Tratamiento de Biogás con carbón activado; cómo se elimina el sulfuro de hidrógeno (H₂S) (Endulzamiento de gas natural)
El biogás es una forma muy interesante de energía renovable. Se produce a partir de residuos orgánicos, como estiércol y otros. Puede generarse también a partir de aguas residuales cuyos compuestos orgánicos son susceptibles de degradación anaerobia. El biogás puede convertirse en electricidad o en calor.
Pero hay un detalle que muchas veces determina si un proyecto de producción de biogás es exitoso y seguro, o se vuelve un riesgo: el sulfuro de hidrógeno (H₂S).
Este compuesto es el responsable del olor a “huevo podrido”. El mayor problema no es el olor, sino su toxicidad y su corrosividad. Por ello, una de las etapas más comunes en plantas de producción de biogás es el tratamiento de este gas, no con un carbón activado estándar, pero sí con un tipo particular de carbón activado.
¿Qué es el H₂S y por qué hay que separarlo del biogás?
El biogás suele ser una mezcla de:
- Metano (CH₄), que es el combustible,
- Dióxido de carbono (CO₂),
- Compuestos que contienen azufre, como H₂S y mercaptanos, que se encuentran en pequeñas concentraciones en el biogás. Los mercaptanos se forman cuando reacciona el sulfuro de hidrógeno con compuestos orgánicos. El azufre procede de la misma materia orgánica de la que forma parte.
Como mencionamos, el problema es que el H₂S:
- Es tóxico,
- Corroe tuberías y equipos,
- Puede afectar motores, calderas o turbinas.
¿Qué tipo de carbón activado atrapa sulfuro de hidrógeno y otros compuestos que contienen azufre?
El carbón activado es un sólido que adsorbe (atrapa) moléculas con carácter covalente y no polar. Tal es el caso de la mayoría de las moléculas orgánicas. La gran capacidad de adsorción de un carbón activado se debe a la enorme área superficial que brindan sus poros.
El sulfuro de hidrógeno y los mercaptanos de baja masa molar no son covalentes ni apolares. Son compuestos polares, que, como característica particular, son de carácter ácido. Si el área superficial del carbón activado se impregna adecuadamente con un álcali (sin tapar los poros), se obtiene un carbón activado que absorberá químicamente dichos compuestos ácidos.
Carbotecnia produce este tipo de carbón, con el nombre comercial de Vapacid.
¿Qué otras características tiene el carbón activado tipo Vapacid?
Una es que se fabrica a partir de carbón que se obtiene a partir de concha de coco y se activa térmicamente. Este tipo de carbón activado se caracteriza por el hecho de que la mayoría de sus poros son menores a 2 nanómetros (a estos se les conoce como microporos). Los microporos son los más adecuados para retener compuestos pequeños, que son los que se encuentran en fase gas.
Por otro lado, el Vapacid no solamente se ofrece en su forma granular, sino en forma de pélets, que son cilindros de 4 mm de diámetro. Esta forma genera una baja resistencia al flujo de gases, por lo que provoca una baja caída de presión en el gas que circula a través del lecho fijo formado por dicho carbón.
La reacción clave: convertir H₂S en azufre elemental
El producto de la reacción del sulfuro de hidrógeno y de otros compuestos que contienen azufre y el impregnante del Vapacid es azufre elemental. La reacción puede expresarse mediante la siguiente ecuación química:
8 H2S + 4 O2 🡲 S8 + 8 H2O
A diferencia de otros carbones que retienen gases ácidos, Vapacid inhibe reacciones colaterales que forman ácido sulfúrico. Esto es importante, ya que el ácido sulfúrico es particularmente corrosivo.
¿Cómo saber si tu proyecto necesita desulfuración con carbón activado?
Señales típicas:
- Olor fuerte a “huevo podrido” cerca de venteos o equipo,
- Corrosión acelerada.
- Fallas recurrentes en partes metálicas.
- Necesidad de cumplir un límite máximo de H₂S para un motor/turbina.
