Fluid-dynamic Modeling of Fixed Bed Adsorption Towers for Hydrogen Sulfide Removal from Natural Gas

Abstract

El endulzamiento del gas natural es un proceso importante dentro de las operaciones de procesamiento de hidrocarburos, que permite cumplir con las especificaciones de calidad de productos, evitar problemas relacionados con la corrosión de tuberías e instalaciones y cuidar el medioambiente. Este proceso tiene como objetivo la remoción de sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono (CO2) y se puede llevar a cabo en torres de adsorción en donde un sorbente sólido, basado en óxidos metálicos como principio activo, es puesto en contacto con el gas natural, de tal manera que estos óxidos reaccionan con el H2S presente en el gas. En este tipo de procesos se debe tomar en cuenta aspectos relacionados al comportamiento fluidodinámico del proceso como la caída de presión que sufre el gas debido a su paso a través del sólido poroso y a la remoción de sulfuro de hidrógeno. En base a esto, en el presente trabajo se desarrolla un modelo fluidodinámico que permite estimar la caída de presión en este tipo de procesos. Para esto se tomó como base la ecuación de Ergun y para cálculos de la densidad y viscosidad del gas se tomó la ecuación de estado de Peng-Robinson (1976) y un ajuste matemático desarrollado por Jarrieh y Handire (2014), respectivamente. Posteriormente, se incluyó en el modelo aspectos de reactividad, considerando la formación de una capa de sulfuro de hierro (Fe2S3). Como resultado de la formación de esta capa hay cambios en el diámetro de la partícula y fracción vacía del sólido poroso. Finalmente, se plantearon casos de estudio para poder determinar cómo afectan las propiedades del lecho y las características del sólido en la caída de presión obteniendo como resultado que la porosidad, presión de entrada del gas y diámetro de lecho empacado son las variables que más afectan a la caída de presión y deben ser tomadas en cuenta para la operación de las torres de adsorción. La importancia del modelo desarrollado en el presente trabajo radica en los siguientes puntos: ayuda en el diseño y formulación de sorbentes sólidos, permite el análisis del comportamiento fluidodinámico en torres de adsorción ya instaladas y es una herramienta de apoyo en la planificación de las operaciones de mantenimiento de dichas torres.