Purificación de dióxido de carbono emitido en las plantas de gas natural

Purification of the carbon dioxide emitted by gas treatment plants

En las plantas de extracción de gas natural, el dióxido de carbono (CO₂) que viaja en la corriente de gas extraída, se separa y se libera a la atmósfera, acompañado de sulfuro de hidrógeno (H₂S), agua e hidrocarburos. El objetivo de esta investigación fue diseñar un proceso de purificación de la corriente de CO₂ residual, de tal manera que se evite su emisión a la atmósfera y se pueda utilizar en la industria alimenticia. En la industria alimenticia, el CO₂ se puede usar en bebidas carbonatadas y como fluido supercrítico, requiriendo una pureza superior a 99,95% mol. Para ello, se seleccionó como caso de estudio un flujo real de 3454 ton/año de CO₂ emitido por una planta de tratamiento de gas localizada en Neiva, Colombia y se simularon varios procesos de purificación usando el software ProMax. La purificación y recuperación de CO₂ se evaluó mediante (1) absorción química con metildietanolamina (MDEA), (2) deshidratación con trietilenglicol (TEG) combinada con tamiz molécular, y (3) remoción de compuestos livianos (metano-etano) por el proceso criogénico de Ryan Holmes. La combinación de los tres procesos permitió una recuperación de 99,95% de CO₂ con una pureza del 99,99% mol, requiriendo una inversión total de USD 412.323 o 53 USD/tCO₂. Este CO₂ podría ser comercializado a valores superiores a 5000 USD/tCO₂ en la industria alimenticia. Además, la combinación de los procesos (1) y (2) arrojó costos de 37 USD/tCO₂, produciendo una pureza de CO₂ de 99,85% mol, apto para otras aplicaciones de menor pureza en la industria alimenticia o en el recobro mejorado del petróleo.

1. INTRODUCCIÓN

En Colombia (Suramérica), el número de plantas de tratamiento de gas (TG) ha aumentado rápidamente en los últimos años. De acuerdo con el Reglamento Único de Transporte de Colombia (Resolución 071 [1]), el gas natural extraído se debe tratar para su posterior transporte hasta obtener un contenido de dióxido de carbono (CO₂) y sulfuro de hidrógeno (H₂S) inferiores a 2% mol y 4 ppm, respectivamente. El proceso de absorción con aminas es uno de los más utilizados en las plantas de TG para la eliminación de estos compuestos ácidos, donde usualmente se emplea una torre de absorción [2]. La metildietanolamina (MDEA) es una amina terciaria muy utilizada en este proceso. La etapa de regeneración tiene 4 etapas principales: expansión, filtración, calentamiento y regeneración. La desorción del CO₂ se produce en la última etapa del proceso en un separador, donde el CO₂ se libera a la atmósfera [3]. De esta manera, estas plantas liberan altas cantidades de CO₂ que podrían ser capturadas [4] y utilizadas en varias aplicaciones, con el fin de proporcionar una alternativa para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) [5].