La química creativa apunta a la energía renovable
A primera vista, los vertederos, las granjas lecheras y las fábricas de pulpa y papel parecen tener poco en común. Pero estas industrias divergentes, junto con las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, comparten un costoso desafío medioambiental: gestionar volúmenes significativos de desechos orgánicos.
Cada vez más, estas industrias utilizan microorganismos anaeróbicos para descomponer o “digerir” inicialmente los desechos. El biogás, principalmente una mezcla de metano, dióxido de carbono (CO2), y sulfuro de hidrógeno (H2S), es un subproducto de ese proceso. El biogás es potencialmente una fuente valiosa de gas natural renovable (RNG). Pero para ser utilizado como combustible limpio y seguro, primero debe tratarse para eliminar el CO2 y el H2S.
"Gracias a los subsidios gubernamentales, más entidades están actualizando el biogás", dijo Deane Little, director general de New Sky Energy. "Y eliminar el H2S del flujo de gas es el primer paso crítico del proceso".
Con sede en Boulder, Colorado, New Sky Energy desarrolla soluciones químicas innovadoras que ayudan a las empresas agrícolas e industriales a tratar emisiones de gases, recuperar productos químicos valiosos y convertir biogás crudo en flujos de energía renovable.
En 2018, la empresa hizo un descubrimiento revolucionario que llevó al proceso SulfurSolve® – un sistema transformador de captura de H2S.
La diferencia de SulfurSolve
El sulfuro de hidrógeno es de olor desagradable, inflamable, tóxico y altamente regulado. Para eliminar el H2S de una corriente de biogás, los productores han confiado normalmente en desactivadores químicos de H2S de un solo uso o en tecnologías de control regenerativas de H2S.
"Como hay que reponer constantemente los productos químicos, el método de desactivador de un solo uso es muy costoso de operar", dijo Little. "Y al final, se queda con un residuo de sulfuro peligroso".
Las tecnologías de control regenerativas se dividen en dos categorías: biológicas y químicas. Los métodos biológicos se basan en bacterias que utilizan H2S como recurso para regenerar.
"Pero los métodos biológicos generalmente no son muy confiables y descubrimos que, a menudo, hay que añadir más productos químicos a estos sistemas biológicos que los que usamos en nuestro proceso químico", dijo Little.
Las tecnologías de control regenerativo químico suelen absorber H2S en una solución acuosa de sales de hierro. La solución se regenera cuando se expone al aire en un proceso de oxidación. Sin embargo, los sistemas químicos convencionales utilizan agentes quelantes orgánicos costosos para lograr la solubilidad del hierro.
"Ahí es donde SulfurSolve es único", explicó Little. "Nuestro complejo de hierro férrico de metales mixtos es intrínsecamente soluble en soluciones alcalinas. No requiere productos químicos quelantes para solubilizar el hierro".
De la fase piloto a la escala comercial
Según Little, la reacción química que condujo a la solución SulfurSolve fue inesperada.
"Fue uno de esos 'momentos de penicilina'", explicó Little. "Estábamos experimentando con formulaciones y al principio pensamos que había habido algún error cuando produjimos la solución. El hierro no debía ser soluble a estos niveles de pH tan altos".
Lo que siguió fueron meses de pruebas a escala de banco en el laboratorio para verificar los resultados. Luego, la empresa pasó un año probando equipos piloto en plantas de tratamiento de aguas residuales, una fábrica de pulpa y papel y un vertedero.
Después de los pilotos exitosos, New Sky Energy se puso en contacto con el socio fabricante Moore Control Systems para llevar el sistema a escala comercial. Moore Control Systems, una empresa de ingeniería, adquisiciones y construcción (EPC), cuenta con más de 40 años de experiencia en el sector de gas y petróleo y otros sectores. La empresa tiene su sede en Katy, Texas.
Cómo funciona
Moore Control Systems diseñó una planta SulfurSolve sobre un skid basada en una plataforma de control de Rockwell Automation con controladores Allen-Bradley® CompactLogix™, variadores de CA PowerFlex® y una HMI FactoryTalk® View. La planta funciona con una red EtherNet/IP™.
El biogás crudo que entra en la planta SulfurSolve se trata para eliminar gotas y sólidos y luego se expone a SulfurSolve en columnas de contacto de flujo conjunto o contraflujo a baja presión. La solución alcalina SulfurSolve captura inmediatamente y oxida parcialmente el H2S. La solución parcialmente gastada con el H2S capturado se bombea a un recipiente de regeneración donde la exposición al aire convierte el sulfuro capturado en azufre elemental y regenera la solución SulfurSolve. El azufre flotante se recupera mediante filtración a presión. Las soluciones SulfurSolve se regeneran y reutilizan cientos de veces, lo que reduce significativamente los costos de tratamiento de H2S.
"Estamos ayudando a los clientes a integrar el skid SulfurSolve como primer paso en el proceso de mejora del biogás", dijo Jessica Carollo, gerente de ventas y marketing de Moore Control Systems. "También podemos ofrecer experiencia en pasos adicionales que completan la transformación a gas natural renovable, incluyendo la eliminación de CO2 y la compresión del gas".
Menores costos operativos. Menos desechos.
Con muchas implementaciones comerciales exitosas en campo, el sistema SulfurSolve está demostrando resultados impresionantes. Captura y elimina de manera constante más del 99.9% del H2S de entrada – y recupera y reutiliza casi el 100% de la solución SulfurSolve.
New Sky Energy calcula que el sistema reduce los costos de compra de productos químicos y eliminación de desechos para proyectos de control de H2S en hasta un 90% en comparación con los sistemas que utilizan desactivadores químicos convencionales. Según la aplicación, el retorno de la inversión típico es de 12–24 meses.
"Además, el subproducto de azufre elemental puede venderse y usarse como fertilizante o en otras aplicaciones", dijo Little.
SulfurSolve permite un enfoque más sustentable al control de H2S para la industria de biogás, y también está demostrando ser una opción viable en otras aplicaciones de gas natural.
"Recientemente, probamos el sistema SulfurSolve para el tratamiento de gases residuales de aminas en el procesamiento de gas natural", dijo Carollo. "Hizo un trabajo increíble y demostró que SulfurSolve es aplicable a estas aplicaciones de alto flujo".
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SulfurSolve es una marca registrada de New Sky Energy.