El Instituto Francés del Petróleo ha patentado un sistema de desulfuración para la extracción de compuestos de azufre de los gases de refinería o subproductos de una planta de azufre Claus, conocidos como gases de cola.
Este proceso es bastante parecido al Proceso TOWSEND, utiliza un solvente con un catalizador que favorece la reacción del H2S y el CO2 para formar azufre.
La reacción ocurre en el absorbedor a 266oF (130oC). El azufre líquido es producido directamente del fondo del absorbedor.
Se reporta una pureza del azufre del 99,7%. Este proceso ha sido probado en una planta piloto en Francia.
Proceso IFP (con licencia del Institut Francais de Petrole a Crest)
El proceso IFP se usa para remover sulfuro de hidrógeno y óxido de azufre del gas de cola de la unidad Claus a un nivel de 1.500 - 2.000 ppm de óxido de azufre (IFP-1), ó 500 ppm o menos de óxido de azufre (IFP-2), y para limpieza del gas de chimenea bajando el contenido de óxidos a 500 ppm o menos (IFP-2).
En el proceso IFP-1, el gas de cola de Claus es inyectado a una torre empacada y contactado en contracorriente con un solvente que contiene un catalizador. El azufre que se forma, se recoge y es removido del fondo de la torre Las temperaturas de operación en la torre van desde 120oC (250oF) hasta 140oC (280oF). No se requiere reforzador del gas debido a la baja caída de presión de la torre.
En la variante IFP-2, el gas de cola de la planta Claus después de la Incineración, es absorbido con solución amoniacal y el resto es incinerado y venteado por la chimenea. La salmuera conteniendo sulfitos, bisulfitos y pequeñas cantidades de sulfatos del depurador es evaporada; los sulfatos son reducidos y los vapores SO /NH son inyectados en el fondo del contactor. Una corriente de H2S es también alimentada al fondo del contactor junto con la corriente SO. El azufre contenido en el catalizador es circulado en contracorriente con el flujo de gas. Así, cuando se forma el azufre es recogido y removido del fondo de la torre. El amoníaco es retirado por la parte superior y devuelto al depurador.
La temperatura del solvente que va a la torre empacada varía desde 120º C (250º F) hasta 140º C (280º F). La variable más importante en el proceso es la relación H2S/SO en la alimentación a la torre de absorción.
6.6.9. PROCESO SHELL (C. H. DEALS)
La Shell patentó un proceso muy similar al Proceso Townsend, excepto por el solvente. Utiliza una solución acuosa de solfuolano.
Shell SCOT (con licencia por Shell para Crest)
Este proceso fue desarrollado para limpiar el gas de desecho de las plantas de azufre Claus modificadas. Simplificando, grandemente, el proceso reduce catalíticamente todos los compuestos de azufre que entran a la unidad SCOT a H2S y luego extrae el H2S de manera preferencial (usando el proceso ADIP) de los demás gases en la corriente. La corriente enriquecida con H2S es devuelta a la unidad Claus para recuperación de azufre.
Se aplica para aumentar la eficiencia de recuperación de azufre de las unidades Claus desde el nivel usual de unos 95% hasta más del 99,8% con el fin de disminuir la contaminación ambiental. El proceso tiene una flexibilidad alta para manejar las variaciones en la operación de la planta Claus. Los cambios en la composición del gas de desecho Claus tiene sólo un pequeño efecto sobre la recuperación total del azufre. Las tasas de alimentación del gas desde 20 hasta el 100% del diseño pueden ser manejadas fácilmente. No se producen corrientes secundarias de desecho. Las unidades están diseñadas para caídas de presión mínimas de modo que pueden ser agregadas fácilmente a las unidades Claus existentes.
6.6.10. CLAUS
El proceso Claus es el más importante de los procesos de conversión directa y el más usado; fue desarrollado en 1883.
La reacción química de conversión directa que ocurre en este proceso se basa en la reacción entre el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de azufre, formando azufre elemental. Esta reacción es exotérmica, se efectúa sobre catalizadores tales como bauxitas, alúminas y aluminosilicatos. Existen más de 500 plantas en operación. (Ver GPSA 87, PAG. 22-1).
Amoco Claus (con licencia de Amoco Production Co. para Crest)
Este proceso se usa para convertir sulfuro de hidrógeno a azufre de alta pureza, en corrientes de sulfuro de hidrógeno gaseoso, producto de las operaciones de procesamiento y refinación del gas. La corriente de gas ácido conteniendo sulfuro de hidrógeno, la cual puede originarse en una unidad convencional de amina o un proceso similar, se alimenta a un horno de reacción donde se quema con suficiente aire para satisfacer la estequiometría de la reacción de Claus. Los gases calientes de reacción son enfriados en la sección regeneradora de vapor del horno de reacción y luego enfriados adicionalmente en el primer condensador, donde se remueve el azufre producido en el horno de reacción. Después de recalentados, los gases entran al primer convertidor catalítico donde se forma azufre adicional, el cual es condensado en el segundo condensador. Dependiendo de la concentración del sulfuro de hidrógeno en el gas ácido alimentado a las unidades, el número de etapas catalíticas y la calidad del catalizador utilizado, pueden obtenerse eficiencias de conversión de hasta 98%.
Con las debidas modificaciones, el proceso es apropiado para el tratamiento de gases ácidos que contienen sulfuro de hidrógeno en un amplio margen de concentraciones. Además el proceso debe ser diseñado de modo que la presencia de impurezas, tales como, hidrocarburos y amoníaco, en la corriente de gas ácido no tenga efectos dañinos sobre el comportamiento de la planta y la calidad del azufre producido. Hay muchas unidades en operación que procesan corrientes de gas de refinerías que contienen cantidades apreciables de amoníaco. Esta característica es de importancia particular en vista de los requerimientos de control de contaminación ambiental, los cuales exigen esencialmente la completa remoción del sulfuro de hidrógeno de todas las corrientes gaseosas y líquidas de la refinería y su conversión a azufre elemental antes de disponer del mismo.
Bajo las condiciones prevalecientes en el horno de reacción, es inevitable la formación de algún sulfuro de carbonilo (COS) y disulfuro de carbono (CS2) si el gas ácido contiene CO2 e hidrocarburos. Aún cuando las cantidades de COS y CS2 que se forman son relativamente pequeñas, especialmente si el contenido de hidrocarburos del gas ácido es bajo, son importantes como contaminantes en potencia del aire.
Un catalizador especial puede ser colocado en uno o varios de los convertidores catalíticos para hidrolizar en gran parte el COS y el CS2 a H2S y CO2 y evitar que estos compuestos escapen a la atmósfera.
El proceso modificado enfatiza máxima eficiencia de conversión y el más alto grado de confiabilidad a baja inversión de capital y costos operacionales. La alta eficiencia de conversión minimiza las inversiones para la desulfuración del gas de cola.
El proceso ha sido a corrientes de gas ácido que contienen de 15 a 100% de H2S en capacidades desde 5 a 1.500 toneladas brutas por día. Las unidades más pequeñas están montadas sobre patines.
Se fundamentan en hacer reaccionar el H2S con el SO2 sobre un lecho fijo para generar azufre por conversión directa.
6.6.12. NALCO
La Nalco Chemicals Co. y Howe Baker Engineers, Inc. han desarrollado un proyecto de conversión directa, el cual trabaja con una química que, al reaccionar con el H2S, produce una corriente ácida que se convierte directamente en azufre, el cual se remueve por centrifugación.
Una diferencia básica del proceso Nalco es que utiliza un solución ácida mientras que los otros procesos de conversión directa utilizan soluciones alcalinas.
Se ha utilizado eficientemente para extraer H2S de gases que proceden de un rehervidor y se piensa que pudiera ser utilizado en la Industria del gas natural.
6.7. PROCESOS DE LECHO SECO
Los procesos clasificados como de lecho seco, son básicamente los de mallas moleculares y el de esponja de hierro. A continuación se encontrará una breve descripción sobre el alcance de cada uno de ellos.
6.7.1. MALLAS O TAMICES MOLECULARES
La tecnología de Mallas Molecular aplica en la remoción del dióxido de carbono y está disponible en la Union Carbide. Las mallas más utilizadas son las de tipo 4-A-LNG. No es un proceso atractivo para altas tasas de flujo y/ o grandes concentraciones de dióxido de carbono. Los tamices moleculares se utilizan extensivamente en la British Gas, en plantas de GNL, donde el CO2 esté presente en cantidades de 1,5 a 2%. También se usan para la deshidratación del gas natural. Sin embargo, este proceso tiene ventajas en la remoción de H2S y mercaptanos, de una corriente de CO2. También es aplicable para el tratamiento de líquidos (LPG, etc.), o como medio de purificación después de remover cantidades brutas de gases ácidos en otros procesos.
El otro fabricante de Tamices Moleculares, que tiene tecnología similar es W.R Grace y Laporte El rango de vida de un lecho es de 3 a 10 años, dependiendo del trato que reciba el lecho durante la operación.
Las mallas o tamices moleculares son sistemas de lecho sólido. Los agentes endulzadores sólidos se usan en un lecho, a través del cual, fluye el gas ácido para remover los constituyentes ácidos. La regeneración del lecho sólido se logra reduciendo la presión y/ o aplicando calor.
Usualmente una pequeña cantidad de gas fluye a través del lecho para remover sus constituyentes ácidos a medida que son desabsorbidos. Debido a la inversión inicial y a las dificultades operacionales, estos tipos no son recomendados para volúmenes mayores a unos 425 M m/ d (15 MM pcnd), en procesos de endulzamiento. En procesos de deshidratación sí es común el tratamiento de cantidades muy altas (500 MM pcdn), después de efectuar una deshidratación previa con TEG.
Hay en el comercio varios tipos de tamices de lecho sólido y tienen diferentes afinidades para varios componentes. En general, el orden de adsorción es: agua, H2S y CO2. Para la remoción de H2S y CO2, el agua debe removerse inicialmente, resultando lechos de adsorción separados. La regeneración de los lechos permite la remoción del agua y su posterior condensación, reciclando el gas de regeneración del proceso. Sin embargo, en los lechos de adsorción de CO2 y H2S el gas usado en la regeneración es venteado para remover el CO2 y H2S adsorbidos.
Generalmente los butanos y más pesados contaminan los lechos adsorbentes, reduciendo, substancialmente, su capacidad de remoción de H2S y CO2. Por lo tanto, es deseable un sistema aguas arriba para retirar los hidrocarburos pesados. El, gas tratado cumple con las especificaciones para tuberías y es apropiado para la alimentación de plantas criogénicas.
El proceso involucra dos o más adsorbedores de lecho fijo y otras instalaciones de regeneración. Por lo menos, un lecho esta en adsorción en todo momento, mientras los otros lechos están siendo regenerados.
El gas natural pasa a través del lecho en servicio, donde se remueven el o los materiales impuros hasta lograr las especificaciones del producto. El gas de regeneración seco se calienta a 204 – 315oC (400 – 600oF), en un adsorbedor en ciclo de enfriamiento y /o en un calentador, luego se pasa en contracorriente con el flujo normal a través del lecho adsorbedor que está siendo regenerado.
El gas Impuro absorbido en el lecho se enfría, y el agua líquida se separa, mientras que la comente de gas se envía a la línea de gas combustible o sigue para el tratamiento subsiguiente.
La selección del tipo apropiado de tamiz molecular depende de las impurezas que se van a remover. El tipo 4A es el más comúnmente usado para deshidratación y el tipo 4A-LNG para dióxido de carbono. Varios tipos son usados para desulfuración dependiendo de las clases de compuestos de azufre y sus concentraciones a ser removidas. La vida del tamiz varía desde 2 a 5 años para desulfuración y remoción de dióxido de carbono, y de 3 a 7 años para deshidratación.
Los tamices moleculares que se usan para secar el gas de alimentación a una planta criogénica también pueden usarse para secar la planta durante el paro y antes de los arranques.
El tamaño de la unidad depende de la concentración de las impurezas en la alimentación y de otros factores. Generalmente, los tamices moleculares se usan para endulzamiento cuando el dióxido de carbono puede permanecer en el producto.
Su uso para deshidratación depende del punto de rocío requerido y normalmente y normalmente ocurre cuando el punto de rocío debe ser –40º C (-40º F) o inferior.
La remoción de dióxido de carbono con tamices moleculares es más atractiva cuando el producto debe tener un contenido de CO2 muy bajo y la alimentación tiene 1,5% molar de CO2 o menos.