DMEA
Curso de entrenamiento para operadores
Agenda
Primer día: Introducción, conceptos, seguridad, descripción del proceso
Segundo día: Descripción del proceso Tercer día: Descripción del proceso Cuarto día: Operación Quinto día: Aclaración dudas,
evaluación
INTRODUCCION
Objetivo:
Obtener los conocimientos y herramientas que permitan iniciar la operación de manera eficiente y segura.
Alcance:
Principios de operación, sistemas de protección y control, escenarios operacionales.
Metodología:
Participación activa de todos.
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Sesiones contínuas de no más de 45 min.
Introducción
Propósito Retirar exceso de CO2 y H2S del gas natural
Bases de diseño Gas de entrada
Rata de flujo: 450 MMSCFD Presión: 75 kg/cm2g (1066 psig) Temperatura: 49 C (120 F) Contenido CO2 : 3.25% mol Contenido H2S : 1.35% mol
Gas de salida: Contenido CO2 : 1.0 % mol Contenido H2S : 4 ppm
Introducción
Por qué? H2S es tóxico y puede ser letal a bajas
concentraciones Cuando H2S esta presente en el gas combustible,
uno de los productos de combustión será el dióxido de azufre, el cual contamina el ambiente y es uno de los componentes de la lluvia ácida
CO2 reduce el valor calórico del gas combustible por ser no combustible
H2S y CO2 son gases ácidos. Disueltos en agua forman soluciones ácidas, las cuales son corrosivas
Introducción
Cómo? En unidades de amina Solución circulante de amina Absorbe gas ácido a altas presiones y bajas
temperaturas (contactora) Libera el gas ácido a bajas presiones y altas
temperaturas (regenerador) Proceso reversible Diagrama de bloques
Introducción
Cómo? Diferentes tipos de amina MDEA Solución diluída con agua tratada al 50% en
peso Rata de circulación: 2400 gpm
Conceptos básicos
Absorción Gas ácido Adsorción Amina Solución de amina Anti espumante ASME ASTM Gas cobertura Punto de ebullición BTU
C Coalescencia Composición Condensado Punto de rocío Equilibrio F Flash point Agua libre GPM Calor de reacción
Conceptos básicos
Sales estables al calor Transferencia de calor Calor de combustión Pesados Aceite caliente Hidratos Ion Amina pobre Amina rica Cargante pobre MAWP
Micron MMSCFD
Mol Fracción molar NACE Gas natural Ppm Pirosfórico Gas amargo Gas dulce Cargante rico Agua ácida
Química de aminas
MDEA Metil dietanolamina Amina terciaria [HO(CH2)2]N CH3
Reacción con H2S Aminas primarias, secundarias y terciarias reaccionan directa y
rápidamente con H2S disuelto para formar un sulfido de amina a una relación molar de 1 mol de H2S por un mol de amina
Reacción con CO2 Aminas primarias y secundarias reaccionan con CO2 para
formar ion carbamato que se hidroliza a carbonato y bicarbonato.
Aminas terciarias no producen ion carbamato
Química de aminas
Reacción con CO2
Requiere que el CO2 se hidrate primero a ácido carbónico, el cual entonces reacciona con la amina
Reacción lenta determina la rata MDEA
Menos corrosiva que otras aminas en ambientes de H2S / CO2(menos básica)
Iones carbamato son precursores de componentes ácidos de degradación de amina
Puede ser usada a concentraciones y cargas de ácido relativamente altas
Química de aminas
MDEA Es selectiva hacia H2S sobre CO2, por la
diferencia en kinética (velocidad) en las reacciones con CO2
Química de aminas
Principales reacciones de MDEAAbsorción de H2S
R2R’N + H2S ------- R2R’NHSH
Hidratación de CO2
CO2 + H2O ----- H2CO3 (lenta)
Absorción de CO2
R2R’N + H2CO3 ----- (R2R’NH2)2CO3 (rápida)
Formación de carbamatoNinguna
Propiedades fisicas
Seguridad
Sustancias potencialmente peligrosas Amina Aceite caliente Anti espumante Hidrocarburos líquidos y gaseosos Dióxido de carbono CO2
Sulfuro de hídrógeno H2S
Seguridad
Procedimientos Aislamientos, inhibiciones de protecciones Permisos de trabajo
Identificación de peligros potenciales Precauciones a tomar por la autoridad de área Precauciones a tomar por la autoridad ejecutante Monitoreo de atmósfera
Espacios confinados Presiones, temperaturas de trabajo Procedimientos de emergencia
Qué hacer? Contactos
Descripción del proceso
Esta unidad consta de dos sistemas: Sistema de endulzamiento de gas Sistema de regeneración de amina
Sistema de endulzamiento de gas Retirar exceso de CO2 y H2S del gas natural Contacto entre gas de entrada y solución de
amina en torre operando a alta presión y moderada temperatura
Descripción del proceso
Bases de diseño Gas de entrada
Rata de flujo: 450 MMSCFD Presión: 75 kg/cm2g (1066 psig) Temperatura: 49 C (120 F) Contenido CO2 : 3.25% mol
Contenido H2S : 1.35% mol
Gas de salida: Contenido CO2 : 1.0 % mol
Contenido H2S : 4 ppm
Descripción del proceso
Equipo mayor Vasijas
AC9-FA-8411A Depurador de gas amargo HP AC9-FG-8414A Depurador de gas dulce
Filtros AC9-FG-8412A Filtro/separador de gas amargo
HP Torres
AC9-DA-8413A Contactora MDEA Bombas
AC9-GA-8414A/B Bombas de agua de lavado
Descripción del proceso
Gas de entrada Depurado para remover líquidos libres
arrastrados con la corriente de gas Depurador de gas amargo HP (AC-FA-8411A)
Filtrado para remover gotas de líquido y partículas sólidas
Filtro/separador de gas amargo (AC-FG-8412A)
Descripción del proceso
Depuración del gas de entrada Mínima cantidad de líquidos libres en
operación normal Potencial de formación durante arranques y
pertubaciones aguas arriba Líquidos retirados mediante control de nivel Rompedor de neblina para atrapar gotas
líquidas de la corriente de gas Apéndice A, Figura 1
Descripción del proceso
Filtración del gas de entrada Filtro/separador: vasija de dos etapas (Apéndice A,
Figura 2) Elementos filtrantes en la primera etapa Ciclotubos en la segunda etapa En la primera etapa ocurren tres cosas:
Partículas sólidas son capturadas y retenidas por los elementos filtrantes
Gotas grandes (>20 micrones) se acumulan en el exterior de los elementos filtrantes, coalescen y caen al fondo de la vasija
Gotas pequeñas (1 a 20 micrones) coalescen a través de los filtros y son arrastradas a la segunda etapa por el gas
Descripción del proceso
Filtración del gas de entrada En la segunda etapa las gotas de líquidos son
forzadas hacia las paredes de los ciclotubos donde coalescen
Los líquidos abandonan los ciclotubos en varios puertos a lo largo del tubo y caen al fondo de la vasija
Esta etapa remueve gotas de líquido hasta de 1 micrón de tamaño
Los líquidos se recogen en el fondo de cada etapa y se drenan al cabezal de condensados HP por control de nivel
Descripción del proceso
Filtración del gas de entrada Partículas sólidas se acumularán en los
elementos filtrantes La caída de presión aumentará Cambio de filtros usando by-pass con la
vasija en operación
Descripción del proceso
Tratamiento de amina Apéndice A, Figuras 3 y 4 Solución de amina fluye a través de cada plato manteniendo
un nivel en cada plato antes de caer al siguiente Gas fluye hacia arriba a través de válvulas flotantes, que
permiten su paso hacia arriba pero restringen el de líquidos hacia abajo
Gas y líquido entran en íntimo contacto en cada plato, dando tiempo suficiente a la amina para absorber CO2 y H2S
El mecanismo de absorción envuelve reacciones ácido-base, las cuales generan calor
Descripción del proceso
Tratamiento con amina Contactora equipada con:
Indicadores de temperatura La más alta se espera de 94C en la parte inferior de la torre,
donde la mayoría del gas ácido es absorbido Las corrientes de alimentación enfrían el tope y fondo de la torre
Puntos de alimentación alternos en platos #5 y #11 Para reducir número de platos en uso y así reducir la absorción
de CO2 cuando sea necesario (CO2 se absorbe más lentamente que H2S)
Indicador de presión diferencial Malla en la parte superior para retener amina arrastrada por la
corriente de gas
Descripción del proceso
Tratamiento con amina Amina rica: recogida en el fondo de la torre Abandona la torre bajo control de nivel Tiempo de residencia: 3 min. Fluye a regeneración a 72C Gas dulce: saliendo del tope de la torre,
saturado con agua. Fluye al depurador aguas abajo a 56C
Perfil presión-temperatura en Contactora MDEA
1068
1069
1070
1071
1072
1073
1074
1075
1076
1077
Plato
Pre
sió
n (
psi
a)
0
50
100
150
200
250
Tem
per
atu
ra (
F)
PRESION TEMPERATURA
PRESION 1071 1071 107110721072 1072 1072 1072 1072 10731073 1073 1073 1073 1073 10741074 1074 1074 1074 1074 10751075 1075 1075 10751076 10761076 1076
TEMPERATURA 132 134 136 138 140 143 145 148 151 154 157 160 163 167 170 174 178 182 185 189 192 195 198 200 201 201 198 193 182 162
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Descripción del proceso
Depuración del gas dulce Para recuperar amina arrastrada por el gas Depurador de Gas Dulce AC9-FA-8414A Gas fluyendo hacia arriba a través de cuatro platos
contactando 58gpm de agua descendiendo, agua de lavado
Diferencial de concentración de amina: I% peso vs 50% peso
Diferencial crea una fuerza que mueve el vapor de amina a la fase líquida para alcanzar una nueva condición de equilibrio
Descripción del proceso
Depuración del gas dulce Concentración de amina en agua de lavado mínima por
lavado contínuo del agua de lavado con agua fresca Agua fresca entra al sistema por control de flujo a través
de FV-8414AA Agua de lavado recogida en fondo del depurador
retirada por Bombas de Agua de Lavado (AC9-GA-8414A/B) y separada en dos corrientes:
Reciclo a plato superior de depurador (50gpm) por control de flujo
A plato superior de torre contactora (8gpm) por control de nivel
Descripción del proceso
Depuración del gas dulce Gas dulce lavado fluye a través de malla para
retirarle gotas de agua y abandona el tope del depurador
Condiciones de salida: 433.8 MMSCFD, 73.9 Kg/cm2, 55C 1% molar CO2, 4ppm H2S Saturado con agua
En caso de espuma en contactora, depurador mantiene amina fuera del equipo aguas abajo
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Propósito
Regenerar y recircular contínuamente la solución de amina usada en la contactora MDEA
Bases de diseño Tipo de amina: Metil-dietanolamina, MDEA Concentración: 50% peso en agua tratada Rata de circulación: 2400 GPM Carga pobre: 0.006 mol gas ácido/mol amina Carga rica: 0.355 mol gas ácido/mol amina
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Equipo mayor
Intercambiadores AC9-EA-8401A/B Intercambiador amina rica/pobre AC9-EA-8402A/B Rehervidores de MDEA (lados tubos)
Aeroenfriadores AC9-EC-8401A/B Enfriadores de MDEA AC9-EC-8402A/B Condensadores de reflujo de MDEA
Vasijas AC9-FA-8403A Tanque de expansión de MDEA AC9-FA-8404A Tanque de MDEA AC9-FA-8405A/B Acumuladores de reflujo de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Equipo mayor
Filtros AC9-FG-8402A Pre-filtro de MDEA pobre AC9-FG-8403A Filtro de carbón de MDEA pobre AC9-FG-8404A Post-filtro de MDEA pobre AC9-FG-8405A/B Filtros de MDEA rica
Torres AC9-DA-8402A/B Despojadoras de MDEA
Bombas AC9-GA-8402A/B/C/D Bombas de fondos de MDEA AC9-GA-8404A/B Bombas reforzadoras de MDEA AC9-GA-8405A/B/C/D Bombas de reflujo de MDEA AC9-GA-8413A/B/C Bombas de circulación de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de aminaAmina rica fluye desde la contactora de
MDEA al sistema de regeneración de amina a una rata de 2470 GPM y condiciones de 72 C y 74.6 Kg/cm2, para el caso de diseño
Tanque de expansión de amina rica Amina abandona contactora por
control de nivel Amina rica contiene algunos hc
livianos (metano, etano) absorbidos por MDEA por la alta presión, y gas ácido
Liberación de hc y algo de gas ácido por caída de presión en LV
Gas separado en el tanque de expansión
4.6 Kg/cm2
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina …Tanque de expansión de amina rica
Separador trifásico Hidrocarburos forman espumas
en despojadoras Gas separado fluye por control de
presión (PV-8403A/B) a compresores reforzadores, o, si no estan disponibles, a través de PV-8403AA a la tea
Presión mínima por gas de cobertura PVC-8403AC
Hidrocarburos líquidos sobre amina rica
Rebosarán a bolsillo y fluirán al cabezal de condensados LP por control de nivel
Mínima cantidad esperada en operación normal
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina …Tanque de expansión de amina
rica Amina rica fluye por debajo
del bolsillo de hidrocarburos y por rebose deja el tanque de expansión por control de nivel
Amina rica se divide en dos corrientes
Cada corriente regenerada en un tren de regeneración
Corrientes de amina pobre recombinadas aguas arriba de contactora de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Corriente de 1235 GPM de amina rica entra al tren a 72 C y 4.6 Kg/cm2
Filtración y calentamiento de amina rica
Filtrada para retirar partículas sólidas > 5 micrones en filtro de MDEA rica (AC9-FG-8405A)
Filtración mecánica para reducir tendencias de formación de espumas, corrosión por erosión, enmugramiento y taponamiento
Elementos a reemplazar cuando por alta caída de presión
By-pass para reemplazo de elementos filtrantes en línea
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Filtración y calentamiento de amina rica Amina filtrada es calentada a 93 C
por intercambio de calor con amina pobre regenerada
Intercambiador de amina rica/pobre (AC9-EA-8401A)
Dos propósitos: Optimizar operación en
despojadora y reducir carga calórica al rehervidor
Enfriar amina pobre para reducir carga al enfriador de MDEA
Amina rica caliente fluye por control de flujo a través de FV-8405AA al tercer plato de la despojadora de MDEA
Control en paralelo con tren B para mantener nivel en tanque de expansión de amina rica
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Despojo de gas ácido En Despojadora de MDEA (AC9-
DA-8402A). 20 platos Gas ácido absorbido despojado de
amina rica Con vapor producido en rehervidor
de MDEA por vaporización de parte del agua en la solución de amina
Amina pobre deja la despojadora por el fondo de la torre
Gas ácido abandona la despojadora por el tope de la torre
Despojadora operando a: 121 C en fondo, 94 C en cima Reflujo retorna a la cima a 49
C 0.28 Kg/cm2 (PV-8405AA)
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Despojo de gas ácido Vapor despojador sube a través
de la torre Transferencia de calor a solucíón
de amina descendiente Calor promueve desabsorción de
gas ácido Vapor condensado diluye
solución de amina y retorna a rehervidor
Vapor restante actúa como arrastrador para remover gas ácido desabsorbido de la solución de amina hacia arriba
Indicador de presión diferencial
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Equipo de cima de despojadora Vapor despojador fluye al
Condensador de Reflujo de MDEA (AC9-EC-8402A)
Enfriado a 49 C con aire forzado del ambiente
Mayor parte del vapor es condensado
Efluente condensador fluye a Tambor de reflujo de MDEA (AC9-FA-8405A) para separación
Vapor separado: gas ácido. CO2, H2S y vapor de agua
Gas ácido fluye del tambor por control de presión al cabezal de gas ácido
Líquido acumulado en fondo, reflujo, principalmente agua.
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Equipo de cima de despojadora Reflujo bombeado del tambor
por Bombas de Reflujo de MDEA (AC9-GA-8405A/B)
Una bomba operando, otra en spare
Reflujo bombeado a tope de despojadora por control de nivel
Reflujo lava amina en vapor de los dos platos superiores y se combina con la solución de amina fluyendo hacia abajo a través del resto de la torre
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Rehervidor de despojadora Solución de amina
completamente despojada de gas ácido antes de caer al plato “chimenea” (bajo plato #20)
Alimentada por gravedad al rehervidor de MDEA
Gas ácido caliente es muy corrosivo
Rehervidor diseñado para vaporizar 10% peso de su alimentación
Temperatura ebullición amina >> temp. ebullición agua
Vapor despojador Líquido remanente es amina
pobre
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Rehervidor de despojadora Efluente del rehervidor a base de
despojadora de MDEA para separación
Amina pobre se acumula en el fondo de la torre
Vapor despojador fluye hacia arriba a través de los platos para despojar el gas ácido de la corriente de solución de amina descendiente
Aceite caliente: fuente de calor para el rehervidor
Calentamiento indirecto protege amina de puntos calientes y subsecuente degradación térmica asociadas con fuego directob
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Enfriamiento de amina pobre Bombeada y presurizada a 5.3
Kg/cm2 por Bombas de fondos de MDEA (AC9-GA-8402A/B)
Enfriada a 101 C por intercambio con amina rica en Intercambiador amina rica/pobre (AC9-EA-8401A)
Más enfriada a 52 C por intercambio con aire forzado del ambiente en Enfriador de MDEA (AC9-EC-8401A)
Amina pobre enfriada fluye a través de válvula de control de nivel de despojadora de MDEA (LV-8402AA), se mezcla con la amina pobre del Tren de Regeneración B, y entra al tanque de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Filtración y succión de amina pobre
Amina pobre combinada de trenes de regeneración A y B entra al Tanque de MDEA (AC9-FA-8404A)
Tanque provee cabeza al sistema de amina
Bombeada y presurizada a 2.5 Kg/cm2 por bombas reforzadoras de MDEA (AC9-GA-8404A/B)
Amina pobre presurizada dividida en dos corrientes:
Aprox. 15% de amina pobre, 357GPM, a filtración y de regreso a Tanque de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Filtración y succión de amina pobre
Resto, 2400 GPM, alimenta las Bombas de Circulación de MDEA (AC9-GA-8413A/B/C),
Bombas movidas por turbinas la presurizan a 77.8 Kg/cm2.
Rata de circulación controlada por FV-8413AD aguas abajo de las bombas
Amina presurizada pobre entra al tope de la torre contactora de MDEA sobre el plato #1, #5 o #11, completando el lazo
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Filtración y succión de amina pobre
Filtración Pre-Filtro de MDEA pobre (AC9-FG-
8402A) Filtro mecánico, remueve
partículas > 5 micrones Para reducir tendencia de
formación de espumas, corrosión por erosión, enmugramiento y taponamiento
Igual al filtro de MDEA rica. Cartuchos a reemplazarse por alta presión diferencial
Fitro de carbón (AC9-FG-8403A) Post-Filtro de MDEA pobre (AC9-FG-
8404A) Filtro mecánica, atrapa finos de
carbón que pueden erosionar internos de bombas
Igual al filtro de MDEA rica y el pre-filtro de MDEA pobre
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Reposición de Agua
Pérdida contínua de agua Corrientes de salida de la unidad (gas dulce, gas
liberado, gas ácido) más saturadas de agua que a la entrada
Nivel del Tanque de MDEA usado para monitorear pérdidas de agua
Agua de reposición añadida al Depurador de Gas Dulce a través de FV-8414AA para mantener un nivel más o menos constante en el Tanque de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Reposición de Agua
Rata de reposición: aprox. 8 GPM Calidad mínima:
TSS: < 100 ppmw Dureza total: < 50 ppmw Cloruros: < 2 ppmw Sodio: < 3 ppmw Potasio: < 3 ppmw Hierro: < 10 ppmw
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Reposición de Amina
Pérdidas mínimas normalmente Espumas o fuga pueden ocurrir En baches para mantener concentración
entre 48-52% peso Añadida a línea de amina pobre a la entrada
del Tanque de MDEA
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Gas de cobertura
Provisión para suministro a tres puntos: Tanque de expansión de MDEA, por control de presión a través de
PCV-8403AC cuando se requiera. Arranques y paradas. Normalmente, no.
Líneas de vapor de cima de Despojadoras de MDEA por control de presión a través de PCV-8405AB/BB. Para mantener presión positiva durante paradas cuando las torres se enfrían y el vapor se condensa. Normalmente, no.
Tanque de MDEA, por control de presión a través de PCV-8404AB. Exceso de cobertura a tea a través de PCV-8404AA. Para mantener presión de succión de bombas de circulación de MDEA entre 0.7-1.0 Kg/cm2, dependiente del nivel del tanque.
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Antiespumante
Puede ser inyectado en la amina pobre a la entrada de la contactora de MDEA (cerca de FV-8413AD), y a la amina rica a la entrada de los intercambiadores rica/pobre
Sólo cuando sea necesario, por no más de 10 minutos cada vez
Exceso puede causar problemas operacionales y de mantenimiento
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Variables importantes para regeneración Generación de vapor despojador
Generado en rehervidor de MDEA y separado dentro de la despojadora
Cantidad generada no medida directamente Controlable indirectamente controlando rata de flujo de aceite
caliente (FIC-8402AB) Cantidad de gas ácido dejado en la amina pobre: cargante
pobre Rata de flujo de aceite ajustada para obtener un cargante
pobre de 0.006 mol gas ácido / mol amina
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Variables importantes para regeneración Temperatura de salida del rehervidor
Debería ser normalmente al menos 116 C Para proveer vapor despojador suficientemente caliente para
calentar la solución de amina en la torre A menores temperaturas la eficiencia de las reacciones de
desabsorción disminuye y es más difícil regenerar la solución de amina
No debería exceder 116 C, para evitar degradación de amina, la cual aumenta significativamente a temperaturas mayores
Temperatura de salida medida en TI-8402AB
Descripción del proceso
Sistema de regeneración de amina Tren de regeneración
Variables importantes para regeneración Temperatura de salida del rehervidor
No controlada por flujo de calor al rehervidor Indirectamente controlada por presión de operación de la
despojadora Operadores a ajustar presión de despojadora de MDEA para
mantener la temperatura de salida del rehervidor dentro del rango recomendado de 116 a 126 C
La cantidad de vapor despojador generada es controlada indirectamente ajustando la cantidad de calor al rehervidor y su temperatura indirectamente ajustando la presión de la despojadora de MDEA