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Evaluación de procesos para la separación del amoníaco en las corrientes de gas despojador de agua agria Ana Gamboa Mayo, 2015 SWS-Gas producido en
refinerías: H2S, NH3
El NH3 puede ser destruido en la SRU. Problema: La capacidad de la SRU reduce por la presencia de NH3 en la alimentación Solución Phosam-­‐W Separa el NH3 del gas SWS Chevron WWT Se obEene H2S y NH3 directamente de agua agria Remover el NH3 del gas, procesarlo por separado General: Evaluar la facEbilidad técnica y económica del proceso Phosam y el proceso Chevron WWT con la finalidad de separar el amoniaco del gas separador de aguas agrias Específicos: ü Estudiar la corriente de gas SWS ü Eficiencia global del sistema y pureza del gas en ambos procesos ü FacEbilidad económica: Costos de instalación y operación Remover NH3 del agua → < 10ppm Remover H2S del agua → < 1ppm Etapas principales del proceso Phosam-W
Absorbedor: 35-­‐70kPa 90-­‐110°C Solución Phosam-­‐W Eficiencia 95-­‐99% Calentado al pto de ebullición Tanque de baja P Separador: +calor = reaccion inversa -­‐> liberar NH3 1300kPa, 180-­‐200°C Vapor 20% NH3 Fraccionador: <150kPa Por encima de T ambiente Solución Phosam-W: Fosfato monoamónico (MAP)
NH3 + (NH4)H2PO4 ↔ (NH4)2HPO4
Etapas principales del proceso Chevron WWT
Separador H2S: 38°C 690kPa (7,8atm) <50ppm w NH3 Separador NH3: 38°C 345kPa (4,4atm) <50ppm NH3, <10ppm H2S Scrubber: Por encima de T de ambiente Alrededor de 150kPa (Sig. figura)
Opciones de recuperación/incineración
1era etapa: Reducción Oxidación parcial de NH3, descomposición térmica → Composiciones bajas de NOx y NH3 2da etapa: Oxidación Oxidación de H2 residual, descomposición del NH3 y la oxidación del gas de cola (compuesto por H2S, COS, CO, H2) Desarrollado por
Año de creación
Composición del
agua agria
Proceso Phosam-W
United States Steel Corp.
1960's
Proceso Chevron WWT
Chevron Corporation
1970's
Esencialmente H2S, NH3,
CO2 y trazas de HCN y
fenoles
Esencialmente H2S, NH3,
CO2 y trazas de HCN y
fenoles
Composición del gas 1/3 H2O, 1/3 H2S, 1/3 NH3,
No existe gas SWS en el
SWS
trazas de otros
proceso
hidrocarburos
Número de equipos
7 (excluyendo los
5 (excluyendo los
de gran tamaño a
intercambiadores de calor) intercambiadores de calor)
utilizar
Alimentación de
agua agria, m3/h
(gpm)
442 (1940)
91 (400)
Amoniaco contenido en la
alimentación, ton métrica/día
73,8
24
Producto de amoniaco, ton
métrica/día
68,9
22,4
Eficiencia de la recuperación
de NH3, %
93,36
93,33
Si
No
Acido fosfórico (85%)
para la formación de
fosfatos de amonio
No aplica
102
No aplica
Absorción Química o
Quimisorción
Solución usada para la
quimisorción
Cantidad de acido fosfórico,
ton/año
Posible presencia de
corrosión
Caudal de agua de
enfriamiento, m3/h (gpm)
Energía aproximada
necesaria para operar la
planta para un producto
de NH3 de 21,9ton
métrica/día, kWh
Pureza alcanzada de NH3
Pureza alcanzada de H2S,
ppm de NH3 (% de NH3)
Pureza del agua
despojada
Si
Si
1900 (8165)
1300 (5700)
200kWh
310kWh
99,5% p/p como mínimo
(0,2-0,5% H2O aprox.)
99,9495% p/p (0,05% de
agua, 0,0005% H2S)
<500 (0,05)
<50 (0,005)
No alcanza la pureza
necesaria para ser
desechada, por lo tanto es
reciclada al SWS
99,9945% p/p (0,005%
de NH3, 0,0005% de
H2S)
Proceso Phosam-W
Inversión*, $
Costos de operación, $/
1000gal
Proceso Chevron
WWT
20.900.000
11.670.000
5,24
7,4
*Basado en un caudal de producto de amoniaco de 36TM/día
ü Ambos ofrecen soluciones únicas al problema d e l a s e p a r a c i ó n d e N H 3 d e o t r o s subproductos en procesos de conversión ü Ambos contribuyen con el medio ambiente al producir agua despojada para reciclo o desecho ü Ambos procesos Eenen una eficiencia en la recuperación de NH3 de alto porcentaje ü Phosam-­‐W: 50 años de trayectoria con aplicaciones exitosas vs. Chevron WWT: 40 años de desarrollo ü P hosam-­‐W → Quimisorción: altamente selecEvo, NO es sensible a la presencia de gases ácidos, gases orgánicos o compuestos orgánicos débilmente básicos ü Planta de azufre requiere expansión→ +planta Phosam-­‐W → Aumenta la capacidad de la planta de azufre → expansión descartada ü Producto de 21,9TM/día de NH3→Phosam-­‐W: 200kWh. Chevron WWT: 310kWh ü El costo de operación del proceso Phosam-­‐W es más bajo que el del Chevron WWT ü Proceso Chevron WWT para incineración de NH3 → económicamente más atracEvo que para recuperación. ü Chevron WWT→ Flexible para ser implementado en dos fases ü Chevron Corpora+on→diferentes opciones para la recuperación/incineración de NH3. Proceso Phosam-­‐W depende de las condiciones de funcionamiento del fraccionador ü Chevron WWT→NO incluye quimisorción → NO necesita soluciones extra para el desarrollo del proceso → NO habrán reacciones secundarias ü Chevron WWT → Reuso de equipos existentes para preconcentración = ahorro en costos y servicios ü C hevron WWT: para 1992, 20 plantas. Phosam-­‐W: Para 1994 solo 10 compañías obtuvieron las licencias. Para el proceso Chevron WWT este número se ha duplicado, para el Phosam-­‐W no se obtuvo información. ü En Enero de 2013, Bechtel CorporaEon adquirió la tecnología Chevron WWT ü Según el método usado, el costo de inversión del proceso Chevron WWT es mas bajo que el Phosam-­‐W ×  Phosam-­‐W → Quimisorción → Adición de acido fosfórico regularmente = Dependencia permanente de adquirir esta solución = los costos aumentan por año ×  El proceso Phosam-­‐W no ha tenido tanto éxito como su proceso padre (proceso Phosam) ×  Phosam-­‐W→Amoniaco que cumple con las especificaciones de ferElizantes→ no es de principal interés •  Es posible evaluar la viabilidad técnica y económica de ambos procesos. •  Se realizó un estudio preliminar de las caracterísEcas de las corrientes de agua agria y del gas SWS. •  La eficiencia de la absorción en el proceso Phosam-­‐W es 95-­‐99% y la corriente de H2S se considera altamente pura, ya que puede contener tan poco como 0,05% de NH3, y el resto H2S y CO2 en cualquier proporción •  Para el proceso Chevron WWT, la corriente de gas procedente de la parte superior del separador de H2S puede ser 99,995% pura que conEene menos de 50ppm de amoníaco. •  Se estudiaron los costos de instalación y de funcionamiento, el proceso Chevron WWT Eene menores costos de inversión y mayores costos operaEvos. •  El proceso escogido, cumpliendo con los intereses de la empresa y siendo el que mejor se adapta a las condiciones de la unidad SCO y a la SRU, es el proceso Chevron WWT. •  UElizar un método diferente al método de Hill, con el tamaño de los equipos y materiales, composiciones de flujo para resultados más específicos. •  El proceso Chevron WWT debe ser considerado también para la recuperación de amoniaco y no la incineración. •  La gravedad específica del agua agria debe d e t e r m i n a r s e e x p e r i m e n t a l m e n t e c o n composiciones exactas de flujo