MXPA00001673A - Proceso para la remocion de nitrogeno contenido en gas natural - Google Patents

Abstract

Se describe un proceso para la remoción de nitrógeno contenido en gas natural, el cual comprende:a) absorber el componente de hidrocarburo de gas natural por medio de nafta virgen, en un dispositivo de absorción, y descargar el nitrógeno no absorbido;b) depurar el componente de hidrocarburo absorbido de la nafta virgen;c) reciclar la nafta virgen, recuperada en la depuración;a al etapa a);d) alimentar el gas natural tratado de esta manera a una red de distribución.

Description

PROCESO PARA LA REMOCIÓN DE NITRÓGENO CONTENIDO EN GAS NATURAL DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un proceso para la remoción de nitrógeno contenido en gas natural. Más específicamente, la presente invención se relaciona con un proceso para la reducción del contenido de nitrógeno en gas natural a una concentración menor de 10% molar. Como se sabe, el gas natural se ha vuelto una fuente de energía térmica la cual es una de las alternativas principales a los combustibles tradicionales de naturaleza fósil, en particular fueloiles de origen de petróleo, considerados como una de las causas principales del efecto invernadero lo cual afecta la tendencia climática del planeta. El gas natural, que proviene de los campos de producción, consiste esencialmente de metano pero también puede contener, además de trazas significativas de hidrocarburos superiores C2-C7+, cantidades variables de gases inertes, por ejemplo dióxido de carbono o nitrógeno, cuya presencia debe ser eliminada o reducida para satisfacer especificaciones de uso. Entre estas especificaciones están las que se relaciona con el Índice de Wobbe, un parámetro definido por la proporción entre el valor calorífico (alto o bajo) del gas y su densidad con respecto al aire. El índice de Wobbe por lo tanto es un parámetro el cual presenta una medición del calor el cual se produce por el gas cuando se quema a una presión constante. Los métodos para remoción de gases inertes, en particular nitrógeno, de gas natural, se conocen en la literatura científica. Sin embargo, la mayor parte de estos procesos se basan esencialmente en remoción de nitrógeno criogénicamente como se describe, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos 5,505,049, 5,036,671, o 4,415,345 las cuales son efectivas pero sin resultados económicos. La patente de los Estados Unidos 5,321,952 describe una alternativa a procesos criogénicos, la cual comprende absorber la* fracción de hidrocarburo de gas natural (esencialmente metano) en un aceite parafínico de C9-C14 y descargar los gases inertes (esencialmente nitrógeno) separado de esta manera en la atmósfera o en otra unidad operativa. Sin embargo, el uso de aceite parafínico como líquido absorbente implica una serie de desventajas las cuales vuelven al proceso de absorción, como una alternativa al proceso criogénico, mucho menos competitivo con respecto a este último. Sobre todo, el proceso de absorción con aceite parafínico requiere condiciones particulares de operación. De hecho, incluso si existe la posibilidad de operar a temperatura ambiente, en la práctica, es aconsejable operar a una temperatura que varía desde -40 hasta -10°C con la necesidad consecuente de deshidratación forzada de gas para evitar el fenómeno de congelamiento dentro del equipo. Una segunda desventaja, mucho más grave que la primera, se produce en la fase de desorción para la recuperación del gas. Esta operación tiene lugar por expansión del aceite parafínico en columnas de vaporización instantánea colocadas en serie. Al final de la expansión, el aceite parafínico se recicla para absorción mientras que el gas es enviado parcialmente a una sección de compresión para ser alimentado a una red de distribución, y parcialmente se recicla a la absorción. Esta fase de compresión sola vuelve al proceso claramente menos competitivo. Una* desventaja adicional del proceso descrito en la patente de los Estados Unidos 5,321,952 se puede identificar en la sección de absorción en donde es necesario operar con dos columnas, una alimentada con gas natural que proviene de la producción, y la otra con gas reciclado. El solicitante ha encontrado que la simple sustitución de aceite parafínico con un líquido más ligero y menos viscoso, por ejemplo una nafta virgen, elimina sorprendentemente los inconvenientes anteriores. Al mismo tiempo, se obtiene un proceso de separación el cual es tan efectivo como los sistemas criogénicos pero sin los altos costos involucrados.

El objetivo de la presente invención por lo tanto se relaciona con un proceso para la remoción de nitrógeno contenido en gas natural, el cual comprende: a) absorber el componente de hidrocarburo de gas natural por medio de nafta virgen, que consiste esencialmente de parafinas de C5-C8, en un dispositivo de absorción, y descargar el nitrógeno no absorbido; b) depurar el componente de hidrocarburo de la nafta virgen en una columna de depuración que funciona a una temperatura en el fondo que varía de 150 a 9200°C; c) reciclar la nafta virgen, recuperada en la depuración, a la etapa a) ; d) alimentar el componente de hidrocarburo depurado a una red de distribución.

El gas natural alimentado a la etapa de absorción generalmente se trata previamente para eliminar o reducir los hidrocarburos superiores y otros gases inertes tales como, por ejemplo, dióxido de carbono, posiblemente presente. Las operaciones de pretratamiento comprenden alimentar el gas a una unidad de filtración y calentado. El C02 y las posibles trazas de humedad se pueden eliminar por medio de permeación a través de membranas. Se puede encontrar información más detallada respecto a la permeación a través de membranas en "Polymeric Gas Separation Me branes" R.E. Kesting, A.K. Fritzsche, Wiley Interscience, 1993. La etapa de absorción preferiblemente se lleva a cabo en una columna de platos o en una columna de relleno, alimentando el gas natural en el fondo y la nafta virgen en la parte superior. Como se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones, el término "nafta virgen" se refiere a un corte de petróleo que consiste esencialmente de una mezcla de hidrocarburos líquidos a temperatura ambiente en los cuales el número de átomos de carbono de los componentes solos varía principalmente de 5 a 8 y tiene un punto de ebullición promedio que varía de 35°C aproximadamente del pentano a 125°C aproximadamente de octano. La absorción tiene lugar sustancialmente a temperatura ambiente y a una presión igual a la de la producción de gas natural, en columnas de platos o columnas de relleno, en donde el empacado preferiblemente se coloca de una manera ordenada y no de manera aleatoria. Se descarga una corriente de gas, que consiste esencialmente de nitrógeno, desde la parte superior de la columna, mientras que el fluido absorbente que contiene el componente hidrocarburo de gas natural, esencialmente metano, se recupera en el fondo.

Este último se recupera en la columna de depuración, que opera a una presión la cual es menor qlie la de una columna de absorción pero superior, o sustancialmente igual a la que se encuentra en una red de distribución, y se alimenta a la red misma. Si alguno de los componentes de la nafta virgen (los más ligeros) son arrastrados durante la fase de depuración, se puede incluir una etapa de recuperación de estos productos con un ciclo de congelamiento. El proceso para remoción de nitrógeno contenido en el gas natural objeto de la presente invención se puede comprender mejor con referencia al dibujo de la figura anexa la cual representa una modalidad ilustrativa pero no limitante del mismo. El gas natural que contiene nitrógeno (1), tratado previamente para eliminar humedad, dióxido de carbono y posiblemente otros gases indeseables, tales como H2S, se alimenta a la base de la columna de absorción Dl. La nafta virgen se alimenta a la parte superior de la columna Dl por medio de una línea (2) de alimentación. La nafta virgen generalmente es nafta virgen reciclada (12). Se extrae una corriente de gas (4) que consiste esencialmente de nitrógeno desde la parte superior de la columna Dl, la cual, después de expansión por medio de la válvula VI y enfriamiento subsecuente en el intercambiador El, avanza al separador de gas/líquido SI. Se descarga la corriente de gas remanente (5) del separador SI, después de la expansión en V2 y la descarga de frigorías en El. El líquido recolectado en el fondo del tanque SI, consiste esencialmente de nafta virgen arrastrada por el nitrógeno, se alimenta al separador S2 el cual regula el reflujo de la columna D2 de depuración subsecuente. Se recupera una corriente líquida (6) que consiste esencialmente de nafta virgen y gas natural disuelto en el mismo, del fondo de la columna Dl . Esta corriente se expande por medio de la válvula V3 y se recolecta en el separador S3. Los gases liberados como reclutado de la expansión se descargan por medio de la línea (7) y se utilizan como fuente de energía para el funcionamiento del proceso. La fase líquida remanente (8), después de expansión adicional en V4 y calentamiento en E2, se alimenta a la columna D2 de destilación que opera con un evaporador en el fondo E3. Se recupera de la parte superior de la columna D2 una corriente de gas (9) que consiste esencialmente de metano y nafta virgen arrastrada por el metano mismo durante la depuración. La corriente de gas (9) se expande en V5, se enfría primero en el intercambiador E4 de recuperación y después en el intercambiador E5, conectado al ciclo de refrigeración PK1, y después se envía al separador S2. El líquido recolectado en el fondo del separador S2 se recicla (10) a la parte superior de la columna D2, como reflujo, por medio de la bomba Pl. El gas (11) que consiste de metano y posiblemente nitrógeno absorbido en una concentración menor de 10% molar, después de descargar las frigorías en E4, se envía a la red de distribución. La nafta virgen (12) se recupera del fondo de la columna D2 , y, después de enfriar primero en el intercambiador E6 de aire y después en el intercambiador E2, seguido por el intercambiador E7 conectado al ciclo de refrigeración PK2, se bombea en P2 a la parte superior de la columna de absorción Dl . Puesto que el gas en la alimentación puede contener trazas significativas de hidrocarburos superiores C+ las cuales se pueden acumular en la nafta virgen, se lleva a cabo un lavado (3) para mantener la velocidad de flujo de nafta virgen constante en el ciclo. Para propósitos ilustrativos y no limitantes, se proporciona en lo siguiente una prueba experimental, que funciona de acuerdo con el esquema de la figura anexa. Se adopta gas natural, disponible a 60 bar, que tiene la siguiente composición: moles % - d 63.98 - C2 2.22 - C3 1-32 - C< (i + n) 1.10 moles % - C5 (i + n) 0.87 - nC6 0.88 - c7+ 0.48 - C02 17.42 - N, 11.73 El gas se trata previamente por permeación en membranas para eliminar C02. Se obtiene una corriente de gas (1) que tiene la siguiente composición: moles : - Cx 78.64 - N, 14.42 - otros 6.94 Se alimentan 60,000 SmVg de esta corriente de gas a la base de la columna Dl de absorción de relleno que funciona a 60 bar, una temperatura en la parte superior de 25°C, una temperatura en el fondo de 29°C. La nafta virgen reciclada (12) se alimenta (2) a la parte superior de la misma columna, a una temperatura de 25°C y una presión de aproximadamente 62 bar, que contiene aproximadamente 4% en moles de metano. Como nafta virgen, se utiliza una mezcla que consiste esencialmente de hidrocarburos de C5-C8 con un punto de ebullición promedio de aproximadamente 95°C. Se recupera una corriente (4) de la parte superior de la columna de absorción Dl y se expande, se enfría y después se descarga del ciclo productivo (5) . Esta corriente tiene una velocidad de flujo de aproximadamente 8700 Sm'Vg y la siguiente composición: moles % - N, 63.00 otros 3.00 Una corriente líquida (6) que consiste de nafta virgen que contiene aproximadamente 20% en moles de metano y 2% de nitrógeno residual (1340 Sm3/g) se descarga desde la base de la columna Dl . Esta corriente se expande a 55 bar y se recolecta en el separador S3. Una corriente de gas (7) igual a 80 Sm3/g, utilizada como gas combustible, se descarga desde la parte superior del separador, mientras que la corriente líquida (8) de nafta virgen que contiene aproximadamente 19% en moles de metano y 1.67% en moles de nitrógeno, se recupera de la base. La corriente (8) se trata previamente primero a 45°C y después se envía a la columna de depuración D2 , que funciona a 25 bar, una temperatura en la parte superior de 43°C, y una temperatura en el fondo de 165°C. Se recupera una corriente de gas desde la parte superior de la columna D2 y, después de expansión y refrigeración, se separa de los productos condensados en S2. Se recupera el metano (11) a partir de este tanque con una velocidad de flujo de 50,800 Sm3/g. El gas tiene la siguiente composición: moles % - d 86.53 - N2 6.14 - otros * 7.33 Se recuperan 1200 SmVg de nafta virgen del fondo de la columna D2, la cual se enfría a 25°C en E6, E2, E7, y después se bombea a la columna de absorción, después de lavado (3) de 2.62 m3/g.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para remover nitrógeno contenido en gas natural, que comprende: a) absorber el componente de hidrocarburo de gas natural por medio de nafta virgen, que consiste esencialmente de parafinas de C5-C8, en un dispositivo de absorción, y descargar el nitrógeno no absorbido; b) depurar el componente de hidrocarburo de la nafta virgen en una columna de depuración que funciona a una temperatura en el fondo, que varía de 150 * a 200°C; c) reciclar la nafta virgen, recuperada en la depuración, a la etapa a) ; d) alimentar el componente de hidrocarburo depurado a una red de distribución.

2. El proceso como se describe en la reivindicación 1, en el que el gas natural se trata previamente para eliminar el dióxido de carbono.

3. El proceso como se describe en la reivindicación 2, en el que la remoción del dióxido de carbono del gas natural tiene lugar por medio del permeación por medio de membranas.

4. El proceso como se describe en cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la etapa de absorción tiene lugar en una columna de relleno.

5. El proceso como se describe en cualquiera de las reivindicaciones previas, en donde la etapa de absorción se lleva a cabo a temperatura ambiente.