Impurezas y Tratamiento del Gas Natural: H2S, CO2 y Endulzamiento

Constituyentes Químicos del Gas Natural

El gas natural es por lo general una mezcla homogénea, en proporciones variables, de hidrocarburos parafínicos, denominados Alcanos, los cuales responden a la fórmula: Alcanos = C_NH_2N+2 Donde (N) es el número de carbonos.

El gas natural contiene también cantidades menores de gases inorgánicos, como nitrógeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, oxígeno, vapor de agua, entre otros.

Todos estos componentes son considerados impurezas del gas natural. Algunas de estas impurezas causan problemas operacionales significativos, como la corrosión en equipos y tuberías de transporte.

Principales Contaminantes del Gas Natural:

• Sulfuro de hidrógeno
• CO2
• Nitrógeno
• Monóxido de carbono
• Agua
• Disulfuro de carbono
• Oxígeno
• Sulfuro de carbonilo
• Mercaptanos
• Mercurio

Composiciones Típicas del Gas Natural:

• Metano: 70-95%
• Etano, Propano y Butano: 0-20%
• CO2: 0-8%
• Oxígeno: 0-0.2%
• Nitrógeno: 0-5%
• Sulfuro de hidrógeno: 0-5%
• Gases raros (Argón, Helio, Xenón y Neón): trazas

Disulfuro de Carbono (CS2)

Sin considerar su participación en las reacciones de corrosión, el disulfuro de carbono (CS2) es también altamente tóxico para los seres humanos y nocivo para el medio ambiente. Por ello, es crucial extremar las precauciones al trabajar con este componente, dado que puede causar graves problemas de salud y/o ambientales.

Gases Ácidos (H2S y CO2)

• El H2S y el CO2 son llamados gases ácidos porque forman ácidos o soluciones ácidas en presencia de agua.
• Si existe presencia de CO2, este tiene características o efectos similares a los del H2S.
• Ni el H2S ni el CO2 tienen valor calorífico, pero causan graves problemas a los sistemas y el medio ambiente.
• El H2S es un gas tóxico, venenoso y su presencia no puede ser tolerada en los gases que se pueden utilizar como combustibles domésticos.
• El H2S en presencia de agua es extremadamente corrosivo y puede causar la falla prematura de válvulas, tuberías y recipientes a presión. También puede causar envenenamiento del catalizador en los reactores de las refinerías que requieren costosas medidas preventivas.
• La mayoría de las especificaciones de tuberías limitan el contenido de H2S a 0,25 g/100 m³ de gas (alrededor de 4 ppm).
• El dióxido de carbono no es tan perjudicial como el H2S y su eliminación no siempre es necesaria. La eliminación de CO2 puede ser necesaria si el gas va a ser tratado en un proceso criogénico para evitar la solidificación de CO2. El dióxido de carbono es también corrosivo en presencia de agua.
• La mayoría de los procesos de tratamiento que eliminan el H2S también eliminan el CO2. Por lo tanto, el volumen de CO2 en la corriente se añade al volumen de H2S para obtener el volumen total de gases ácidos que deben ser eliminados.
• El gas amargo se refiere a los gases que contienen H2S en cantidades por encima de los límites aceptables de la industria. Un gas dulce es un gas libre de H2S que ha sido tratado para su eliminación.

Procesos de Endulzamiento Económicamente Factibles

Existen tres tipos de procesos principales para el endulzamiento del gas natural:

• a) Absorción Química:
  • Una solución absorbente reacciona químicamente con los gases ácidos (CO2, H2S) contenidos en el gas natural para producir un compuesto que puede ser disociado mediante 'stripping' a baja presión y alta temperatura, con el fin de regenerar el absorbente.
  • Los absorbentes más empleados son soluciones de aminas (absorción a temperatura ambiente) y carbonato de potasio (absorción a 100-110 °C).