Eliminación del sulfuro de hidrógeno en el biogás - Parte 2

Innovación DESOTEC: eliminación económica de sulfuro de hidrógeno

Es bien sabido que cualquier carbón activado elimina una cierta parte del sulfuro de hidrógeno del biogás. El sulfuro de hidrógeno se adsorbe en la superficie interna del carbón, donde en presencia de oxígeno se puede oxidizar y convertirse en azufre. Los integrantes de la ceniza, como el óxido de hierro, pueden acelerar y mejorar la retirada de H2S. La capacidad de eliminación de H2S del carbón activado en sí no suele ser interesante porque es bastante baja. Para eliminar de un modo efectivo y económico el sulfuro de hidrógeno del biogás, se potencian las capacidades y velocidades de eliminación impregnando el carbón activo con las sustancias químicas adecuadas.

Los químicos e ingenieros del equipo de I+D de DESOTEC han estudiado distintos materiales base, distintas sales, óxidos metálicos o sustancias alcalinas y sistemas de impregnación para mejorar las capacidades de eliminación del sulfuro de hidrógeno de los productos que se utilizan en el proceso de purificación del biogás.

Proceso de eliminación del sulfuro de hidrógeno

Durante el proceso de eliminación del sulfuro de hidrógeno, inicialmente se absorbe físicamente el H2S hacia el agua adsorbida, donde es sometido a disociación conforme a las reacciones siguientes:

H2S (g) + H2O   ↔        H2S (aq)

H2S (aq)           ↔         H+ + HS-

HS-                  ↔         H+ + S2-

La formación de azufre y agua se produce mediante oxidación de sulfuro en presencia de oxígeno libre:

Reacciones principales:

2 H2S + O2 ↔ ¼ S8 + 2 H2O       (1)

2 H2S + 3 O2 ↔ 2 SO2 + 2 H2O  (2)

2 H2S + SO2 ↔ 3 S + 2 H2O      (3)

Reacciones complementarias:

¼ S8 + 2 O2 → 2 SO2

2 SO2 + O2 + 2 H2O → 2 H2SO4

A temperaturas más bajas, lo más probable es que se produzca la reacción (1). La capacidad de eliminación del sulfuro de hidrógeno del carbón activado depende de las condiciones de operación en que se utilice el producto, como por ejemplo:

  • Humedad relativa;
  • Fracción molar entre H2S y O2;
  • La temperatura;
  • Azufre cargado en el carbón (y, por tanto, el volumen de los poros);
  • Tipo de impregnante;
  • Otros parámetros de operación.

Los químicos e ingenieros de I+D de DESOTEC han hecho muchos estudios para diseñar, desarrollar y producir un carbón activado con propiedades únicas para eliminar H2S del biogás. El sulfuro de hidrógeno del biogás se puede eliminar sobre el biogás húmedo que abandona el digestor o sobre el gas seco. Puesto que el primer paso en el proceso de eliminación del H2S es su absorción en el agua adsorbida, es importante comprender el impacto de la humedad relativa sobre el proceso de purificación del biogás.

Adsorción de vapor de agua a 20 °C Figura 1 Adsorción de vapor de agua a 20 °C La cantidad de agua adsorbida en el carbón activado depende de la humedad relativa y la temperatura del gas. El equilibrio de adsorción de vapor de agua en carbonos activos suele mostrar histéresis. El tamaño y la forma de la curva de histéresis que separa las ramas de adsorción y desorción es una función principal del tamaño del poro y la interconectividad de los mismos y, por tanto, de la materia prima y el proceso de activación que se utilizan para fabricar el producto. La figura 1 muestra el equilibrio de adsorción de vapor de agua de AIRPEL 10-3 a 20 °C.Se probaron distintos productos de carbón activado en una prueba piloto dinámica de eliminación de H2S a distintas humedades. La figura 2 muestra las curvas de ruptura de H2S de uno de los productos de desarrollo probados obtenidas a distintas humedades relativas. Los resultados indican que la cinética de eliminación de H2S es más rápida con una humedad superior. Una vez que el sulfuro de hidrógeno se absorbe en el agua adsorbida, se puede oxidizar y convertirse en azufre. La formación de azufre y agua se produce debido a la oxidación del sulfuro en presencia de oxígeno libre. Las reacciones de oxidación incluidas más arriba permiten comprender que la fracción molar entre H2S y O2 influirá en la cinética de eliminación general. La figura 3 muestra la curva de ruptura de H2S de uno de los productos en desarrollo. Alterando la receta del producto utilizado en esta prueba inicial, nuestro químico de I+D encontró un modo de mejorar el rendimiento general de nuestros productos para este uso. Los resultados de la prueba de curva de ruptura de H2S en condiciones similares se muestran en la figura 4. A partir de nuestra investigación, finalmente desarrollamos AIRPEL® ULTRA DS, un carbón activado extruido impregnado con capacidad de adsorción mejorada para compuestos de sulfuro creado especialmente para purificación de aire y gas. En las condiciones adecuadas, se pueden conseguir tasas de carga de más de 100 wt % (porcentaje en peso) de sulfuro.
Curvas de ruptura típicas de H2S Figura 2 Curvas de ruptura típicas de H2S
Curvas de ruptura típicas de H2S Figura 3 Curvas de ruptura típicas de H2S
Curvas de ruptura típicas de H2S Figura 4 Curvas de ruptura típicas de H2S

 

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