Optimización de Procesos de Endulzamiento de Gas: Factores Operacionales y Química de las Aminas

Consideraciones Clave del Proceso de Endulzamiento de Gas

Antes de proceder con el diseño de cualquier sistema de tratamiento de gas, es fundamental evaluar varios factores operativos y económicos que impactan directamente en la viabilidad y eficiencia del proyecto.

Factores Térmicos y de Medios Auxiliares

• La temperatura y disponibilidad del medio de calentamiento se deben evaluar antes de realizar el diseño, ya que esto impacta significativamente en los costos de equipo y operación.
• La disponibilidad del medio de enfriamiento también es crucial por la misma razón.
• Además, la temperatura del medio de enfriamiento define la temperatura de circulación del solvente.
• En zonas donde el agua es escasa y, por lo tanto, costosa para usarla como medio de enfriamiento, el aire se convierte en la alternativa principal. Esto provoca que las temperaturas del solvente, especialmente en verano, no puedan ser menores de 135 – 140 °F (aproximadamente 57 – 60 °C), lo cual impide el uso eficiente de solventes físicos, dado que estos funcionan mejor a temperaturas bajas.

Disposición Final del Gas Ácido (H₂S y CO₂)

La elección del método de disposición final del gas ácido depende del contenido de H₂S en el gas agrio y de las regulaciones ambientales vigentes.

• La disposición final puede ser mediante una unidad recuperadora de azufre (SRU) o por incineración.
• Cuando se utiliza la incineración, el contenido de hidrocarburos pesados en el gas a tratar no es un factor crítico.
• Sin embargo, en la unidad recuperadora de azufre, la presencia de hidrocarburos afecta la calidad del azufre recuperado, tornándolo gris u opaco en lugar del deseado amarillo brillante.
• Además, si el gas ácido se procesa a través de una unidad recuperadora de azufre y posteriormente por una unidad de limpieza de gas de cola (TGTU), se requiere una mayor presión operativa en comparación con la simple incineración.

Factores de Costo Operacional

Los principales factores económicos que deben considerarse en la selección del proceso son:

• Costos de equipos (CAPEX).
• Costos de potencia.
• Costos del solvente.
• Costos del combustible (OPEX).

Es importante notar que algunos procesos son inherentemente más eficientes en cuanto al consumo de combustible. Por ejemplo, los procesos de absorción física y los híbridos suelen ser más eficientes energéticamente que los procesos basados en aminas.

Fundamentos de la Absorción Química con Aminas

Las aminas son la base de muchos procesos de endulzamiento de gas debido a su capacidad para reaccionar químicamente con el H₂S y el CO₂.

Definición y Estructura Química

• Las aminas son compuestos orgánicos derivados del amoníaco (NH₃). Se forman por la sustitución de los átomos de hidrógeno del amoníaco por grupos alquilo o arilo.
• Grupo Alquilo (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.
• Grupo Arilo (Ar): Es el grupo funcional derivado de un hidrocarburo aromático.

Clasificación de las Aminas

Las aminas se clasifican según el número de sustituyentes unidos al átomo de nitrógeno:

1. Aminas Primarias: Se reemplaza un hidrógeno del amoníaco por un grupo alquilo (R). Ejemplo: La metilamina o aminometano (CH₃NH₂).
2. Aminas Secundarias: Dos grupos alquilo han reemplazado a dos hidrógenos en la molécula de amoníaco. Es necesario resaltar que los grupos alquilo no necesariamente tienen que ser iguales en cuanto al número de carbonos e hidrógenos. Ejemplos: Dimetilamina (CH₃ – NH – CH₃) o Etilpropilamina (CH₃ – CH₂ – NH – CH₂ – CH₂ – CH₃).
3. Aminas Terciarias: Se han reemplazado todos los hidrógenos en la molécula de amoníaco. Igualmente, no es necesario que los grupos sean iguales. Ejemplo: Trimetilamina o dimetilaminametano.

Propiedades Físico-Químicas

• Las aminas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera, ya que son componentes clave en varios procesos de tratamiento.
• Todas las aminas son compuestos muy polares.
• Las aminas primarias y secundarias pueden formar puentes de hidrógeno. Las aminas terciarias puras no pueden formarlos, pero sí pueden aceptarlos.