUCIÓN……………………………….14

DEGRADACIÓN DE LA SOLUCIÓN/FORMACIÓN DE SALES

TERMICAMENTE ESTABLES……………………… ……………….….17

CARGA ERRATICA E INCONSISTENTE A PLANTA DE AZUFRE….19

PROBLEMAS DE FILTRADO………………………………………….…22

PRODUCTO FUERA DE ESPECIFICACIÓN……………………….….24

FUNDAMENTOS DE AMINA

Con la finalidad de contribuir a minimizar los diversos problemas en corrosión, espumamiento, pérdidas excesivas de solvente, etc., en los sistemas de tratamiento para gas e hidrocarburo con amina en los centros de trabajo, es importante saber diagnosticarlos y tomar acciones correctivas que ayudan a operar en óptimas condiciones en un breve periodo de tiempo; considerando lo anteriormente expuesto se elabora el presente compendio con las siguientes consideraciones, esperando que les sirva como una guía rápida de detección:

TRATAMIENTO DE GAS AMARGO POR ALCANOAMINAS

ANTECEDENTES:

En la industria del petróleo se requiere la remoción de componentes de azufre o gas ácido, tales como sulfuro de hidrógeno (H2S), dióxido de carbono (CO2), sulfuro de carbonilo (COS) y mercaptanos (RSH), tanto del gas, como corrientes de hidrocarburos líquidos.

El proceso de solventes químicos utiliza las alcanoaminas de manera amplia en el tratamiento de gas ácido, lo que consiste en el uso de un solvente en una solución acuosa, la cual reacciona con los constituyentes ácidos del gas (H2S y CO2) para formar un complejo químico o una sal, dicho complejo es revertido en la torre regeneradora a elevada temperatura y reducida presión parcial del gas ácido, separando el mismo y regenerando el solvente para su recuperación.

Hace más de setenta años se otorgó la primera patente usando las alcanoaminas como un solvente para la remoción de gas ácido y prácticamente ha permanecido sin cambios, por lo que las innovaciones se han dado en el uso de diversos tipos de aminas para dicho propósito. Por primera vez se usó la trietanolamina (TEA) pero rápidamente fue desplazada por su baja capacidad (resultado de su alto peso molecular), baja reactividad (como amina terciaria) y relativamente pobre estabilidad. La monoetanolamina y dietanolamina son usadas de forma general, además de contar con otros solventes como la diglicolamina (DGA), metildietanolamina (MDEA), diisopropanolamina (DIPA), en los últimos años la MDEA ha tenido un interés comercial, para aprovechar las características únicas que posee como solvente para tratamiento de gas.

QUÍMICA DEL PROCESO

Cada amina tiene al menos un grupo hidróxido y un grupo amino, se considera que el grupo hidróxido sirve para reducir la presión de vapor e incrementar la solubilidad en agua, mientras que el grupo amino da la alcalinidad necesaria en solución acuosa para provocar la absorción de gases ácidos.

En los procesos de amina los componentes de gas ácido reaccionan reversiblemente con el solvente alcalino. Las reacciones de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono con aminas se pueden representar como sigue:

Reacciones de amina y agua (protonación):

R1R2R3N + H2O R1R2R3NH+ + OH-

Formación de sulfuros:

H2S + R1R2R3N R1R2R3NH+ + HS-

Formación de carbamatos:

CO2 + 2 R1R2R3N R1R2NCOO- + R1R2R3NH+

Formación de bicarbonatos:

CO2 + OH- HCO3-

El sulfuro de hidrógeno reacciona instantáneamente con todas las aminas para formar sulfuros, el dióxido de carbono solo reacciona con las aminas primarias y secundarias para formar carbamatos. La razón de reacción de carbamatos tiene una velocidad moderada. La formación del bicarbonato es lenta. Las diferentes razones de reacción del sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono con las aminas esta en base de la selectividad de absorción del sulfuro de hidrógeno.

DIETANOLAMINA

El solvente más ampliamente usado en el tratamiento de gas, es una amina secundaria, menos reactiva que la MEA, usado para retener cantidades apreciables de COS, CS2 además del CO2 y H2S. Opera en forma normal en concentraciones de 25 al 30% en el tratamiento del gas de refinerías.

Ventajas:

• Resistencia a la degradación del COS y CS2

• Bajas pérdidas de solvente por su baja presión de vapor.

• Baja naturaleza corrosiva con respecto a la MEA.

• Bajo costo como solvente.

Desventajas:

• Baja reactividad comparada con la MEA.

• Incapacidad de desprender una apreciable cantidad de CO2 en sistemas mezclados de gas ácido.

• Requiere mayor circulación.

• Genera una gran cantidad de subproductos derivados de la reacción con el CO2.

Una explicación porque la DEA tiene una amplia utilización dentro de la industria de tratamiento de gas es debido a la habilidad de lograr el equilibrio en tres aspectos importantes:

1. Reactividad, habilidad para obtener un producto en especificación.

2. Corrosividad, generalmente menor que MEA.

3. Utilización de la energía, permite manejar un mayor número de aplicaciones que otros solventes.

CONSIDERACIONES:

Cuando la temperatura del solvente es aumentada y la presión reducida, el equilibrio químico de las ecuaciones de la página 2 se dirigen al lado izquierdo de la reacción y los gases ácidos son liberados.

La concentración de la amina determina la capacidad y la razón de circulación del solvente. La máxima concentración de la amina en la solución esta limitada con respecto a la corrosividad del solvente rico, viscosidad, y otras propiedades.

Las aminas secundarias son menos reactivas con COS y CS2 que las aminas primarias por lo que los productos de reacción no son corrosivos, por lo que son el camino natural para el tratamiento de corrientes de gas conteniendo los compuestos antes mencionados. La baja presión de vapor de las dietanolaminas hace deseable las operaciones a baja presión porque las pérdidas por vaporización son insignificantes.

La solucion de dietanolamina bien agotada en el regenerador, al regresar al absorbedor a la suficiente presión produce un gas de alta pureza que cumple con las especificaciones requeridas, la presencia de impurezas en la solución como el COS y CS2 no la afectan y la descomposición de otros productos que puedan ser formados se remueven fácilmente por filtración en carbón activado. En general las soluciones de dietanolamina son menos corrosivas que las de monoetanolamina porque los gases ácidos son agotados fácilmente y con menor requerimiento de calor en el reboiler. En conclusión la descomposición de productos de reacciones laterales no son corrosivos.

No existe un mecanismo único de reacción responsable de la corrosión en sistemas de amina, pues depende de muchos factores: como el tipo de amina usada, presencia de contaminantes en la solución, tipo de carga de gas amargo en la amina, las temperaturas y presiones existentes en los diferentes puntos de la planta, la velocidad de la solución, etc.

Es una realidad que el CO2 libre o combinado es causa de corrosión, principalmente a altas temperaturas y en presencia acuosa, se piensa que el mecanismo involucrado consiste en la reacción del fierro metálico con ácido carbónico, lo que resulta en la formación de bicarbonato de fierro soluble, con posterior calentamiento de la solución se separa el CO2 y ocurre la precipitación del fierro como un carbonato insoluble. Con la separación del

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