| dc.description | La finalidad del presente trabajo es estudiar la influencia del tratamiento térmico en lechos sólidos empleados para remover H2S del gas natural. El gas natural es una mezcla
de hidrocarburos, H2S, CO2, agua, entre otros, que se emplea principalmente como
combustible y como materia prima en la industria. Este gas debe ser acondicionado para llevarlo a especificaciones requeridas por el comprador, el proceso o por protección de las instalaciones. Una de las etapas de acondicionamiento se denomina endulzamiento, que consiste en retirar compuestos corrosivos del gas natural, como por ejemplo el H2S, que
ocasionan problemas operacionales y dañan las instalaciones. El sulfuro de hidrógeno (H2S)
es un gas a condiciones ambientales que, además de ser corrosivo, es altamente tóxico por lo cual debe ser retirado del gas a procesar. En la industria se suelen emplear secuestrantes sólidos, basados en compuestos que tienen la capacidad de adsorber H2S a través de una reacción química, convirtiéndolo en sustancias más fáciles de disponer. Se realizaron ensayos de capacidad de adsorción de H2S a muestras de un secuestrante sólido desarrollado por PDVSA-INTEVEP (SSD), en su estado virgen y
gastado en una prueba de demostración a escala comercial realizada previamente. Estos
experimentos se efectuaron por carga en autoclaves de 100 ml, con 120 psig H2S a 40°C y por 24 horas. Seguidamente, se sometieron los residuos a tratamiento térmico en presencia de aire atmosférico, a 300°C y por 24 horas y, nuevamente, se determinó la capacidad de adsorción de H2S de sus residuos. Las distintas muestras obtenidas fueron analizadas por difracción de rayos X, análisis termogravimétricos, análisis elementales (contenido de azufre, carbono, oxígeno y hierro), microscopía electrónica de barrido y análisis de área superficial y porosidad. Adicionalmente, se estudió el comportamiento del SSD en presencia de CO2, mediante ensayos de capacidad de adsorción en 120 psig de CO2 y una mezcla de gases de 0,05 psig H2S y 96 psig CO2 que representan condiciones operacionales (40 ppm H2S y 8 % CO2 a 40°C). Todas las muestras analizadas presentaron capacidades de adsorción a 40°C en las diferentes atmósferas evaluadas, que variaron entre 0,06 y 0,25 lb gas/lb secuestrante. Por otra parte, al analizar los perfiles de presión del sistema y de conversión de H2S en el tiempo durante los ensayos, se planteó que la reacción de secuestro de H2S parece estar controlada los primeros minutos por la cinética y posteriormente puede limitarse por resistencias a la difusión del gas a través de la capa de productos formada. En relación con el tratamiento térmico, se observó que su aplicación promovió la adsorción de H2S en residuos de capacidad de adsorción, obteniéndose remociones entre 0,13 y 0,25 lb H2S/lb sec. Sin embargo, el porcentaje de azufre de los remanentes del SSD virgen en pruebas de capacidad de adsorción y tratamiento térmico no varió significativamente, además que los análisis termogravimétricos de los residuos de adsorción mostraron una pérdida de masa entre 100°C y 300°C relacionada a la presencia de compuestos azufrados, y el tratamiento junto a la sulfidación disminuyeron el área
superficial del sólido. Con estas evidencias experimentales se planteó que el tratamiento
térmico a 300°C produjo un cambio en la superficie del residuo de capacidad de adsorción del SSD virgen en H2S, liberándose una cantidad de compuestos azufrados, que le
permitieron a la capa de productos adsorber nuevamente H2S, sin reaccionar apreciablemente el sólido con este gas. Con respecto a los resultados en presencia de CO2, se determinó que este gas puede ser adsorbido por el SSD sin reaccionar con él a las condiciones evaluadas, a diferencia de
la adsorción con reacción química presentada con el H2S. Además el CO2 puede interferir en la remoción de H2S y, a las condiciones de campo simuladas, la adsorción del CO2 pudo
dominar sobre la reacción del H2S con el SSD. Cabe destacar que la mezcla de gases no reprodujo exactamente lo ocurrido en campo, por encontrarse ausentes sulfuros de hierro en los resultados de difracción de rayos X de los residuos de adsorción. En conclusión, el tratamiento térmico a 300°C promueve la remoción de H2S en residuos gastados en esta atmósfera. Además, se propone un modelo global que asocia fenómenos de transferencia de masa y cinética sobre el lecho virgen, sus productos de adsorción en H2S y su residuo de tratamiento térmico. Por último, el CO2 puede ser adsorbido por el SSD, sin reaccionar con él, e interferir en la adsorción de H2S, pudiendo existir una competencia entre ambos gases por el secuestrante. Con estos resultados se recomendó la realización de estudios técnico-económicos acerca del reuso del SSD a través del tratamiento térmico en presencia de aire. Por otra parte se sugirió profundizar los estudios relacionados con el mecanismo de interferencia del CO2 en la adsorción del H2S, además de desarrollar diversos esquemas de disposición final de los lechos gastados en campo, así como la exploración de nuevas rutas tecnológicas de la materia prima del SSD en la industria de endulzamiento nacional. | |
