26.06.2020 - Georgia Institute of Technology

Gas natural agridulce

Membranas de poliimida para la purificación del gas natural

El gas natural que contiene mayores cantidades de sulfuro de hidrógeno (H2S) y dióxido de carbono (CO2) se denomina gas ácido. Antes de que pueda entrar en un gasoducto, debe ser "endulzado" mediante la eliminación de sus impurezas ácidas. A través de un ajuste fino de las proporciones de dos componentes moleculares, es posible producir membranas de poliimida a medida que pueden purificar el gas amargo con una amplia gama de composiciones, como informaron los investigadores en la revista Angewandte Chemie.

El principal componente del gas natural es el metano (CH4). El H2S y el CO2 del gas ácido reaccionan de forma ácida con la humedad, lo que los hace altamente corrosivos. Además, el H2S es altamente tóxico y supone un riesgo para la seguridad. Hoy en día, el endulzamiento se logra generalmente a través de un lavado químico muy intensivo en energía, que no es económicamente viable para el gas con altas concentraciones de H2S y CO2. Además, este proceso requiere un aparato grande y complejo que es imposible de usar en instalaciones remotas o en alta mar. Las separaciones de membrana escalables y económicas representan una excelente alternativa.

Las membranas basadas en polímeros de poliimida vítrea hechas de un grupo especial que contiene nitrógeno y oxígeno demuestran una buena eficiencia de separación. Sin embargo, ha faltado una comprensión fundamental de las relaciones entre las estructuras de las poliimidas y sus propiedades de transporte de gas en presencia de H2S, lo que ha impedido el diseño de membranas avanzadas. Un equipo dirigido por William J. Koros del Instituto de Tecnología de Georgia (Atlanta, EE.UU.) se ha ocupado ahora de este tema.

Las separaciones por membrana se basan en el hecho de que los gases con mayor solubilidad pasan más fácilmente a través de los materiales de la membrana; sin embargo, las moléculas de gas más pequeñas también pueden difundirse a través de las membranas con mayor facilidad. El desafío para el endulzamiento radica en el hecho de que la separación de CO2 depende principalmente de una diferencia de tamaño (el CO2 es más pequeño que el CH4), mientras que la separación del H2S y el CH4 de tamaño similar depende de las diferencias de solubilidad. Además, las membranas de poliimida vítrea comienzan a ablandarse a medida que absorben más gas disuelto. Esto es favorable para la separación del H2S pero desfavorable para la separación del CO2.

Para sus experimentos, los investigadores produjeron poliimidas basadas en el anhídrido diftálico 6FDA (4,4'-(hexafluoroisopropilideno). Utilizaron dos bloques de construcción 6FDA diferentes, que polimerizaron en diversas proporciones. Uno de los bloques de construcción (DAM) introduce un grupo voluminoso de trimetil benceno, que impide que las cadenas de polímeros se empaqueten densamente. Esto aumenta tanto la permeabilidad del gas como la tendencia a ablandarse. El otro bloque de construcción (DABA) contiene un grupo de ácido benzoico polar. Esto aprieta el empaquetamiento de las cadenas, disminuyendo la permeabilidad, pero aumenta la solubilidad del H2S.

Mayores proporciones de DAM aumentan la permeabilidad hacia el CO2, pero también el CH4, que disminuye la selectividad. Por el contrario, la selectividad con respecto al H2S apenas se ve afectada. Cuanto más DAM se incluye, más se ablanda el polímero, lo que es desfavorable para el CO2 pero favorable para el H2S. Ajustando cuidadosamente las cantidades relativas de los bloques de construcción, el empaquetamiento de las cadenas de polímeros y la tendencia a la plastificación pueden ser equilibrados para producir membranas que separen simultánea y eficientemente tanto el H2S como el CO2. Esto hace posible adaptar las membranas para diferentes composiciones de gas natural.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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