BTEX define el grupo de compuestos de Benceno, Etilbenceno, Tolueno, y Xileno, un grupo de compuestos que también pertenecen a una categoría más amplia de Contaminantes Nocivos del Aire (HAPs, CNA). El Benceno y Etilbenceno son elementos cancerígenos reconocidos, y también se han visto causar impactos molestosos de la sangre, así como el sistema central nervioso, y el reproductivo. El Tolueno, igual, puede causar daños al sistema reproductivo, y nervioso. Tolueno y Xileno pudiése tener impacto en los sistemas respiratorios, así como neurológicos [1]. Los BTEX se ven presentes en múltiples corrientes de gas y son absueltos por el solvente en el proceso de deshidratación con Glicol y de Endulzamiento aplicando unidades de aminas.
En el servicio de deshidratación del gas, el Trietilén glicol (TEG) absorbe cantidades limitadas de los BTEX del gas. Basado en data de la literatura, los compuestos de los BTEX absorbidos varían entre 5-10% para el benceno y hasta 20-30% para el etillbenceno y xileno [2]. La absorción es favorecida a temperaturas reducidas, aumentando la concentración del TEG, así como su tasa de circulación. La masa principal del BETX es separada del TEG en la unidad de regeneración, y se despoja del sistema en la corriente superior de la unidad de regeneración.
La emisión de los componentes BTEX de las unidades de deshidratación con glicol es estrictamente regulado en la mayoría de los Países. En los EEUUAA, la emisión del benceno se limita a 1 ton/año (900 kg/año). La mitigación de los BTEX es un componente importante en el diseño de estas unidades de deshidratación. Estimando con certeza la cantidad correcta de los BTEX y entendiendo los factores que impactan los niveles de absorción es crítico.
Moshfeghian y Hubbard [3] simularon una contactora de deshidratación con dos etapas teóricas y una corriente de alimentación de gas natural conteniendo metano hasta n-decano (C1 al C10) y los compuestos BTEX. Estas concentraciones de los BTEX fueron de 400, 100, 50, y 50 ppmv para el benceno, tolueno, etil benceno, y el o-xileno respectivamente. La concentración de la corriente del TEG pobre fue de 99.0 % porcentaje de peso, y fue asumido que la temperatura del TEG era la misma que el gas de entrada. El gas de alimentación se presentaba saturado con agua a las condiciones de entrada. Para cada presión, y temperatura de la contactora, la razón de circulación del TEG fue variada. Para lograr la simulación fue aplicado el ProMax [4] con la ecuación de estado (SRK EDE) Soave-Redlich-Kwong [5]. Basado en los resultados obtenidos, fueron presentados dos diagramas para el estimado rápido de la absorción de los BTEX en el TEG del proceso de deshidratación. Las Figuras 1, y 2 [3] presentan la absorción en % (base de peso) de los BTEX como función de la razón de circulación del TEG, mas su temperatura para dos presiones de 300 y 1000 lpca (2069 y 6897 kPa).
Este previo demuestra la aplicación de éstos diagramas para la aproximación rápida de la absorción de los BTEX de un caso en estudio. Específicamente, la deshidratación de un gas conteniendo los BTEX aplicando el TEG fue considerado, y el flujo másico anual de éstos compuestos BTEX fue estimado. Los resultados gráficos, y manuales fueron comprados con la simulación del ProMax [4] y buena concordancia fue observada. Finalmente, una sobrevista de los diseños más comunes aplicados para la mitigación de los BTEX será proporcionada.
Figura 1. Absorción aproximada de los BTEX en el TEG vs razón volumétrica de circulación y temperatura de la Contactora a 300 lpca (2069 kPa) [3]
Figura 2. Absorción aproximada de los BTEX en el TEG vs razón volumétrica de circulación y temperatura de la Contactora a 1000 lpca (6896 kPa) [3]
Ejercicio Ejemplar
100 MMpcsd ((2.832×106 Sm3/dia) de un gas natural con la composición de la Tabla 1 y saturado con agua se introduce a una contactora TEG. La temperatura de entrada es 110°F (43.3°C) con presión de 1000 lpca (6897 kPa). La especificación del punto de rocío de descarga es de 20°F (-6.7°C). La regeneradora opera a 360°F (182 °C) con una etapa teórica de empaque arbitrario en la sección de arrastre.
Determine la cantidad de los BTEX en lbm/año (kg/año) el cual sería venteado a la atmosfera si no se tomaran acciones remediantes.
Suposiciones: Temperatura de acercamiento = 18°F (10°C) y temperatura del glicol pobre = temperatura del gas de alimentación.
Solución
Basado en el procedimiento descrito en el Capítulo 17 del Volumen 2 del “Gas Conditioning and Processing” [6], se determinaron los siguientes parámetros:
- Concentration TEG pobre = 99.5 peso %
- Fracción de Agua removida = 0.95
- Número de platos teóricos = 2
- Razón de circulación del TEG = 30 masa de la solución TEG /masa de agua absorbida
- Caudal circulación del TEG pobre = 16.9 gpm rounded to 17 gpm (3.861 m3/hr)
- Razón volumen TEG Pobre = 0.17 gpm TEG/MMscfd of gas
- Razón Volumen TEG Pobre = 1.36 m3/h TEG/106 Sm3/day of gas
- Caudal Gas Arrastre = 2.5 scf/gal TEG (18 Sm3/m3 TEG)
Empleando la Figura 3 para una razón volumétrica de 0.17 gpm TEG/MMpcsd de gas (1.36 m3/h TEG/106 Sm3/día of gas), porcentaje de peso del BTEX para las temperaturas de 95 y 122 95 y 122°F (35 y 50°C) son presentadas en la Tabla 2. Nótese que para 122 °F (50°C), las líneas fueron extrapoladas a otras punteadas para los caudales menores. Mediante la interpolación lineal, los valores estimados del % de peso para la temperatura de 110°F (43.3°C) son presentadas en la última columna de la Tabla 2.
Figura 3. Estimando la Absorción (% peso) del TEG para el ejemplo a 1000 lpca °F (50°C), [3]
Para la concentración del glicol pobre en 99.5 % de peso y caudal de circulación de 17 gpm (3.861 m3/hr), el 5 peso de absorción de los BTEX obtenido de la simulación en el ProMax se muestran en la Tabla 3. Como se observa de la Tablas 2, y 3 , existe buena concordancia entre los BTEX estimados de la Figura 3 y los valores de la simulación vía el ProMax, El valor del punto de rocío del gas seco obtenido del ProMax fue también 20°F (-6.7°C) el cual coincide con el valor específico.
El valor másico anual entrante a la contactora en fue calculado en lbaño/a (kg/año) mediante aplicación de las siguientes ecuaciones:
En las ecuaciones presentadas q = 100 MMpcsd (2.832×106 Sm3/diá), MW (peso molecular) yppmv (concentración) se detallan en la Tabla 4. Para cada compuesto BTEX, la masa absorbida es determinada mediante la multiplicación del caudal másico de alimentación a la contactora por el % peso de absorción dividido por 100. Los resultados de estos cómputos se presentan en la Tabla 4. Las últimas dos columnas arrojan el caudal de masa de cada componente absorbido en el TEG y subsiguientemente regenerado y venteado con el agua.
La mayor parte de los BTEX se ventean con el vapor de agua en el tope de la columna. Las estrategias más comunes para mitigar las emisiones implican llevar a cabo [3]:
- Condensar el vapor del tope del regenerador en un condensador parcial y quemar el vapor remanente. El vapor no condensado típicamente son dirigidos a un incinerador o, si se aplica un re hervidor de fuego directo, dirigido al gas combustible de éste. Los hidrocarburos líquidos son coleccionados y despojados mediante su difusión en una corriente de crudo o condensado. El agua condensada es típicamente dirigida a una fosa de despojo del agua producida.
- Dirigir los vapores del tope del regenerador a otra corriente de proceso del sistema, Esta típicamente es una de baja presión tal como los vapores de separación de equilibrio de la última etapa de un sistema de estabilización de crudo o condensado.
Desde un punto de vista operacional, minimizando la razón de volumétrica de circulación arroja la manera más efectiva para disminuir la absorción de los compuestos del BTEX. Esta acción igual minimiza la carga térmica del re hervidor y las dimensiones del patín de regeneración. Menores caudales de circulación implican mayor cantidad de etapas de contacto teórico en la contactora para cumplir con las especificaciones del contenido de agua de salida, pero el costo adicional de una contactora de mayor altura es comúnmente compensado por el ahorro en el paquete de regeneración. Se debe de tener cautela para asegurar que el caudal de circulación del glicol es suficiente para asegurar la distribución efectiva del líquido sobre el empaque. Los representantes de ventas pueden arrojar estas condiciones directrices.
Resumen
Las Figuras 1 y 2 presentan una herramienta sencilla para estimar la absorción de los compuestos BTEX en un proceso de deshidratación. Para el caso considerado en este estudio, el % peso estimado para cada compuesto del BTEX se comparó bien con los resultados del estudio de simulación ProMax.
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