Corrosion en plantas de gas natural por aminas

El gas natural extraído de los pozos petroleros está asociado a compuestos ácidos tales como; H2S , CO2 , mercaptanos (RSH) , CS2 y COS . La presencia de estos compuestos en los hidrocarburos es indeseable , entre otras razones por su corrosividad , envenenar los catalizadores de algunos procesos industriales y participar en reacciones secundarias que contaminan los productos derivados de los hidrocarburos.
A fin de evitar estos inconvenientes el gas natural es sometido a tratamientos de endulzamiento o remoción de los contaminantes de naturaleza ácida mediante tratamientos de absorción química con soluciones de alcanolaminas . Este proceso se realiza en plantas industriales construidas principalmente de aceros al carbono.
Para estos procesos se usan básicamente cinco alcanolaminas (1), la monoetanolamina (MEA), la dietanolamina (DEA) ,la trietanolamina (TEA),la Dyglicolamina (DGA), y la Diisopropanol-amina. La elección de una u otra dependerá de las características que se requieran en base al diseño de planta y sus parámetros operacionales.
La MEA es la alcanolamina más usada (2), por tener una mayor capacidad de absorción por unidad de peso, y ser fácilmente repurificada por destilación debido a su mayor presión de vapor. La MEA se usa en disoluciones acuosas del 10 al 20% y a temperaturas de alrededor de 70ºC(1,3).
La remoción del CO2 se produce mediante reacción química acido-base con la amina, existiendo dos mecanismos posibles:
1.- Mediante la formación de carbamatos, para cargas máximas de CO2 de 0,5 moles por mol de amina, según la reacción:
CO2 + 2RNH = R2NH2+ + R2NCOO- (1)
2.- Para cargas de CO2 superiores a 0.5moles por mol de amina. La reacción se produce a través de la formación de bicarbonatos.
CO2 + H2O = H2CO3 ( 2 )
H2CO3 = H+ + HCO3- ( 3 )
HCO3+ = H+ + CO3- ( 4 )
H+ + RNH = RNH2+ ( 5 )
Las sales formadas entre la amina y el carbonato (ver ecuaciones 4 y 5 ) son fácilmente disociadas en el proceso de regeneramiento térmica por calentamiento a aproximadamente 225ºF. Liberándose la MEA la cual es nuevamente usada en el proceso .
En el proceso de endulzamiento del gas natural pueden haber pérdidas de la MEA por evaporación o degradación de esta. La degradación de la MEA procede a través de una serie de reacciones hasta formar la N-(2-Hidrohietil)-etilendiamina ( HEED ).
HOCH2CH2NHCH2CH2NH2.
N-(2 Hidroxietil) Etilen Diamina.
Esta reacción es irreversible y el producto la HEED tiene una reducida capacidad de remoción de los gases ácido y es muy corrosivo a niveles mayores del 0,4% en solución.
Las soluciones de alcanolaminas corroen los componentes estructurales de acero al carbono de las plantas de endulzamiento del gas natural (4).La corrosión puede ser generalizada (5), por fractura por corrosión bajo esfuerzo (SCC) (4), o a través de corrosión localizada como, picadura y hendidura (6). los cuales son corroídas por las soluciones de alcanolaminas (7, 8).La ocurrencia de varios accidentes en unidades de aminas durante la década de los '80, producto de la corrosión en estas plantas ha acrecentado el interés en el estudio de la corrosión de los aceros al carbono por las alcanolaminas .
Este tipo de corrosión es muy preocupante para la industria, debido a que afecta la eficiencia operacional de las plantas(6).Las investigaciones para la solución de este problema se han abocado en diversas áreas; el desarrollo de materiales de mayor resistencia a este ataque, el uso de inhibidores(4), y la elucidación de los mecanismos de corrosión.
La elucidación de los mecanismos de corrosión permitiría establecer parámetros operacionales óptimos y bajo estas condiciones predecir el progreso de la corrosión, realizar un adecuado servicio de mantenimiento y en otros casos contribuiría al diseño de los aceros más resistentes a este tipo de corrosión.
El proceso de corrosión de metales transcurre a través de reacciones electroquímicas. El cual envuelve dos reacciones de media celda , una catódica y otra anódica, del tipo:
2H+ + 2e- ® H2(g) reacción catódica (1r)
Fe0 ® Fe+2 +2e- reacción anódica(2r)
Estas dos semireacciones sumadas dan la reacción total:
2H+ + Fe0 ® Fe+2 + H2(g) (3r)
Este el tipo de reacciones de corrosión son del tipo de las que pueden ocurrir en una unidad de monoetanolamina , construida en aceros al carbono.(5).
Las reacciones de corrosión pueden ser detenidas entre otras razones por la pasivación del material , lo que consiste en la formación de capas de productos de reacción , insolubles sobre la superficie del metal , impidiendo el contacto físico entre éste y el medio corrosivo