Control de emisiones de BTEX en planta de endulzamiento

7/25/2019 Control de emisiones de BTEX en planta de endulzamiento

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Desarrollo (Informe control).

Analizar las diferentes tecnologas para el control de emisiones de BTEX.

Como ya se ha venido mencionando en prrafos anteriores, las emisiones de BTEX en

los vapores de tope del regenerador de glicol, representan un grave problema ambientalpara esta tipo de plantas. Es por ello que diversos organismos reguladores de emisiones

de contaminantes al medio ambiente, exigen a este tipo de plantas, emplear estrategias

de control para reducir las emisiones de estos contaminantes. Esto ha llevado a que

actualmente se tengan que implementar tecnologas que permitan tratar estos gases

emitidos. Es importante destacar que la gran mayora de las estrategias de control

empleadas para reducir estas emisiones, estn orientadas principalmente al tratamiento

de los vapores del regenerador de glicol, es decir estn desarrolladas para

implementarse aguas aba!o del proceso de deshidrataci"n, esto principalmente es debido

a que una ve# construidas las plantas de deshidrataci"n difcilmente pueden ser

modificadas las condiciones de operaci"n sin poner en riesgo el ob!etivo principal de

estas plantas que es reducir el contenido de agua en el gas natural.

$clarando lo anterior se puede entrar entonces en ra#"n principal de este ob!etivo, que

es anali#ar las diferentes tecnologas empleadas para el tratamiento de estas emisiones.

%os m&todos para el control de compuestos orgnicos voltiles 'C()*, en emisiones de

fuentes fi!as se pueden clasificar en dos grandes grupos+ los m&todos fisicoqumicos y

los m&todos biol"gicos. En algunos casos, la opci"n para el control de emisiones de

C() involucrar a ms de uno de estos m&todos de acuerdo con las caractersticas de la

emisi"n.

&todos fisicoqumicos.

-ncineraci"n u (xidaci"n.

%a incineraci"n, tambi&n llamada incineraci"n de vapores, es un proceso en el cual el

gas que contiene el contaminante es capturado por un sistema industrial de ventilaci"n,

precalentado, me#clado y oxidado a altas temperaturas que da como resultado otros

compuestos. En el caso de los hidrocarburos orgnicos cuya composici"n es s"lo

carbono e hidr"geno, los compuestos resultantes son di"xido de carbono y agua 'C( y

/(*. 0in embargo, si los compuestos orgnicos contienen cloro, fl1or o a#ufre,

entonces los productos que se pueden formar sern vapores de cido clorhdrico, de

cido fluorhdrico o di"xido de a#ufre y en algunos casos la formaci"n de dioxinas. %a

formaci"n de "xidos de nitr"geno es tambi&n posible durante la incineraci"n. En

general, los sistemas de oxidaci"n tienen eficiencias de destrucci"n mayores al 223.

%os sistemas de oxidaci"n o incineraci"n pueden dividirse, a su ve#, en dos tipos

principalmente+ oxidaci"n t&rmica y oxidaci"n cataltica. %a eficiencia de un

incinerador puede verse afectada por la concentraci"n de los compuestos orgnicos, la

temperatura de ignici"n y el tiempo de residencia o el volumen del catali#ador 'E4$

55*.


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En este caso de estudio se evalu" un sistema de incineraci"n por oxidaci"n t&rmica,

simulando el incinerador como un reactor de conversi"n. -nicialmente se evalu" el

incinerador a trav&s de una combusti"n te"rica, es decir la cantidad de aire inicial estaba

en proporciones estequiom&tricas, pero luego se fue aumentando la cantidad de aire

hasta tener un 3 porcenta!e de exceso que garanti#ar una combusti"n completa y a

alcan#ando menores temperaturas de ignici"n en relaci"n a la combusti"n te"rica. %as

reacciones de combusti"n se muestran a continuaci"n.

Ecuaciones de combustin.

CH4+2O2CO 2+H20

C2 H6+3.5O 22CO2+3 H20

C3 H8+5O23CO2+4 H20

iC4 H10+6.5O24CO2+5 H20

nC4 H10+6.5O 24CO2+5 H20

iC5 H12+8O25CO2+6H20

nC5 H12+8O 25CO2+6 H20

C6 H14+9.5O26CO2+7 H20

C7 H16+11O27CO 2+8 H20

C8 H18+12.5O 28CO2+9H20

C9 H20+14O 29CO2+10H20

C10 H22+15.5O210CO2+11H20

C6H6+7.5O26CO 2+3H20

C7 H8+9O 27CO2+4 H20

C8 H10+10.5O 28CO2+5 H20


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%a simulaci"n se desarroll" en el simulador /6060 versi"n 7.8, el esquema de la

misma se muestra a continuaci"n. %a corriente de aire entra a condiciones ambientales y

la alimentaci"n de gases agrios a las condiciones de salida de la torre regeneradora, 'ver

figura* Como paquete termodinmico se utili#" el sistema de ecuaciones de estado

4eng9:obinson.

%os resultados de la simulaci"n

se muestran en la siguiente

tabla+

Como se puede observar la combusti"n

de los hidrocarburos se reali#" de forma

completa, obteni&ndose como

principales productos de tope nitr"geno,

di"xido de carbono, oxgeno y agua. Estodemuestra este operaci"n reduce al

8553 las emisiones de BTEX en los vapores

de tope, transformndolas en compuestos menos contaminantes como di"xido de

carbono y agua. Tomando en cuenta la velocidad de los gases de salida se procedi" a

determinar el tama;o de incinerador. 4ara ello se emplearon las siguientes ecuaciones+

H=Vt


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V=4Q

d2


5/11

/ %&%5% %&1%% %&15% %&2%%

%

%&%5

%&1

%&15

%&2

%&25

%&

Fraccin molar de CH4 en gases de combustin Vs Flujo de aire

Fraccin molar de #4 en 0ases de combustin

Flujo de aire (!"FD)

F

r

a

c

c

.

o

l

a

r

"

#

$

4uede observarse una gran variaci"n en la composici"n del metano en los gases de

combusti"n, hasta llegar a un punto en donde la composici"n es cero y permanececonstante. Este punto representa la cantidad de aire te"rico necesaria para garanti#ar la

combusti"n completa del metano. Todos los puntos anteriores a este representan un

defecto de oxgeno en la reacci"n de combusti"n y todos los puntos posteriores indican

un exceso de oxgeno en la reacci"n de combusti"n. Este comportamiento valida la

condici"n de mnima de oxigeno te"rico para poder garanti#ar una combusti"n completa

del metano y por lo tanto de los dems combustibles presentes en la corriente de

alimentaci"n.

En la siguiente curva se observa la influencia del flu!o de aire que se entra al incinerador

en la temperatura de ignici"n alcan#ada en la cmara de combusti"n. -nicialmente sepresente un aumento exponencial en la temperatura en la #ona previa a la combusti"n

te"rica. Este aumento se debe a que no se ha alcan#ado la cantidad de oxgeno te"rico

necesaria para la conversi"n completa. na ve# que se alcan#a flu!o de oxgeno te"rico,

se observa una disminuci"n en la temperatura de ignici"n en la medida que se entra a la

#ona de combusti"n con exceso de oxgeno. Es muy importante entonces tener cierta

cantidad de oxgeno en exceso para asi reducir las temperatura de ignici"n, lo cual se

traduce en una reducci"n en los costos de los materiales para la construcci"n del

incinerador, ya que al no tener que soportar temperaturas tan altas, los materiales no

debern ser tan resistentes y por lo tanto menos costosos.


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/ %&%5% %&1%% %&15% %&2%%

%

1%%%2%%%

%%%

4%%%

Temperatura de ignicin (F) Vs Flujo de aire

Temperatura de ignici"n 'D*

Flu jod de ai re (!" FD)

T

e

m

p

.

I

gn

i

c

i

%

n

&

F

$bsorci"n

(tro m&todo usado en el tratamiento de estos efluentes es la absorci"n utili#ando un

solvente en el cual los BTEX sean solubles. %as soluciones absorbentes incluyen agua,

sosa custica, aminas y algunos hidrocarburos. El absorbente empleado depender de

las caractersticas de solubilidad del C() a remover. Todos los sistemas de absorci"n

buscan me!orar la transferencia de masa, for#ando el contacto de la fase lquida con la

fase gaseosa, ya sea en paralelo o a contra corriente. Estos sistemas estn dise;ados para

operar en un amplio rango de eficiencias de remoci"n entre 5 y 223. El factor ms

importante que afecta la eficiencia de remoci"n es la solubilidad del contaminante en el

lquido, seguido por la temperatura y el p/. $lgunos sistemas que operan ba!o esteprincipio incluyen configuraciones tales como las torres de aspersi"n, torres empacadas

o lavadores h1medos. 4ara el caso de estudio se emple" agua como medio absorbente,

debido a que los BTEX poseen una alta solubilidad en este solvente. tili#ando el

simulador /6060 versi"n 7.8 se construy" la simulaci"n, para la cual se emple" un

me#clador en donde las corrientes de agua y la de los gases del regenerador se pusieron

en contacto, luego esta corriente fue llevada a un separador trifsico en donde se

separaron los BTEX del agua y los dems gases. 4ara garanti#ar la separaci"n se

acondicionaron las corrientes de entrada al me#clador para altas presiones y ba!as

temperaturas. El agua utili#ada fue enfriada con propano refrigerado, lo que permiti"

que alcan#ara la temperatura necesaria para garanti#ar la separaci"n de los BTEX. El

esquema de la simulaci"n se muestra a continuaci"n.


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Con este arreglo se logr" recuperar el 22.? 3 del benceno por la corriente de BTEX

con la diferencia molar saliendo en los gases de tope. 4ara el tolueno se logr" una

recuperaci"n del 22.A 3 saliendo en la corriente de BTEX y la diferencia molar

saliendo en los gases de tope. 4ara los dems compuestos aromticos la recuperaci"n

fue muy cercana al 8553. 6 una de los resultados ms importantes es que se logr"

alcan#ar una alta pure#a 'muy cercana al 8553* en la corriente de agua saliendo del

separador trifsico. Es importante resaltar que estos resultados se obtuvieron a costa de

un alto costo energ&tico, el cual ser tomado en cuenta ms adelante al evaluar las

diferentes alternativas estudiadas. %as condiciones de presi"n y temperatura de las

corrientes de alimentaci"n fueron fi!adas tomando en cuenta un anlisis de sensibilidad

que permitiera saber las condicione "ptimas que garanti#aran los altos porcenta!es derecuperaci"n anteriormente mencionados.

$c se muestran algunos de los resultados ms relevantes.

Fases. BTEX. $gua.

Temperatura 'D* @8,@ @8,@ @8,@

4resi"n 'psia* 7@, 7@, 7@,

lu!o olar '0C


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comunes+ granular activado, polvo activado y fibra de carbono. Tambi&n la slica gel,

#eolita, al1mina y polmeros pueden ser empleados como adsorbentes. Estos sistemas

alcan#an eficiencias de remoci"n altas, entre 2? y 2A3 para carb"n activado. %a

regeneraci"n del adsorbente puede ocurrir in situo e situ. %a regeneraci"n involucra el

tratamiento de los contaminantes desorbidos, ya sea por incineraci"n o en algunos casos

para su recuperaci"n. En casos en los que no se considere la regeneraci"n del

adsorbente, se deber disponer del mismo de acuerdo a la legislaci"n, y en la mayora

de los casos como residuo peligroso.

%a retenci"n de los contaminantes en el adsorbente puede verse afectada por factores

tales como la temperatura, la presi"n, la concentraci"n de los contaminantes, el peso

molecular de los contaminantes, la humedad y la presencia de partculas. Estos sistemas

tambi&n pueden presentar problemas de explosividad de acuerdo con la concentraci"n y

tipo de contaminantes adsorbidos 'E4$ 55, Cooper y $lley 55*.

Condensacin.

En este proceso, los contaminantes gaseosos son removidos de la corriente gaseosa

mediante el cambio de fase a lquido. Esto se logra incrementando la presi"n o

reduciendo la temperatura o la combinaci"n de ambas. En el primer caso de estudio se

logr" condensar hasta casi un A53 del gas a la salida del regenerador de glicol, luego

este gas fue llevado hasta un separador trifsico en donde fueron separados los BTEX

del agua y los dems combustibles gaseosos. %a condensaci"n se reali#" comprimiendo

el gas hasta una presi"n de 55 psia y luego enfrindolo hasta temperatura una

temperatura de ADC. %a elecci"n de la presi"n a la descarga del compresor fue definida

en base a un anlisis del comportamiento de las concentraciones de los BTEX en losgases de salida en funci"n de la presi"n de descarga, obteni&ndose que con 55 psia se

logra un alto porcenta!e de recuperaci"n de los BTEX sin incurrir en mayores gastos de

energa. %a simulaci"n se llev" a cabo utili#ando el simulador /6060 versi"n 7.8. El

esquema de la simulaci"n de la simulaci"n se muestra a continuaci"n.

En este tipo de recuperaci"n se debe cuidar mucho la composici"n del gas que entra al

compresor ya que estos son sensibles a cambios en la misma, debido a que si por

e!emplo el gas que entra lo hace con una mayor proporci"n de componentes pesados, la

energa aportada por el compresor deber ser mayor y por lo tanto esto va a generar un

mayor desgaste del mismo, lo que se traduce en una reducci"n en el tiempo de vida 1til.

En este esquema se logr" un alto porcenta!e de recuperaci"n de los BTEX, siendo de

2H.H?3 del benceno, 2A.A23 para el tolueno y casi del 8553 para los demscomponentes aromticos. El gasto en energa esta principalmente en el compresor el


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cual requiere una potencia de .A hp para garanti#ar la presi"n de descarga. Este

potencia puede ser reducida pero a costa de una menor presi"n de descarga y por lo

tanto un menor porcenta!e de recuperaci"n de BTEX. Como puede verse en el siguiente

grfico, la concentraci"n de los BTEX en los gases de salida va a depender de la presi"n

a la descarga en el compresor y la temperatura a la cual se enfre la corriente despu&s

del proceso de compresi"n.

En el segundo caso de estudio la condensaci"n de los gases de entrada se logr" con un

proceso de enfriamiento a presiones atmosf&ricas. %a condensaci"n fue cercana a un

A53 de los gases de entrada.


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%a determinaci"n de la temperatura a la cual deba enfriarse la corriente, se hi#o en base

al anlisis de la siguiente grfica, que muestra c"mo se comportan los BTEX en el

proceso de separaci"n en funci"n de la temperatura de enfriamiento y por lo tanto del

grado de condensaci"n alcan#ado. Como puede observarse a menores temperaturas,

menor es la cantidad de BTEX que sale con los gases del separador y por lo tanto mayor

es el grado de separaci"n.

!"todos #iolgicos.

Estas tecnologas se basan en la degradaci"n o transformaci"n de los contaminantes en

compuestos menos da;inos. En t&rminos generales, la purificaci"n biol"gica es un

proceso en el cual los gases contaminados son tratados al entrar en contacto con un

medio biol"gicamente activo. El lmite de estos procesos es la biodegradabilidad de los

contaminantes, en donde los compuestos biog&nicos 'generados por procesos

biol"gicos* son fcilmente biodegradables, mientras que aquellos con estructuras

qumicas no naturales 'xenobi"ticos* pueden ser ms difciles . %os sistemas biol"gicos

de tratamiento de aire, son considerados como tecnologas limpias 'tecnologas verdes*

con base en los siguientes aspectos+

. :equieren de menor uso intensivo en energa 'menor impacto ambiental y costo de

operaci"n*.

. Io utili#an sustancias peligrosas para su operaci"n.

. Io requieren condiciones extremas de traba!o.

. $l igual que la oxidaci"n t&rmica y la cataltica, el contaminante es destruido en lugar

de s"lo transferirse de fase.

. El C( producido asociado con esta tecnologa es mucho menor al generado por la

incineraci"n t&rmica al no usar combustibles suplementarios.


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