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• David Jesus Parina

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Contenido 1.INTRODUCCIÓN:............................................................................................ 2 2. OBJETIVOS:.................................................................................................. 2 3. MARCO TEÓRICO:......................................................................................... 3 Procesos Típicos De Tratamiento De Gas Por Remoción De Gas Ácido.........................4 4 CONCLUSIONES:.......................................................................................... 15 5. BIBLIOGRAFIA:............................................................................................ 15

REMOCION Y RECUPERACION DE AZUFRE 1

1. INTRODUCCIÓN: Generalmente el gas natural que se produce a nivel mundial contiene CO 2. Además, en muchas partes del mundo principalmente al norte de la línea ecuatorial, el gas natural contiene también H 2S. Ambos compuestos son ligeramente solubles en agua; cuando estos gases se disuelven en agua forman una solución medianamente acidificada, razón por la que estos compuestos son llamados gases ácidos. Las especificación máximas de CO2 y H2S a nivel internacional son 2 % vol y 4 ppmv, respectivamente. Cuando un gas natural excede las especificaciones por H2S y/o CO2 se denomina un gas agrio; por el contrario, cuando el contenido de estos compuestos en el gas natural está por debajo de los límites especificados para gas de venta, se dice que es un gas dulce. El gas natural que tiene concentraciones de H 2S y CO2 por encima de los límites permisibles, tiene que ser tratado para removerle el gas ácido. Como el H 2S reacciona con muchos compuestos, hay una gran variedad de procesos para extraerlo químicamente. En pequeñas concentraciones, es económica su remoción haciéndolo reaccionar con compuestos sólidos secos como el óxido de hierro o el óxido de zinc. Cuando las concentraciones son altas, se usan los solventes. 2. OBJETIVOS: Conocer los métodos y formas de recuperación y remoción de azufre (convertir el H2S presente en azufre elemental)

3. MARCO TEÓRICO: ENDULZAMIENTO DE GAS Y SUS PROCESOS

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i) Endulzamiento. Donde se le remueve por algún mecanismo de contacto el H2S y el CO2 al gas. Esto se realiza en una unidad de endulzamiento y de ella sale el gas libre de estos contaminantes, o al menos con un contenido de estos igual o por debajo de los contenidos aceptables.

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ii) Regeneración. En esta etapa la sustancia que removió los gases ácidos (H2S y el CO2 como también compuestos sulfurados y mercaptanos (RSR), sulfuros de carbonilo (SCO) y di sulfuro de carbono (CS2) se someten a un proceso de separación para removerlos, reciclarlos y poderlos usar en nueva etapa de endulzamiento.

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iii) Recuperación del Azufre. Como el H2S es un gas altamente tóxico y de difícil manejo, es preferible convertirlo a azufre elemental, esto se hace en 2

la unidad recuperadora de azufre. Esta unidad no siempre se tiene en los procesos de endulzamiento pero cuando la cantidad de H2S es alta se hace necesaria. En la unidad recuperadora de azufre se transforma del 90 al 97% del H2S en azufre sólido o líquido. El objetivo fundamental de la unidad recuperadora de azufre es la transformación del H2S, aunque el azufre obtenido es de calidad aceptable, la mayoría de las veces, para comercializarlo. 

iv) Limpieza del gas de cola. El gas que sale de la unidad recuperadora de azufre aún posee de un 3 a un 10% del H2S por lo que se debe eliminar de acuerdo a las reglamentaciones ambientales y de seguridad. La unidad de limpieza del gas de cola continua la remoción del H2S bien sea transformándolo en azufre o enviándolo a la unidad recuperadora de azufre. El gas de cola al salir de la unidad de limpieza debe contener solo entre el 1 y 0.3% del H2S removido. La unidad de limpieza del gas de cola solo existirá si existe unidad recuperadora.

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v) Incineración. Aunque el gas que sale de la unidad de limpieza del gas de cola sólo posee entre el 1 y 0.3% del H2S removido, aun así no es recomendable descargarlo a la atmósfera y por eso se envía a una unidad de incineración donde mediante combustión el H2S es convertido en SO2, un gas que es menos contaminante que el H2S. Esta unidad debe estar en toda planta de endulzamiento.

DETECCION DE ESTE GAS TOXICO:

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La correcta detección del gas se logra mediante el uso de detectores personales, detectores fijos, detectores portátiles y tubos calorímetros de detección

Procesos Típicos De Tratamiento De Gas Por Remoción De Gas Ácido.

La mayoría de los gases agrios se tratan con solventes regenerables para separar los gases ácidos de los hidrocarburos. El gas entra al separador de entrada en el cual se separa cualquier líquido condensado y fluye a la absorbedora por el fondo.

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Por la parte superior de la torre entra el solvente pobre (generalmente aminas) disueltas en agua y en la medida que fluye hacia a abajo de plato a plato, se pone en intimo contacto con el gas que fluye hacia arriba burbujeando en el líquido. Cuando el gas alcanza la cima de la torre. El gas es ahora dulce y cumple con las especificaciones de H2S y CO2, pero como está saturado con agua, generalmente va a un proceso de deshidratación. Normalmente se opera a niveles de presión de 950 psig (66,8 kg/cm2) El solvente rico en hidrocarburos sale por el fondo de la contactadora y pasa por una válvula de control en la cual cae la presión a un nivel de 70 psig (4.9 kg/cm2) A dicha presión entra a un tambor “flash” en el cual la mayoría de hidrocarburo gaseoso disuelto y algo de gas acido se separan. Endulzamiento del gas Natural

A continuación la solución rica intercambia calor con la solución regenerada o pobre que sale caliente de la torre despojadora. Luego de precalentarse entra a la despojadora o regeneradora donde el proceso ocurre alrededor de 14 psig (0,98 kg/cm2) a la temperatura respectiva de ebullición de la solución. El calor al fondo de la torre se suministra con un rehervidor.

Los vapores que salen por el tope de la torre pasan por un condensador y un separador ó tambor de reflujo, en el cual se separa el gas ácido y el líquido condensado. Este líquido es bombeado nuevamente por la parte superior de la torre como reflujo. La corriente de gas ácido es una corriente de deshecho que debe ser incinerada o tratada para convertir el H 2S generalmente en azufre.

La solución regenerada sale por el fondo de la torre o el rehervidor, pasa por el intercambiador solvente pobre / solvente rico y va al tanque de reposición de solvente. Del tanque se bombea a través de un enfriador en el cual se controla la temperatura apropiada para el tratamiento en la contactara, que generalmente es 10 °F más caliente que el gas de carga para evitar condensación de hidrocarburos que causan problemas de espuma en el proceso.

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FIGURA 2 -1.

Remoción Gas Ácido

Fuente: “GPSA ( )” Ga s Processors Suppliers Association

Siguiendo el sistema de endulzamiento del gas natural, a continuación viene el proceso de recuperación de azufre, que se muestra en la Fig. 2-3 que se presenta a continuación.

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FIGURA 2 -3.

Recuperación de Azufre

Fuente: Base de Datos de PEMEX, Gas y Petroquímica Básica. El gas ácido (H2S ácido sulfhídrico + CO2 bióxido de carbono), proveniente del proceso de endulzamiento, pasa por un reactor térmico (cámara de combustión) y posteriormente pasa a dos reactores catalíticos, donde finalmente se logra la conversión del H2S (ácido sulfhídrico) en azufre elemental. El azufre elemental se almacena, transporta y entrega en estado líquido. De la misma forma la acidez del gas se puede eliminar con procesos de adsorción secos con lechos adsorbedores de diferente naturaleza. Algunos de los usados para remover el H2S son el Sulfatreat, Iron sponge y tamices moleculares SULFATREAT Es el nombre comercial de un reactivo sólido a base de hierro para la eliminación de H2S de corrientes gaseosas. El proceso consiste en reactivos cilíndricos verticales en donde el reactivo es alojado en forma de lecho sólido. En gas ingresa al lecho o batería de lechos por la parte superior y los atraviesa saliendo por la conexión inferior. El H2S reacciona con el SULFATREAT y es removido de la corriente. En el fondo del recipiente puede acumularse agua (liquida) u otros hidrocarburos condensados las cuales deben purgarse periódicamente. 6

IRON SPANGE: En el proceso del hierro esponja, la proporción de oxígeno que se encuentra combinada químicamente con el hierro en el mineral se va reduciendo paulatinamente gracias a la acción de una mezcla de hidrógeno (H) y monóxido de carbono (CO), que se inicia a 800° C. Ambas sustancias toman átomos de oxígeno del mineral (se oxidan) para formar H2O y CO2. De esta manera, el óxido de hierro del mineral, Fe2 O3, se convierte en Fe3 O4, luego en FeO y finalmente en el elemento Fe. Es decir, el mineral de hierro se reduce (pierde oxígeno). El resultado es un hierro poroso, esencialmente con la misma forma y tamaño que la partícula del mineral, que es una magnífica carga para la elaboración de acero en un horno eléctrico, pues está libre de impurezas metálicas, es fácil de manejar y transportar y posee una composición química uniforme y precisa , además de que es muy económica.

Proceso de CLAUS para recuperación de AZUFRE.Los métodos que se empleaban eran del tipo de conversión en lecho catalítico seco, como los procesos Claus modificado y el de la oxidación directa

El proceso Claus trabaja correctamente con gases que contengan más del 20% (en volumen de sulfuro de hidrogeno y menos del 5% en hidrocarburos). El rendimiento global no es superior al 95% (del 90% al 93%). Esta limitado por consideraciones termodinámicas. Mencionaremos algunas limitaciones con la q no se puede trabajar con este proceso: 1. Proceso de combustión parcial: a)Concentración de sulfuro de hidrogeno: mayor o igual al 50% 7

b)Concentración de hidrocarburo: menor al 2% 2. Proceso de flujo dividido: a)Concentración de sulfuro de hidrogeno: 20 a 50% b)Concentración de hidrocarburo: menor al 5% reactor El reactor debe ser de flujo continuo. Y como el catalizador se encuentra colocado en camas (lechos) el reactor mas adecuado es un reactor de lecho fijo, que consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catalizador, que operan en posición vertical. Las partículas catalíticas pueden variar de tamaño y forma: granulares, cilíndricas, esféricas, etc. catalizador alúmina(Al2O3) Propiedades  Estado de agregación: sólido  Densidad 3860 kg/m3; 3,86 g/cm3  Masa molar 101,96 g/mol  Punto de fusión 2345 K (-270,805 °C)  Punto de ebullición 3250 K (-269,9 °C)  Solubilidad en agua: insoluble Necesidades de servicios generales de la unidad de azufre Claus:  Electricidad: 1.701KWh/día  Agua de alimentación al calderin: 48gpm  Producción de vapor, 250psia: 23.040 lb/hr Aplicaciones  El proceso Claus se emplea ampliamente en refinerías y plantas de tratamiento de gases, ya que sus características se adaptan muy bien a los caudales y composiciones de gas acido, que se obtienen en las refinerías. En las plantas de tratamiento de gas, las concentraciones en H2S del gas acido suelen ser más bajas y las plantas necesitan algunas modificaciones.

Proceso Claus de combustión parcial (un solo paso)

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En el proceso de un solo paso, se introduce al quemador la cantidad suficiente de aire para quemar una tercera parte del sulfuro de hidrogeno hasta dióxido de azufre. Este quemador se sitúa en una cámara de reacción que puede ser un recipiente separado o bien una parte del calderin de residuo. El objetivo de la cámara de reacción es proporcionar suficiente tiempo para que la reacción de combustión se complete antes de que la temperatura del gas se reduzca en el calderin de residuo. El calderin de residuo elimina la mayor parte del calor de la reacción exotérmica de los gases mediante la producción de vapor. Se emplean distintos tipos de calderines. Usualmente están dispuestos de modo que el gas circule por diversos grupos de tubos en serie con unas cámaras o “canales” en las que una parte de los gases pueda extraerse a una elevada temperatura y así se recaliente la corriente principal de gas antes de los convertidores catalíticos. Frecuentemente condensa algo de azufre elemental, que se elimina del gas en el calderin. En algunas plantas se coloca un condensador separado después del calderin. Se controla la temperatura del gas de modo que sea de 425 a 475ºF. Ello es necesario para mantener el lecho de catalizador por encima del punto de roció del azufre, para evitar que el catalizador se recubra con azufre y se desactive. La reacción entre el sulfuro de hidrogeno y el dióxido de azufre en el convertidor es también exotérmica. Los gases del convertidor se enfrían en el condensado siguiente, y se elimina la mayor parte del azufre elemental como liquido. Las temperaturas de salida del condensador deben mantenerse por encima de 250ºF, para impedir la solidificación del azufre. Normalmente se disponen dos convertidores y dos condensadores en serie, pero algunas plantas mas modernas tienen tres convertidores. El rendimiento global, tal como se a indicado anteriormente, no es superior al 95%. Esta limitado por consideraciones termodinámicas. Las modificaciones al proceso en un solo paso se centran en el empleo de varios métodos de recalentamiento para el control de la temperatura del alimento del convertidor tales como cambiador de calor con convertidor de gases de salida, quemadores en línea y recalentadores del tipo de horno.

Proceso Claus diagrama de flujo de un solo paso:

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Su reacción es: Quemador: 2H2S + 2O2 Reactor:

2H2S + SO2

SO2 + S + 2H2O 3S + 2H2O

Proceso Claus diagrama de flujo dividido:

Proceso Claus de combustión parcial (un solo paso) La corriente de gas rica en sulfuro de hidrogeno se quema con la tercera parte de la cantidad estequiometria de aire, y los gases calientes se pasan por un 10

catalizador de alumina, para hacer reaccionar el dióxido de azufre con el sulfuro de hidrogeno no quemado para producir azufre elemental adicional.

Compuesto carbono azufre El sulfuro de carbonilo (COS) y el desulfuro de carbono (CS2) han presentado problemas en muchas plantas Claus debido al hecho que no pueden convertirse con facilidad en azufre elemental y dióxido de carbono. Estos compuestos se forman en la etapa de combustión, por la reacción de los hidrocarburos con el dióxido de carbono, de acuerdo con:

Son también posibles reacciones más complejas. Estos compuestos, si no se transforman, representan una pérdida de azufre recuperable y un aumento en la emisión de azufre a la atmosfera. Estudios recientes indican que un catalizador especial de alúmina es significativamente más efectivo que el convencional a base de bauxita, para convertir el COS y el CS2 en azufre elemental.

UNIDAD DE RECUPERACIÓN DE AZUFRE CLAUS Base: 100.000 BPDC

Aceite crudo, North Slope,Alaska

90% recuperación de azufre

86,6Ton/día de azufre

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Una unidad de azufre Claus reducirá el contenido de sulfuro de hidrogeno de los gases de salida a menos de 5 ppm.

Proceso SuperClaus recuperación de azufre

Las plantas recuperadoras de azufre que cuentan con proceso súper Claus incrementan su porcentaje de recuperación de azufre al 98.5% El proceso superclaus consiste de una etapa termica , seguida por 3 de reacción catalíticas (R1, R2, R3), con sus correspondientes condensadores para la remoción de azufre. Los 2 primeros son de Al203 y el tercero es por un catalizador de oxidación selectiva. En la etapa térmica, el gas acido se quema con una cantidad subestequimoetrica de aire de combustión controlada, tal que el gas de cola que abandona el segundo reactor (R-2), típicamente contiene de 0.8% a 1.0% vol. De acido sulhidrico (H2S). El nuevo catalizador en el tercer reactor (R-3), oxida el acido sulfhídrico a azufre con una eficiencia mayor de 85 %. Sin embargo, dado que el nuevo catalizador de oxidación selectiva ni oxida el H2S a azufre y agua, ni revierte la reacción de azufre y agua a H2S y SO2, entonces se puede

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obtener una eficiencia total de recuoeracion de azufre de hasta 99.0%. El azufre liquido recuperado tiene una pureza del 99.9%.

4 CONCLUSIONES: Se conoció los métodos y formas de recuperación y remoción de azufre (convertir el H2S presente en azufre elemental).

5. BIBLIOGRAFIA: http://www.scribd.com/doc/107024066/Tomo-II-Cap-2-Endulzamiento 13

http://www.gas.pemex.com/PGPB/Responsabilidad+social/Protecci %C3%B3n+ambiental/Emisiones/PlantaAzufre.htm http://www.monografias.com/trabajos5/petroleo/petroleo2.shtml http://www.buenastareas.com/ensayos/Proceso-De-Endulzamiento-y-Recuperaci %C3%B3n-De/1765146.html http://www.monografias.com/trabajos96/analisis-contaminantes-petroleocrudo/analisis-contaminantes-petroleo-crudo.shtml#ixzz3IuYDaIZm http://es.wikipedia.org/wiki/Plantas_de_procesamiento_del_gas_natural http://profesores.fi-b.unam.mx/l3prof/Carpeta%20energ%EDa%20y %20ambiente/Gas%20Natural.pdf

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