Limpieza de CO₂ para valorización
A medida que la industria avanza hacia un futuro neto cero, la atención se centra en la valorización de los gases residuales de dióxido de carbono (CO₂) como parte de la economía circular. A esto se suma una creciente demanda de CO₂, por ejemplo, de empresas de alimentos y bebidas, empresas de procesamiento de alimentos y la emergente industria química y de combustibles sostenibles. La valorización del gas de CO₂ requiere una comprensión clara de su fuente de producción y de las impurezas que se deben eliminar para cumplir con las especificaciones de los diferentes usos finales. Luego se puede diseñar y ofrecer una solución de limpieza adecuada.
DESOTEC puede ser parte de la solución, proporcionando filtración sostenible para reducir los componentes no deseados en la corriente de CO₂. DESOTEC ya contribuye a sistemas para limpiar CO₂ del biogás para su uso en el sector de alimentos y bebidas, y tiene una amplia experiencia que puede aplicarse a otras industrias.
Impulsores y mercados del CO₂
- Conductores
Hasta hace poco, la mayor parte del CO₂ utilizado por la industria europea procedía de la producción de amoníaco para fertilizantes. Sin embargo, el reciente aumento de los precios del petróleo y el gas ha provocado una caída drástica de la producción europea de amoníaco. Por ello, se buscan nuevas fuentes de CO₂ para mejorar la disponibilidad. En América del Norte, el consumo de CO 2 está impulsado principalmente por el crecimiento orgánico de la recuperación mejorada de petróleo (EOR) y la industria de alimentos y bebidas.
El Pacto Verde de la UE, la Iniciativa Net Zero de la EPA y legislación similar en todo el mundo fomentan la descarbonización de la industria y la ecologización de la producción de CO₂. Los incentivos pueden incluir exenciones fiscales y subsidios, mientras que los certificados de comercio de carbono también son aplicables en determinadas circunstancias.
Además, la creciente conciencia sobre el cambio climático está influyendo en las decisiones de los compradores en todos los mercados. Las fuentes biogénicas de CO₂, como el biogás, son especialmente buscadas porque ofrecen emisiones negativas, lo que las hace más sostenibles y rentables.
- Mercados
Cada mercado tiene diferentes requisitos de pureza del CO₂.
Para aplicaciones de calidad alimentaria, el gas debe cumplir estándares estrictos. Para otros mercados, las especificaciones las establecen los usuarios finales. En aplicaciones no alimentarias, la razón principal para purificar el CO₂ es generalmente evitar el envenenamiento de los catalizadores posteriores y prevenir la corrosión de tuberías e instrumentos.
Mercados establecidos:
- Alimentación y bebidas , actualmente el mercado más importante. El CO₂ se utiliza para la carbonatación y como hielo seco para la conservación de alimentos. Para el CO 2 de calidad alimentaria, la pureza debe ser alta. En la UE, el documento EIGA 70/17 estipula los siguientes límites: S total 0,1 µmol/mol = 0,1 ppm, hidrocarburos volátiles totales 50 µmol/mol = 50 ppm.
Este mercado ya está luchando por encontrar CO 2. Otros obstáculos son la necesidad de certificación y trazabilidad, y requisitos religiosos, por ejemplo, CO₂ producido a partir de fuentes halal.
- La producción de alimentos . El CO₂ de calidad alimentaria se utiliza para: atmósfera inerte para envases, por ejemplo, para jamón y queso; métodos de aturdimiento en mataderos; y conservación de fruta en almacenes.
- Industria : soldadura, tratamiento de aguas, limpieza de superficies, electrónica, etc.
- Producción de productos químicos y nuevos productos químicos : por ejemplo, sustitución del aceite por CO 2 para la producción de PU para colchones ecológicos; producir bicarbonato de sodio; como disolvente/atmósfera inerte, etc.
- Industria del petróleo y el gas: recuperación mejorada de petróleo.
- Invernaderos , para acelerar el crecimiento vegetal.
Mercados emergentes:
- Combustibles sostenibles y Power to X (PtX) . El metanol y los hidrocarburos de mayor peso molecular se obtienen a partir de CO 2 e hidrógeno mediante procesos como la hidrogenación directa, la síntesis de Fischer-Tropsch o el metanol a olefinas (MTO). Se utiliza como combustible de aviación sostenible (SAF) y otros combustibles sintéticos o productos químicos. Es probable que este mercado crezca sustancialmente en los próximos años a medida que los países se esfuercen por alcanzar los objetivos del Pacto Verde de la UE.
Fuentes de CO₂
Dependiendo de su origen, los gases residuales tendrán diferentes concentraciones de CO 2 y diferentes componentes que requerirán limpieza antes de la valorización.
1- Gases de escape procedentes de procesos térmicos o de combustión de residuos, combustibles fósiles y combustibles biogénicos. Industrias como la del acero, la del cemento y la de la construcción emiten flujos muy importantes. Este gas de escape normalmente contiene entre un 3 y un 20 % de CO 2 , así como humedad, gases inertes y también venenos para catalizadores/microorganismos como sulfuro de carbonilo (COS), disulfuro de carbono (CS 2 ), etc. Debido a la concentración relativamente baja, es extraer este CO₂ consume mucha energía.
2- Gases combustibles combustibles producidos por plantas de biogás, refinerías, minería, alcantarillado y vertederos. Estos flujos suelen contener entre un 30 % y un 50 % de CO 2 , así como compuestos orgánicos volátiles (COV) como metano, humedad, pero también venenos para catalizadores/microorganismos como sulfuro de hidrógeno (H 2 S), siloxanos y otros componentes.
3- Gases ricos en CO 2 procedentes de la producción de amoníaco y urea (fertilizantes), etanol (detergentes), hidrógeno y óxido de etileno (para detergentes y plásticos), etc. Estos gases residuales son casi en su totalidad CO 2 pero también contienen humedad. gases inertes, COV, aminas, etc. como impurezas.
Componentes a limpiar
Como se muestra en los ejemplos anteriores, las impurezas de un gas de escape dependen de su origen, mientras que el uso final previsto determina el nivel de limpieza requerido.
Estas impurezas pueden incluir:
- Grandes volúmenes de H 2 O, O 2 , N 2 , H 2 , Ar.
- Partículas/polvo que deben separarse mecánicamente.
- Trazas de componentes que pueden ser venenosos para los catalizadores o tóxicos para los microorganismos del proceso posterior o incluso para el consumo humano:
- Componentes ácidos como H 2 S, SO 2 , SO 3 , HCl, HF, COS, CS 2 , CH 3 SH, HCN, NO, NO 2 /NO 3 y Cl 2 .
- Componentes básicos como NH 3 y Aminas.
- Componentes combustibles como CO, CH 4 , orgánicos.
- Componentes biológicos orgánicos como levaduras y hongos.
- Componentes metálicos como mercurio (Hg), metales pesados (Ni, Cr, etc.) y metales alcalinos y alcalinotérreos (Na, K, Ca, Ba), que se presentan en forma de aerosoles en lugar de partículas.
- Componentes orgánicos volátiles como hidrocarburos aromáticos, olefinas, aldehídos/ácidos orgánicos, dioxinas/furanos, aceites/grasas, etc.
Eliminación de CO2 de las corrientes de gas
Actualmente existen cuatro tecnologías principales para eliminar el CO 2 de las corrientes de escape. Hoy en día, la absorción o adsorción se utilizan con mayor frecuencia.
1. Absorción/depuradores húmedos
Existen varias tecnologías diferentes, de las cuales la más destacada es el lavado con aminas. Las aminas capturan grandes cantidades de H₂S y CO₂. Durante la desorción instantánea, se libera H₂S junto con CO₂ gaseoso, lo que requiere un paso adicional de eliminación de H₂S. Además, el H₂S degrada gradualmente la capacidad de carga de CO₂ de las aminas y reduce su vida útil. Por lo tanto, el H₂S debe eliminarse preferiblemente aguas arriba del lavado con amina, o al menos aguas abajo si se va a valorizar el CO₂, junto con otras impurezas enumeradas anteriormente.
Normalmente, el primer paso es disolver el gas CO₂ en un líquido apropiado, por ejemplo, amina pobre, en un depurador de columna. El segundo paso consiste en desorber el CO₂ en una segunda columna. Posteriormente se debe deshidratar y limpiar el CO₂. Luego es probable que se comprima y enfríe o incluso se licue a unos 2 MPa y -20°C. Luego está listo para el transporte, el almacenamiento y, en última instancia, el suministro al usuario final.
2. Procedimientos de adsorción
El cambio de temperatura o el cambio de presión en el carbón activado (tamices moleculares de carbono) o zeolitas se utiliza a menudo en aplicaciones de biogás y plantas más pequeñas para limpiar el CO 2 de gases permanentes como metano, nitrógeno, oxígeno, H₂O y Ar. Sin embargo, pequeñas cantidades de las impurezas mencionadas anteriormente pasan por esta etapa y pueden necesitar limpieza.
3. criocondensadores
Esta tecnología generalmente separa el CO₂ de la humedad y los gases permanentes. No puede alcanzar concentraciones muy bajas de contaminantes. Las turbinas y refrigeradores estándar que se utilizan con cada flujo de CO₂ se pueden potenciar para que actúen como un criocondensador eficaz. Sin embargo, por sí solo, esto puede no ser suficiente para cumplir con todas las especificaciones, lo que puede hacer necesaria una limpieza adicional para reducir otras impurezas.
4. Membranas
Estos separan los gases residuales con alta concentración de CO 2 de los gases ácidos, la materia biológica, algunos COV y los aerosoles. Necesitan condiciones óptimas de funcionamiento como temperatura, presión y humedad. A menudo, las concentraciones más altas de COV pueden provocar suciedad en la membrana. Para determinados gases residuales, esta tecnología de separación puede ser una opción viable, incluso si es necesario colocar varias membranas en serie para altas concentraciones de CO₂.
Limpieza de CO₂ con carbón activado
Una vez que se ha separado el CO 2 , la corriente de CO 2 puede contener agua residual más trazas de impurezas como las enumeradas anteriormente. Por tanto, en muchos casos habrá que limpiarlo.
La filtración con carbón activado es una tecnología probada, comúnmente utilizada para limpiar o pulir CO₂. Ofrece los siguientes beneficios clave:
- Eliminación de COV , componentes ácidos y básicos, mercurio, componentes halógenos, compuestos orgánicos, azufre y olores.
- Altamente útil como paso de pulido tras otras tecnologías, reduciendo los últimos restos de componentes por debajo de niveles detectables.
- Potencial para limpiar flujos de aire/gas y agua/líquido .
- Fácil de instalar y usar.
- Manejo de diferentes caudales, lo que lo hace adecuado para procesos por lotes o intermitentes.
- Proceso circular , produciendo residuos que pueden ser reactivados para su posterior uso, impulsando la sostenibilidad.
La filtración con carbón activado tiene las siguientes limitaciones:
- Puede resultar antieconómico para flujos muy grandes, por ejemplo de la industria pesada.
- No puede separar gases permanentes, metano, etano o partículas.
Un proceso de limpieza típico con carbón activado.
DESOTEC estaría entre el enfriador y el compresor (Filtro 1), después del compresor (Filtro 2) o antes de la tecnología de separación (Acondicionamiento).
Las soluciones móviles de filtración sostenible de DESOTEC
DESOTEC suministra soluciones móviles sostenibles que utilizan carbón activado a empresas de diversos sectores industriales, en Europa y América del Norte.
Nuestra flota de filtros modulares permite caudales desde unos pocos cientos de metros cúbicos por hora (m³/h) hasta 55 000 m³/h en fase gaseosa, y de 2 m³/h a 50 m³/h en fase líquida. Al colocar filtros en paralelo, también se pueden tratar flujos más altos.
Ofrecemos una gama de grados de carbono para tratar y capturar diferentes componentes. Para impurezas ácidas/básicas como amoníaco, aminas, HCl, HCN, H₂S, etc. y metales como el mercurio, se utiliza carbón impregnado.
El manejo sostenible de residuos de filtración es clave para nuestro servicio circular . Todos los residuos de filtración se transportan en filtros cerrados fuera de las instalaciones de los clientes y se llevan a nuestras instalaciones de última generación. Los componentes adsorbidos sobre el carbón se desorben y descomponen en los hornos de DESOTEC o se valorizan. En la mayoría de los casos, el carbón activo se reactiva para su reutilización , lo que reduce los costos de los clientes, mejora la sostenibilidad y reduce nuestra huella de CO 2 y la suya.
Estudio de caso: limpieza de CO₂ de una planta de biogás para el sector de alimentos y bebidas
Esta planta danesa produce biogás a partir de desperdicios de alimentos y residuos agrícolas.
Una vez que se extrae el metano para la generación de energía, se produce una corriente de gas de escape de CO₂. En la mayoría de las plantas de biogás, el CO₂ se libera a la atmósfera después de la limpieza, pero aquí se está valorizando.
DESOTEC suministra dos filtros AC3000PE , colocados en paralelo, como parte de un sistema de tratamiento que incluye otra tecnología como un compresor. El flujo de gases de escape es de 2250 m³/h y contiene 50 ppm de H₂S y 2000 ppm de VOC , el resto es CO₂.
Las mediciones del cliente muestran que después del tratamiento, casi no quedan impurezas en la corriente de CO₂, lo que hace que el producto sea apto para su uso en la industria de bebidas.
El gas limpio se almacena en dos tanques, listo para ser transportado en camión a los clientes del sector de bebidas.
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Nuestras soluciones de filtración
Ofrecemos una amplia gama de modelos de filtros y grados de carbón para satisfacer sus necesidades de purificación de agua o aire industrial. -
Nuestro servicio único
Nuestro modelo de circuito cerrado y servicio completo es tan exclusivo como las necesidades de su empresa. Definiremos la configuración de filtración correcta y reciclaremos de manera segura los desechos de filtración, lo que facilitará la ecología. -
Su viaje hacia la sostenibilidad
Nos preocupamos por proteger el aire, el agua y el suelo para las generaciones futuras, igual que usted. Nuestras soluciones de filtración le ayudan a cumplir las normas medioambientales mediante la reducción de su huella de carbono.