Endulzamiento del Gas Natural
Gas Ácido
Definicion
Gas natural que contiene cantidades significativas de contaminantes que lo hacen poco comercial
como son
El azufre
Compuestos de azufre
Dióxido de carbono
Contaminantes del Gas Natural
Pueden generar
Alteraciones en las condiciones normales de las plantas de tratamiento de gas
Riesgos para la salud del ser humano
Principales Contaminantes
Sulfuro de hidrógeno (H2S)
Problemas
El Ácido sulfhídrico, al disolverse en el agua presente en el gas natural genera aceleración local de la corrosión en la tubería de los gasoductos.
Nitrógeno (N2)
Problemas
Concentraciones elevadas de nitrógeno reducen el poder calorífico del gas.
Su presencia en determinadas concentraciones en el gas natural podría generar la formación de foto-oxidantes dañinos para la salud humana.
Agua (H2O)
Cuando el gas es comprimido y enfriado el vapor de agua contenido en él pasa al estado sólido o líquido
Problemas
El agua en estado líquido puede acelerar la corrosión y reducir la eficiencia del sistema de transmisión del gas.
El agua en estado sólido presenta el inconveniente de formar hidratos, los cuales se componen de agua e hidrocarburos y tienen una estructura parecida al hielo; estos taponan las válvulas, conexiones y lineas de flujos.
Dióxido de Carbono (CO2)
Problemas
Corrosión dulce
El CO2 es un componente del gas natural y es común encontrarlo en presencia de agua y entre más alta sea la cantidad de agua, más se acelera el proceso corrosivo, debido a que se produce la formación de ácido carbónico (H2CO3).
Monoxido de Carbono (CO)
Problemas
La exposición de las personas a concentraciones importantes de este subproducto del gas natural puede llevar a una intoxicación, afectando la capacidad de su sangre para transportar oxigeno.
Oxígeno (O2)
Problemas
La presencia de este elemento en el gas natural no es significativa, pero al asociarse con el agua libre puede promover la corrosión del metal de las tuberías y en sus sistemas asociados.
Sulfuro de Carbonilo (COS)
Problemas
El Sulfuro de Carbonilo (COS) puede afectar de forma adversa a la eliminación de Ácido sulfhídrico (H2S) dependiendo el proceso de tratamiento del gas natural.
Mercaptanos (RSH)
Problemas
Son compuestos sulfurados que poseen olores desagradables y tienden a concentrarse en los líquidos que se obtienen en las plantas de gas.
Mercurio (Hg)
Problemas
Plantea dificultades para el transporte, el mercurio volátil ocasiona daños en las tuberías y los recipientes de almacenamiento.
Disulfuro de Carbonilo (CS2)
Problemas
Compuesto inestable, corrosivo y tóxico.
La exposición prolongada de vapores de este compuesto, lleva a la intoxicación.
Efectos del Sulfuro de hidrógeno (H2S)
Corrosión Agria
El Sulfuro de Hidrógeno (H2S) es un gas toxico que presenta propiedades corrosivas en las lineas de transmisión y distribución del gas natural
Ocasionando
Daños a la integridad y el buen
estado de los gasoductos
Reemplazos constantes y aumento de costos operacionales para la industria
Afecta el poder calorífico del gas natural
Esto conlleva a condicionar la corriente de gas para conservar el poder calorífico del mismo.
Propicia reacciones adversas
En presencia de agua el H2S reacciona con dióxido de carbono CO2 para formar Sulfuro de Carbonilo (COS) que también hidroliza al H2S y CO2, formándose una reacción reversible.
Por medio de una reacción de H2S y Cobre se crea “Sulfuro de cobre”, el cual reacciona con los mercaptanos disueltos en el gas y crea mercaptida cuprosa (RSCu) y disulfuros.
Procesos de Endulzamiento
El objetivo de este proceso es la eliminación de los componentes ácidos del gas natural, como son el Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y el dióxido de carbono CO2, ademas de los otros derivados de azufre.
Endulzamiento con Carbonatos
Características
Se produce a 110 y 120 ºC.
Presenta una absorción química con una solución de carbonato de potasio y una etapa regenerativa con vapor a presión atmosférica.
Todo el proceso es realizado a temperatura constante.
El proceso se asemeja al de las Aminas ya que también ocurre una reacción química.
Proceso
La reacción de carbonato de potasio rico pasa del absorbente a la parte superior de la torre despojadora, donde se libera de los gases ácidos al ser expandida a presión de regeneración casi atmosférica con la utilización del vapor.
Ejemplo de Procesos
Benfield
Es el proceso original de Carbonato de Potasio Caliente.
CATACARB
Proceso similar a Benfield, pero se caracteriza por la agregación de un catalizador para mejorar la reactividad y la capacidad de carga de la solución de Carbonato de Potasio.
Endulzamiento del Gas Natural con Aminas
Características
Es uno de los procesos mas difundidos en la industria del procesamiento del gas.
Este proceso consiste utilizar soluciones acuosas de aminas y ponerlas en contacto con el gas natural por medio de un sistema de absorción/desorción.
Las aminas mas utilizadas son: Monoetanolamina (MEA), Trietanolamina (TEA), Diglicolamina (DGA) y Diisopropanolamina (DIPA).
Proceso
La solución acuosa de amina reacciona con los gases ácidos creando compuestos solubles en agua, y de esta forma el gas natural queda libre de dichos compuestos contaminantes. Para finalizar el ciclo, la amina pasa a un proceso de regeneración, en donde los compuestos absorbidos por esta son removidos, y luego vuelve a recircular, cerrando así el ciclo.
Endulzamiento por Absorción Física
Características
Su objetivo es remover diferentes componentes ácidos del gas mediante el contacto con sólidos que poseen propiedades absorbentes.
Resulta eficiente para la remoción de gases ácidos que se encuentran en cantidades pequeñas o trazas en términos de partes por millón (ppm).
Su regeneración se da por cambios de presión, sin necesidad de calor.
Proceso
El proceso de absorción física se lleva a cabo cuando la presión parcial de los gases ácidos en la alimentación es alta y la temperatura es baja, ya que esto incrementa la solubilidad de los mismos en el solvente.
La regeneración de los solventes se realiza por separación flash a bajas presiones y/o con vapor de solvente o un gas inerte.
Ejemplo
Selexol
Es aplicado para absorber H2S y CO2 en dimetill éter de polietilenglicol (DMPEG).
Se usa cuando el gas a tratar presenta bajo contenido de CO2 y alto de H2S.
Factores a considerar para su elección
La cantidad de gases ácidos permitidos en el medio ambiente
Deben conocerse todos los compuestos de azufre presentes en el gas para seleccionar el proceso óptimo de endulzamiento, ya que no todos los procesos son efectivos para remover compuestos de azufre.
Volumen del gas a ser procesado
Temperatura y presión del gas ácido y del gas dulce
Costos operacionales del proceso de endulzamiento
Corrosión
Tipos de Procesos
Procesos con Solventes Mixtos
Trabajan combinando solventes químicos y físicos, presentando las características de ambos. El proceso se estructura con una sección de absorción de gases ácidos y una sección de regeneración del solvente que se da por medio de separación en etapas múltiples o por fraccionamiento.
Ejemplo
Sulfinol
El proceso esta licenciado por la Shell E&P Technology Company.
Utiliza un solvente compuesto, consiste en una mezcla de diisopropanolamina (DIPA) o metildietanolamina (MDEA), dióxido de tetrahidrotiofeno (Sulfolano) y agua.
Secuestrantes químicos
Los secuestrantes son compuestos en estado líquido o sólido que reaccionan con el Sulfuro de hidrógeno (H2S) creando a su vez un producto que es separado para su posterior desecho.
Ejemplo
Triazinas
Son compuestos basados en la condensación de una amina (MEA) con un aldehído.
Lechos Sólidos
Es un proceso de endulzamiento de gas natural que se caracteriza por utilizar un adsorbente sólido como mallas moleculares, sílica o alúmina, para eliminar los gases ácidos a partir de reacciones químicas o enlaces iónicos.
Ejemplo
Tamices Moleculares
Las mallas o tamices moleculares son sistemas que usan sólidos cristalinos porosos con cargas polarizadas. Al fluir el gas en ellos las moléculas polares como el H2S y el agua, se adhieren a los poros formando enlaces ionicos débiles.
Absorción Química con Líquidos
Se emplea en corrientes de gas con concentraciones de H2S mayores de 100ppm y consiste en reaccionar los gases ácidos con un componente activo para dar lugar a componentes inestables en un solvente. Posteriormente, el solvente puede liberarse de los componentes ácidos en un proceso regenerativo.
Ejemplo