EJEMPLO 2-1.

Un flujo de gas de 56 MMscf ( γ = 0,7273, Z = 0,8706) con un contenido de

gas ácido de 8,19 % mol de CO2, se alimenta a una absorbedora a 120 °F y 1000

psia, para retirarle el CO2 con un solvente químico. Los solventes a considerar son

MDEA y K2CO3.

Determinar la rata de circulación y remoción de gas ácido de cada uno de

estos solventes, si las concentraciones son 35 y 30 % peso respectivamente, y las

cargas molares 0,5 y 0,3 moles de gas ácido/mol de solvente.

Estimar el diámetro interno de una absorbedora de MDEA con la ecuación

de velocidad vertical si K = 0,13.

DATOS:

Q = 56 MMscfd

γ = 0,7273

Z = 0,8706

Solventes = MDEA y K2CO3

T = 120 °F (580 °R)

P = 1000 psia

% AG = 8,19

K = 0,13

SOLUCIÓN:

γ (gas) = PM(gas) / PM(aire) = 0,7273 PM(aire) = 28,9625 lb/lbmol

PM(gas) = 0,7273 (28,9625) = 21,06 lb/lbmol

R = 10,73 psia ft3/° R lbmol

ρ(gas )=P∗PMRTZ

=1000∗21 ,0610 ,73∗580∗0 ,8706

=3 ,89 lb / ft 3

De Figura 2-12 @ (35 % peso de MDEA)

γ (MDEA )=1 ,035=ρ(MDEA )

ρ(agua)

ρ (agua) = 62,4 lb/ft3

ρ (MDEA) = 1,035 * 62,4 = 64, 58 lb/ft3

De ecuación 2-3,

γ (K2CO3)=1,0+(% peso K 2CO3 ¿100)

γ (K2CO 3)=1,0+(30/100 )=1 ,30

De la Fig. 2-6 (Fig. 21-5 del GPSA),

PM(MDEA) = 119,16 lb/lbmol

PM(K2CO3) = 138,21 lb/lbmol

De ecuación 2-1,

Circ .(US gmp)=0 ,219∗PM(amina )∗Q*% AG

ML∗γ (amina )∗A% peso

Para MDEA,

Circ .(US gmp)=0 ,219∗119 ,16∗56∗8 ,190,5∗1 ,035∗35

=661 gpm

Para K2CO3,

Circ .(US gmp)=0 ,219∗138 ,21∗56∗8 ,190,3∗1 ,035∗35

=1187 gpm

Fig. 2-12. Gravedad específica de soluciones de aminas

Fuente: “GPSA”

De ecuación 2-2,

Remoción de gas ácido =

31 ,72∗ML∗γ(amina )∗A% peso

PM(amin a)

Para MDEA,

Remoción de gas ácido =

31 ,72∗0,5∗1 ,035∗35119 ,16

Remoción de gas ácido = 4,82 (scf gas ácido/gal de MDEA)

Para K2CO3,

Remoción de gas ácido =

31 ,72∗0,3∗1 ,30∗30138 ,21

Remoción de gas ácido = 2,69 (scf gas ácido/gal de K2CO3)

Cálculo del diámetro para absorbedora de MDEA:

De ecuación 1,

V gas=K √ ρl−ρgρg = 0 ,13√64 ,58−3 ,89

3 ,89=0 ,514

ft/s

De ecuación de diámetro,

d=√59 ,4∗Q∗Z∗TP∗V gas , pulgadas

d=√59 ,4∗56∗0 ,8706∗5801000∗0 ,514

=57 ,2} {¿≈ 60” = 5 ft

Según el procedimiento del GPSA, para hacer estimativos de los principales

parámetros, para facilidades convencionales de tratamiento con las aminas MEA y

DEA, cuando están presentes el H2S y el CO2 en el gas.

Para MEA (se asume x = 0,33 moles de gas acido removidos/mol de MEA):

US gpm = 41*[(Q*y)/x] Ec. 2-4

Para DEA convencional (se asume x = 0,50 moles de gas acido

removidos/mol de DEA):

US gpm = 45*[(Q*y)/x] Ec. 2-5

Para DEA alta carga (se asume x = 0,70 moles de gas acido removidos/mol

de DEA):

US gpm = 32*[(Q*y)/x] Ec. 2-6

Las Ecuaciones 2-4, 2-5, 2-6 no deben usarse si la concentración combinada

de H2S y CO2 es mayor a 5 % mol, también están limitadas a una concentración de

amina máxima de 30 % peso. (y = contenido de gas ácido (%) ; x = concentración

de amina (% por volumen)).

Una vez que se ha estimado la circulación de amina, el calor del rehervidor y

los requerimientos de intercambio de calor se pueden estimar con la información

de la Tabla 2-3.

Los requerimiento de potencia en bombas y enfriadores con aire, se estiman

de la Tabla 2-4.

La Figura 2-13, se usa para estimar el diámetro de la absorbedora y la Tabla

2-5 para estimar las dimensiones principales de otras vasijas en una planta de

aminas.

Tabla 2-3 estimativos de requerimientos de intercambio de calor

Duty, Btu/h Área, ft2

Q A

Rehervidor (Fuego directo) 72 000 *gpm 11,30 * gpm

HEX Amina rica/pobre 45 000 * gpm 11,25 * gpm

Enfriador de amina con aire 15 000 * gpm 10,20 * gpm

Condensador de reflujo 30 000 * gpm 5,20 * gpm

Fuente: “GPSA”

Tabla 2-4 Estimativos de requerimientos de potencia en bombas y enfriadores

con aire

Bomba principal de amina gpm * psig * 0,00065 = hp

Bomba reforzada para amina gpm * 0,06 = hp

Bomba de reflujo gpm * 0,06 = hp

Condensador aéreo gpm * 0,36 = hp

Fuente: “GPSA”

Fig. 2-13. Estimación de la capacidad de la absorbedora a partir del diámetro

Fuente: “GPSA ”

Tabla 2.5 Dimensiones aproximadas de vasijas para el proceso con aminas

(pulgadas)

Rata

Circulació

n

sol. gpm

Diámetro

Regeneradora

Tanque Intermedio

Acumulador de

Reflujo Tambor Flash

Filtro de Carbón

Activo

Diámetro Longitud Diámetro Longitud Diámetro Longitud

Diámetr

o Longitud

10 16 24 72 16 36 24 72 16 84

25 24 42 96 24 48 42 96 24 84

50 30 48 144 30 96 48 144 30 96

100 42 60 192 42 96 60 192 42 96

200 60 84 288 60 96 84 288 60 96

300 72 84 384 72 96 84 384 72 96

400 84 96 384 84 96 96 384 84 96

Fuente: “GPSA”