Autor: Inspector. José López. 02 septiembre 2023.
Introducción
La desulfuración de gases es un proceso fundamental en el control de las emisiones de azufre provenientes de los procesos industriales, generación de energía y transporte. Las emisiones significativas de dióxido de azufre (SO2) conllevan la formación de lluvia ácida, deterioro de la calidad del aire y efectos adversos en la salud humana.
El cumplimiento riguroso de las normativas ambientales es fundamental para la reducción de emisiones contaminantes y para minimizar el impacto medioambiental asociado. El proceso de las plantas desulfuradoras de gases de combustión (FGD) utiliza un conjunto de tecnologías para eliminar el dióxido de azufre (SO2) de las emisiones de gases de combustión de las centrales eléctricas de carbón.
Los sistemas de desulfuración de gases de combustión se desarrollaron como respuesta a los gases de combustión de las centrales eléctricas de combustibles fósiles, principalmente de carbón, que suponían un peligro tanto para el medio ambiente como para la salud humana.
El S02 puede eliminarse de los gases de combustión por diversos métodos. En el caso de una central eléctrica de carbón típica, los sistemas de Desulfuración de Gases de Chimenea (FGD, por sus siglas en inglés, o sistemas depuradores) eliminan aproximadamente el 95% del SO2 de los gases de combustión.
Estrategias tecnológicas para la desulfuración de gases
Estas estrategias están diseñadas para mitigar las emisiones de azufre de los procesos industriales y la generación de energía, alineándose con rigurosos estándares ambientales. Aquí, analizaremos cómo varias estrategias tecnológicas para la desulfuración de gases abordan los desafíos normativos y contribuyen al cumplimiento normativo.
Lavado húmedo: La técnica involucra la conducción de los gases de escape a través de una solución líquida, típicamente una suspensión alcalina. El líquido absorbe selectivamente los compuestos de azufre presentes, lo que resulta en una notable reducción en las emisiones de dióxido de azufre (SO2). Los sistemas de lavado húmedo son especialmente efectivos en aplicaciones industriales a gran escala, aunque requieren el uso de agua y generan subproductos líquidos.
Lavado en Seco: El método se basa en el uso de sorbentes secos, como la piedra caliza o la cal hidratada, para reaccionar con los compuestos de azufre presentes en los gases de escape. Esta interacción química permite la captura del azufre y la consecuente reducción de las emisiones de SO2. A diferencia del lavado húmedo, el lavado en seco genera residuos sólidos en lugar de subproductos líquidos.
Combustión en Lecho Fluidizado: La técnica implica la quema de combustibles ricos en azufre en un lecho de material inerte en estado fluido. Durante el proceso de combustión, los compuestos de azufre se capturan y se retienen en el material del lecho, lo que conduce a una reducción significativa de las emisiones de SO2.
Conversión Catalítica: Se basa en la utilización de catalizadores para facilitar reacciones químicas entre los compuestos de azufre presentes en los gases de escape y los agentes de conversión.
La presencia de catalizadores favorece la transformación de los compuestos de azufre en formas menos perjudiciales para el medio ambiente. La alta temperatura facilita la reacción entre el sorbente y los compuestos de azufre, lo que da como resultado la formación de subproductos sólidos que pueden capturarse mediante dispositivos de control de partículas.
Un sorbente es un material que tiene la capacidad de adsorber o absorber sustancias de gases, líquidos o soluciones. El término “sorbente” es un término general que engloba tanto a adsorbentes como a absorbentes, aunque tienen mecanismos ligeramente diferentes.
Procesos de desulfuración de gases de combustión FGD
El proceso de FGD está diseñado para absorber el dióxido de azufre de los gases de combustión antes de que se libere. Esto se consigue mediante un proceso húmedo o seco.
FGD seco
En el proceso de los sistemas de inyección de lavado en seco (Figura 1), la cal se utiliza como reactivo para reaccionar y eliminar los contaminantes gaseosos. Hay dos métodos secos comunes, el sistema de inyección en seco y los sistemas de secado por aspersión. Cada proceso inyecta cal en los gases de combustión para eliminar el SO2. Un proceso de inyección en seco inyecta cal hidratada seca directamente en el conducto de los gases de combustión, mientras que el sistema de secado por aspersión inyecta lechada de cal atomizada en un recipiente separado. Ambos métodos producen un producto final seco, que se recoge en los dispositivos de control de partículas para su posterior tratamiento.
FGD húmedo
El proceso de depuración húmeda (Figura 2), suele utilizar una lechada de cal a base de álcali para depurar los gases. A continuación, se pulveriza una lluvia de lechada de cal en un depurador de gases de combustión, donde el SO2 se absorbe en el aerosol y se convierte en un sulfito de calcio húmedo. Un subproducto de ese sulfito es que puede convertirse en yeso comercializable. La depuración húmeda proporciona una capacidad de eliminación de dióxido de azufre de gran eficacia, además de reducir cualquier potencial de incrustación.
Reducción de la Formación de lluvia ácida
La lluvia ácida es una preocupación ambiental significativa causada por las emisiones de dióxido de azufre que reaccionan con la humedad atmosférica. La desulfuración de gases tienen como objetivo minimizar estas emisiones y, posteriormente, reducir la formación de lluvia ácida.
La combustión de combustibles fósiles para alimentar las instalaciones de fabricación y refinado se produce en una amplia gama de sectores industriales.
Las plantas de hidrocarburos alimentan las refinerías de productos químicos y de petróleo, así como las instalaciones que producen cemento, papel, vidrio, acero, hierro, cobre y otros metales.
Los gases de SO2 emitidos como resultado de estos procesos son uno de los principales contribuyentes a la lluvia ácida y hace tiempo que están regulados por todas las naciones industrializadas del mundo debido a sus efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente.
Enfrentando los desafíos dictados por las normativas
Las tácticas tecnológicas ofrecen los medios para lograr y mantener el cumplimiento con los límites de emisión. Las industrias pueden seleccionar el método más adecuado en función de los requisitos de emisión específicos delineados en los estándares normativos, evitando sanciones, acciones legales e interrupciones operativas debido al incumplimiento.
En este contexto, las industrias que destinan recursos a la investigación y desarrollo con el objetivo de mejorar sus criterios para desulfurar de gases demuestran un compromiso sólido en cuanto al cumplimiento y superación de las exigencias regulatorias establecidas. Este enfoque refleja una mentalidad orientada hacia la excelencia y la búsqueda constante de soluciones avanzadas para el control de emisiones de azufre.
Conforme las regulaciones continúan su evolución y se vuelven cada vez más rigurosas, las industrias se ven en la necesidad de mantener una constante innovación en sus tecnologías de desulfuración de gases. Este proceso implica la mejora continua de la eficiencia de los métodos existentes, la exploración de nuevas técnicas y el desarrollo de sistemas avanzados de monitoreo.
Las emisiones de azufre desempeñan un papel significativo en la formación de partículas y en la degradación de la calidad del aire.
Mediante la implementación de métodos de desulfuración de gases, es posible lograr una reducción efectiva de los compuestos de azufre, lo que conlleva a una mejora sustancial en la calidad del aire y a una disminución del riesgo asociado a la salud pública.
De esta manera, se busca mitigar los efectos negativos derivados de estas emisiones, promoviendo un entorno más saludable y sostenible.
Las Directrices de Limitación de Efluentes (ELG, por sus siglas en inglés), regulan los vertidos de aguas residuales de las Centrales Eléctricas de Carbón y de las Centrales Eléctricas de Ciclo Combinado (IGCC, por sus siglas en inglés). Que se utilizan en los sistemas de control de la contaminación atmosférica por gases de combustión o en los sistemas de manipulación de residuos sólidos.
Impactos ambientales
El uso de depuradores para limpiar los gases de combustión antes de que salgan de las chimeneas tiene un impacto drástico y beneficioso para el medio ambiente1. Al recolectar partículas y gases ácidos, se reduce drásticamente la cantidad de diferentes contaminantes que pueden salir de las plantas industriales y contaminar al medio ambiente, lo cual aumenta la calidad del aire y reduce los riesgos para la salud de las personas que podrían entrar en contacto con los diferentes contaminantes.
La implementación de tecnologías avanzadas en la desulfuración de gases en plantas industriales2 ha adquirido una importancia fundamental para abordar los desafíos normativos y contribuir significativamente a la mitigación de la contaminación atmosférica industrial.
La aplicación de estos conocimientos, basados en la hidrodesulfuración catalítica avanzada y la captura de azufre, permiten una reducción eficiente de los niveles de azufre en los productos derivados del petróleo, garantizando así el cumplimiento de las regulaciones ambientales.
La clave para el éxito de estas ciencias aplicadas radica en la convergencia de diversos avances tecnológicos, como la incorporación de sistemas de monitoreo en tiempo real impulsados por la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. Estos sistemas mejoran la eficiencia operativa y aseguran un cumplimiento constante de las normativas, adaptándose a las cambiantes regulaciones y estándares ambientales.
Conclusiones
En un contexto global donde los límites de emisiones de azufre siguen disminuyendo, es fundamental continuar investigando y desarrollando soluciones de vanguardia que sean económicamente viables y respetuosas con el medio ambiente. La capacidad de adaptación y la innovación tecnológica son cruciales para lograr una industria del petróleo más limpia y sostenible.
En resumen, las estrategias tecnológicas de desulfuración de gases han demostrado que la innovación y la ingeniería de vanguardia desempeñan un papel importante en la preservación de la calidad del aire, la salud humana y la protección del medio ambiente.
Referencias
1. Metso, https://www.metso.com/metals-refining/solutions/gas-cleaning
2. Nour Shafik El-Gendy, James G. Speight, “Handbook of Refinery Desulfurization” 1st Edition, Copyright 2016
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