Primeras Jornadas Sobre Operacin y Mantenimiento de Plantas de Aminas

T-04

FORMACIN DE ESPUMA EN PLANTAS DE AMINASHctor Pacheco Chaco S.A. Bolivia

FUNDAMENTOS TERICOS DE LOS PROCESOS DE AMINA El Proceso de Amina El Proceso de Amina consiste bsicamente en dos partes: una Torre Contactora y una Torre Regeneradora. La Torre Contactora es bsicamente una Torre Absorbedora que contiene Platos. La Amina Pobre o regenerada es enfriada en un intercambiador y alimentada a la parte superior de la Torre. Las bajas temperaturas favorecen la absorcin de H2S, pero no debern ser demasiado bajas de manera que el gas no forme condensados lquidos. El gas cido que contiene H2S y CO2 es alimentado por el fondo a la torre. La Solucin de Amina absorbe el H2S y el CO2 y deja el fondo como Amina Rica. El gas dulce deja la torre y pasa a travs de un tanque Knockout que recupera la Amina que es arrastrada por la corriente debido a la formacin de espuma y rebalses. La Amina Rica se va al tanque de alimento de la Regeneradora. La Presin en este tanque normalmente es menor a 100 Psig. Este Tanque es particularmente importante si se tienen contactoras de alta presin. Una segunda funcin es la de separar cualquier hidrocarburo lquido que este asociado con la Amina Rica. La Amina Rica del Tanque de Alimento es precalentada por un intercambiador con los lquidos del fondo de la regeneradora y despus enviada a los platos del regenerador. Es bsicamente una Torre que remueve el H2S y el CO2 de la Amina. Los gases de cabeza de la torre pasan a travs de un condensador para remover la mayor parte del agua del gas cido antes eliminarse y el agua condensada es usado como reflujo en la torre. La Amina Pobre es enfriada y enviada al tanque de surgencia de donde una parte de la Amina pasa a travs de filtros para mantenerla libre de partculas slidas.A sep araci n

Gas tratado

PLANTA DE AMINA (CARRASCO)Gas de al ta presi n > 1100 psi g Drenaje de agua DEA pobre o regenerada DEA rica o con CO2DP I 203

Venteo de gas CO2

Gas ci do

AC-2 15

V-2 16

T-203 T-206| FIC 203 DP I 206

TI 203

E-2 11P/T 17.0

A B S O R C I O N

E-2 02 V-2 04

F-208

S T R I P P E R

FIC 207

F-210

LIC 203 R/T 1.00

F-210 FIC 201 P/T 17.0

V-2 08

E-2 07

V-208

HC

LIC 208

Acei te de calefacci n F-212B F-214 F-212A AC-2 09

P-2 02A

T-205

T-221

r.p.m.TIC 209

P-2 02B

Tk-219

Chaco S.A. 1 de 16

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La Qumica de la Amina Los gases cidos como el CO2 y el H2s forman soluciones de cidos cuando se disuelven en agua. El CO2 disuelto en agua es llamado cido carbnico o agua carbonatada. Es un cido relativamente fuerte que podra causar corrosin severa en las lneas de acero al carbono. El camino mas obvio para remover el gas cido es lavarlo con un compuesto bsico y formar una sal en la reaccin clsica de neutralizacin o una absorcin qumica. Todas las reacciones cido-base estn acompaadas de liberacin e energa. Si bien un lavado custico del sistema es muy efectivo en la remocin de CO2 y H2S de la corriente del gas, tiene bsicamente un paso simple en la operacin y los qumicos son consumidos en un periodo de tiempo determinado. Esto requiere que la solucin custica consumida sea dispuesta y puede llegar a ser un problema debido a las regulaciones ambientales. El objetivo entonces estaba centrado en encontrar un solvente o base que fuera lo suficientemente fuerte y efectivo para remover los gases de la corriente de gas tratada. Y al mismo tiempo la base requerida debera tener una pequea liberacin de energa de reaccin y que el solvente pueda ser regenerado y re-usado al devolver el calor de reaccin en el sistema y revertir la reaccin cidobase. Los solventes desarrollados para este uso fueron los Alcano aminas. Los primeros solventes usados fueron la Trietanolamina (TEA) y la Monoetanolamina (MEA), posteriormente la Dietanolamina (DEA) se convirti en el solvente mas comn, capturando los mercados. Recientemente la Metildietanolamina (MDEA) entra en escena y empieza a tomar el mercado. Aminas Primarias Monoetanolamina (MEA) Diglicolamina (DGA) Aminas Secundarias Dietanolamina (DEA) Di-isopropanolamina (DIPA) Aminas Terciarias Trietanolamina (TEA) N-Metildietanolamina (MDEA) C2H4OH - N - C2H4OH \ C2H4OH C2H4OH - N - C2H4OH \ CH3 C2H4OH - NH - C2H4OH C3H5OH - NH - C3H5OH C2H4OH - NH2 HOC2H4OC2H4 - NH2

Amina MEA DGA DEA DIPA MDEA

Calor de Reaccin BTU/lb CO2 825 850 653 550 475

BTU/lb H2S 820 674 511 475 455Chaco S.A. 2 de 16

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Reacciones con la Aminas Amina + CO2 2 RNH2 + CO2 2 RNH2 + CO2 + H2O RNH2 + CO2 + H2O (RNH3)2CO3 + CO2 + H2O Amina + H2S 2 RNH2 + H2S RNH2 + H2S ----------> ----------> (RNH3)2S RNH3HS (Reaccin Sulfuro) (Reaccin Bisulfuro) ---------> ---------> ---------> ---------> RNHCOONH3R (RNH3)2CO3 RNH3HCO3 2 RNH3HCO3 (Reaccin Carbamato) (Reaccin Carbonato) (Reaccin Bicarbonato) (Reaccin Bicarbonato)

Las Reacciones de Aminas Terciarias Estas son selectivas en la remocin de H2S, estas Aminas no forma Carbonatos. Las Aminas pueden degradar en condiciones de Planta en dos tipos de Productos: Inicos y Noinicos. Los productos inicos poseen carga elctrica y son comnmente encontrados en las soluciones de amina. Los productos inicos son el resultado de dos diferentes procesos, degradacin de la Amina que forman aniones tales como los acetatos, formaldehdos y oxalatos y reacciones qumicas del H2S con el oxgeno que forman sulfatos y tiosulfatos. Los productos inicos formados reaccionan inmediatamente con la Amina muchos de la misma manera que el gas cido lo hace, pero estos son mucho mas ligados. El trmino Sales Estables al Calor es dado para aquellas sales formadas y sus compuestos no son regenerables con el calor como el CO2 y el H2S. La Amina que tiene esta clase de sales, esta imposibilitada de reaccionar con los gases cidos y de ah reduce la capacidad de endulzamiento de la solucin de Amina en general. Los compuestos de degradacin No-inicos con una carga elctrica no asociada son tambin comnmente encontrados en soluciones de Amina. Al contrario de los compuestos inicos, los productos de degradacin No-inicos no forman sales estables con la Amina. Los compuestos Noinicos de degradacin vienen bsicamente de la degradacin de la misma Amina debido a medios termales o a las reacciones con el CO2, O2 y compuestos orgnicos sulfurosos como el COS, CS2 a temperaturas relativamente altas.

Descomposicin Termal amonio polmeros Compuestos Cclicos Reacciones Qumicas Irreversibles Amina + CO2 oxazolidinona + COS cidos carboxlicos + O2 Imidazolidona + O2 cidos carboxlicosChaco S.A. 3 de 16

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Contaminantes que causan degradacin de la Amina NaCL cidos inorgnicos cidos carboxlicos Hidrocarburos Impurezas (NH3, HCN, SO2, CS2, etc.) Qumicos del Tratamiento de las lneas Los productos de degradacin No-inicos no son salinos pero son lo suficientemente bsicos, menos que la Amina virgen, de ah que cualquier solucin de Amina con productos de degradacin resulta en la reduccin de la actividad de la Amina dejando prdidas en la capacidad de endulzamiento de la Amina. Los dos tipos de productos de degradacin: inicos y no-inicos se mantienen en la solucin de Amina una vez que se forman. Las pruebas de Laboratorio muestran que los filtros de carbn no remueven efectivamente ni los productos de degradacin inicos ni los No-inicos de la solucin de Amina, de ah que estos productos van a continuar incrementndose hasta llegar a unos niveles intolerables y en este punto la Amina es descartada o llevada a un proceso de destilacin. Tipos de Amina 1. Monoetanolamina (MEA) Frecuentemente preferida para corrientes de gas de baja presin. 2. Dietanolamina (DEA) el tipo de Amina mas usada 3. Diglicolamina (DGA) Utilizada en climas muy fros. 4. Metildietanolamina (MDEA) remueve selectivamente el H2S y aplicado para remover grandes volmenes de CO2 FORMACIN DE ESPUMAS FUNDAMENTOS Uno de los grandes problemas en el proceso de extraccin de CO2 es sin lugar a dudas la formacin de espuma, que inevitablemente causa discontinuidad en las operaciones lo que causa un incumplimiento de contratos en trminos de volmenes y especificaciones del gas comprometido para la venta, as mismo se elevan los costos de operacin por probables perdidas de amina por el arrastre que podra causar la corriente del gas tratado aguas abajo del proceso, causando a su vez la perdida de eficiencia del sistema de deshidratacin de glicol y las Cribas moleculares en el caso de tratamiento en una planta criognica, tambin tenemos como resultado negativo el alto poder corrosivo de la amina que podra ser arrastrada con la corriente de gas, causando daos irreversibles en la estructura metlica. La espuma se origina por cambios en las propiedades de la superficie. Cuando la tensin superficial es lo suficientemente pequea, la solucin puede crear una capa elstica muy delgada que puede encapsular una burbuja de gas y formar pequeas gotitas de lquido. Los contaminantes qumicos mencionados tienden a bajar esa tensin superficial, que hace crecer la tendencia a la formacin de espuma. Chaco S.A. 4 de 16

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Inevitablemente, productos de corrosin como FeS y FE2O3 estn siempre presentes debido al agresivo ambiente creado por los gases cidos y la amina.. Estos incrementan la viscosidad de la superficie del film alrededor de la burbuja, la que evita la migracin de lquido alejarse de la pared de la burbuja y estabiliza la espuma, este efecto se aprecia como un tapn para el libre paso del gas en la torre y equipos. Las partculas ms pequeas,