Métodos de control de emisiones – Absorción de gases

En artículos anteriores se han detallado los límites máximos de emisiones de contaminantes en México para varios tipos de fuentes fijas. No obstante, es necesario explorar los métodos disponibles para el control de la liberación de compuestos nocivos en la atmósfera. En este texto se proveerá una breve explicación de la absorción, también conocida como “lavado”, de gases.

Diagrama de funcionamiento de una columna de absorción empacada e imagen de un elemento de empaque estructurado - Fuente: EPCM Holdings

Primeramente, la absorción es una operación unitaria en la que una corriente gaseosa transfiere algún componente a una corriente líquida. En otras palabras, se trata de un procedimiento continuo en el que los gases de desecho atraviesan una columna de absorción, en la cual estos se someten a contacto directo con algún líquido que disuelve uno de los gases presentes en la mezcla (Kister, y otros, 2019). Entonces, si se diseña un proceso de absorción para que los contaminantes regulados sean disueltos por el solvente, el gas de desecho emitido a la atmósfera contendrá muy bajas o nulas concentraciones de estos; lo cual asegurará el cumplimiento regulatorio de la empresa.

Para continuar, las columnas de absorción funcionan a contracorriente: los gases entran por el fondo de la columna, por lo tanto, suben a través de ella; mientras que el solvente líquido es alimentado desde la cima para que caiga hasta el fondo del equipo. Para asegurar el contacto cercano entre la fase líquida y la fase gaseosa, existe también al interior de los equipos de absorción una fase sólida inmóvil (Theodore, et al., 2019). Este elemento fijo es similar a los encontrados en las columnas de destilación: platos, o elementos de empaque. Algunos tipos de platos de columnas de absorción son los platos perforados, los de campana de burbujeo, y de válvula. Por otra parte, algunos elementos de empaque son los anillos Raschig, el empaque estructurado, y los anillos Pall.

Diferentes tipos de elementos de empaque para columnas - Fuente: Pingxiang Xingfeng Chemical Packing Co., Ltd.

Plato de campanas de burbujeo - Fuente: Wermac

La diferencia de funcionamiento de entre ambos tipos de fases fijas es la continuidad de la operación. Cuando se emplean platos, la columna queda dividida en secciones; por lo tanto, se trata de una operación por etapas. En contraste, cuando se emplean elementos de empaque, no existen fases dentro de la columna; entonces, el solvente y el gas fluyen de manera continua (Theodore, et al., 2019). La siguiente imagen muestra el funcionamiento de una columna de destilación de platos, la ruta seguida por el gas y el fluido es similar a la de una columna de absorción.

Diagrama de funcionamiento de una columna de destilación de platos - Fuente: Robinson, P. (2007)

Para el correcto diseño de una columna de absorción es necesario elegir un solvente que tenga alta capacidad de disolución del gas que se busca eliminar (Theodore, et al., 2019). En muchos sistemas es posible estimar la disolución de un gas en un solvente mediante su constante de la Ley de Henry, aunque en algunos sistemas esta aproximación puede resultar errónea (i.e., absorción de CO2 con etanolamina); por lo que se necesitaría el uso de modelos de solubilidad específicos (Kister, y otros, 2019). Otras cualidades importantes del solvente es que idealmente debe tener bajas presiones de vapor, viscosidad, y toxicidad (Theodore, et al., 2019).

Al final del proceso de absorción, es necesario llevar a cabo un procedimiento de regeneración del solvente; esto es, remover el contaminante absorbido por este para que el solvente pueda ser reutilizado. Para este fin, es común emplear una columna de separación (stripping, en inglés), la cual es la operación contraria a la absorción: la transferencia de un compuesto contenido en la corriente líquida hacia una fase gaseosa (Kister, y otros, 2019).

Un ejemplo de la utilización de este tipo de equipos es en operaciones de captura de dióxido de carbono. Para este fin, se ha analizado el uso de solventes como la etanolamina, el carbonato de propileno, y morfolinas (Cormos, Gaspar, & Agachi, 2011). Mediante este método se logra evitar que la mayor parte del dióxido de carbono generado en los procesos sea emitida a la atmósfera.

Estructura molecular de la etanolamina

Para concluir, el proceso de absorción de gases consta de trasferir componentes presentes en la corriente gaseosa a un solvente líquido. Existen dos tipos de columna de absorción: por etapas y empacadas. Mediante este método, es posible la remoción de contaminantes presentes en los gases de chimenea; con el fin de cumplir con las regulaciones oficiales en materia de límites permisibles de emisiones de contaminantes.

Referencias:

Cormos, A., Gaspar, J., & Agachi, P. (2011). Evaluation of CO2 absorption-desorption cycle by dynamic modeling and simulation. Computer Aided Chemical Engineering, 1185-1189.

Kister, H., Mathias, P., Steinmeyer, D., Penney, W., Monical, V., & Fair, J. (2019). Equipment for Distillation, Gas Absorption, Phase Dispertion, and Phase Separation. En D. Green, & M. Southard, Perry's Chemical Engineers' Handbook. Nueva York: McGraw-Hill Education.

Robinson, P. (2007). Petroleoum Processing Overview. En C. Hsu, & P. Robinson, Practical Advances in Petroleum Processing (págs. 1-78). Nueva York: Springer Verlag.

Theodore, L., Farber, P., Weiss, K., Heermann, M., D'Aquino, R., McKenna, J., . . . Thorneloe, S. (2019). Waste Management. En D. Green, & M. Southard, Perry's Chemical Engineers' Handbook. United States: McGraw-Hill.