Optimización de Procesos de Endulzamiento de Gas Natural: Absorción Química y Física

Definición y Características del Gas Ácido

El gas ácido es gas natural o cualquier otra mezcla de gases que contenga cantidades significativas de sulfuro de hidrógeno ($ ext{H}_2 ext{S}$), dióxido de carbono ($ ext{CO}_2$), o contaminantes similares.

Impacto del Dióxido de Carbono ($ ext{CO}_2$)

En casos en que la relación $ ext{CO}_2/ ext{H}_2 ext{S}$ sea alta y se requiera procesar el gas ácido en una unidad recuperadora de azufre, la presencia de $ ext{CO}_2$ afecta el desempeño de la unidad. Así, el dióxido de carbono por sí mismo es un gas ácido, pero no un gas amargo.

El dióxido de carbono no es tan perjudicial como el $ ext{H}_2 ext{S}$ y su eliminación no siempre es necesaria.

Métodos de Absorción para la Eliminación de Gases Ácidos

Absorción Química (Uso de Solventes Reactivos)

Los absorbentes más empleados son:

• Soluciones de aminas (absorción a temperatura ambiente).
• Carbonato de potasio (absorción a 100-110 °C).

Absorción Física

La absorción física se lleva a cabo a altas presiones y tiene un menor requerimiento energético que el uso de aminas. Los solventes físicos funcionan mejor a temperaturas bajas.

Una buena recomendación es que la temperatura del solvente esté entre 15–20 °F por encima de la del gas de entrada.

La absorción física no es conveniente para la desulfuración del gas húmedo, pues algunos componentes, como el butano, se solubilizan en esos disolventes prácticamente lo mismo que el $ ext{H}_2 ext{S}$.

Filtros Moleculares

Los filtros moleculares, también llamados tamices moleculares (zeolitas), limitan su uso a gas natural con bajo contenido en gases ácidos. No se usan para eliminar $ ext{CO}_2$. Se sitúan aguas abajo de la unidad de absorción para reducir el tamaño de los lechos.

Química de las Aminas y su Aplicación

Definición y Clasificación de las Aminas

Las aminas son compuestos orgánicos derivados del amoniaco ($ ext{NH}_3$) y son producto de la sustitución de los hidrógenos que componen el amoniaco por grupos alquilo o arilo.

• Un radical alquilo ($ ext{R}$) es una entidad molecular inestable derivada de un alcano que ha perdido un átomo de hidrógeno y ha quedado con un electrón desapareado o impar. Los grupos alquilo no necesariamente tienen que ser iguales en cuanto al número de carbonos e hidrógeno.
• El grupo arilo ($ ext{Ar}$) es el grupo funcional derivado de un hidrocarburo aromático.

Las aminas se clasifican de acuerdo con el número de sustituyentes unidos al nitrógeno:

• Aminas primarias
• Aminas secundarias
• Aminas terciarias

Todas las aminas son compuestos muy polares.

Aminas Primarias Clave

La monoetanolamina ($ ext{MEA}$) y la diglicolamina ($ ext{DGA}$) son aminas primarias importantes. La metilamina o aminometano ($ ext{CH}_3 ext{NH}_2$) es también una amina primaria.

La $ ext{MEA}$ es la más sencilla de las etanolaminas.

Consideraciones Operacionales de la MEA

Las aminas no operan en solución alcohólica.

Algunas impurezas, tales como el sulfuro de carbonilo ($ ext{COS}$), el disulfuro de carbono ($ ext{CS}_2$) y el oxígeno, tienden a degradar la solución de $ ext{MEA}$.

Se pueden incorporar inhibidores de corrosión, con lo cual se pueden utilizar concentraciones de $ ext{MEA}$ hasta 30% p/p y, por ende, aumentar la carga de gas ácido.

Dietanolamina (DEA): Amina Secundaria

La dietanolamina ($ ext{DEA}$) es una amina secundaria y se obtiene haciendo reaccionar la $ ext{MEA}$ con el óxido de etileno. Tiene su mayor aplicabilidad en el tratamiento de gas de refinerías, donde pueden existir compuestos sulfurosos que degradan la $ ext{MEA}$. Se recomienda para el tratamiento de gas con alto tenor de sulfuro de hidrógeno.

Contenido de Azufre Total

El contenido de azufre total en el gas residual se refiere a la combinación de $ ext{H}_2 ext{S}$, $ ext{COS}$, $ ext{CS}_2$ y $ ext{RSR}$ (mercaptanos).