Filtración en el endulzamiento de gas con aminas: por qué la limpieza de la amina pobre determina la fiabilidad de la planta

El endulzamiento de gas con aminas es uno de los procesos de eliminación de gases ácidos más fiables de la industria. Los operadores llevan décadas confiando en alcanolaminas como MEA, DEA y MDEA para eliminar el H2S y el CO2 de las corrientes de gas ácido. La química se conoce bien. Los equipos son maduros. Y, aun así, los episodios de formación de espuma, el gas dulce fuera de especificación y la corrosión acelerada siguen provocando paradas no planificadas en plantas de todo el mundo.

El hilo común es casi siempre el mismo: la contaminación por sólidos en suspensión en la amina en circulación.

Una solución de amina limpia no forma espuma, no provoca picos de corrosión ni ensucia los platos de la columna. El problema son las partículas finas de sulfuro de hierro, predominantemente por debajo de 10 micras, que se acumulan de forma continua en el circuito de amina pobre. Una vez en suspensión, estas partículas actúan como estabilizadores de espuma: se concentran en las interfases gas-líquido del absorbedor y el regenerador, dificultan la rotura de las burbujas de espuma e impulsan los episodios de arrastre, ensuciamiento y corrosión que siguen. Si no se controla, la carga de contaminación crece más rápido de lo que puede gestionar una filtración por cartuchos convencional.

¿Cuáles son los requisitos de filtración para una corriente lateral de amina pobre?

La práctica habitual del sector es filtrar una corriente lateral del 10 al 20 % tomada del lado pobre del circuito de amina, aguas arriba del absorbedor. Se prefiere la ubicación en la amina pobre porque el disolvente está más frío y con menor carga de gas ácido, lo que hace la filtración más estable. El objetivo es 1 micra absoluta, suficiente para capturar las finas partículas de sulfuro de hierro responsables de la estabilización de la espuma. En plantas de tratamiento de gas de escala mundial, los caudales de la corriente lateral pueden alcanzar de 100 a 600 m3/h, lo que descarta los equipos discontinuos o de bajo caudal. La compatibilidad de proceso con MEA, MDEA, DEA y formulaciones propietarias del tipo OASE determina la selección de materiales de los componentes en contacto con el fluido.

La filtración de partículas por sí sola no basta para una limpieza completa de la amina. El sistema completo aborda todas las clases principales de contaminantes en un paquete montado en skid: un filtro de vela para el sulfuro de hierro y los sólidos insolubles hasta 1 micra, un adsorbedor de carbón activado granular para los hidrocarburos disueltos y los compuestos tensioactivos, y un filtro de cartucho de pulido para retener cualquier fino de carbón. El paquete se integra con los sistemas PLC o DCS de la planta para un funcionamiento totalmente automatizado.

¿Cómo aborda un filtro de vela las limitaciones de la filtración por cartuchos en servicio con aminas?

Los filtros de cartucho reemplazables funcionan adecuadamente a escalas de planta más pequeñas. A mayores caudales, la economía cambia radicalmente. Los elementos cargados de sulfuro de hierro requieren un reemplazo frecuente, a veces en cuestión de horas en condiciones de perturbación. Cada cambio exige abrir el recipiente del filtro, exponer a los operadores a solución de amina cargada de H2S, generar volúmenes de residuo sólido contaminado y dejar el filtro fuera de servicio. En ubicaciones remotas o áridas, los costes de logística y eliminación se disparan aún más. El problema estructural no es solo el coste: el rendimiento de filtración se deteriora progresivamente entre cambios, y la contaminación más intensa pasa justo cuando el elemento está más cargado.

El filtro de vela FUNDABAC® funciona como un recipiente a presión en el que la corriente lateral de amina pasa de fuera hacia dentro a través de elementos filtrantes verticales. Los contaminantes se acumulan como una torta de filtración en la superficie exterior de las velas. Cuando la presión diferencial alcanza el umbral establecido, se inicia un ciclo automático de retrosoplado con gas: un impulso de gas a presión invierte el flujo, despega el medio filtrante de la estructura de soporte de las velas y libera la torta acumulada. La torta cae seca al fondo cónico y se descarga por la válvula inferior como un sólido manejable. El recipiente del filtro nunca se abre durante el funcionamiento normal; no hay exposición del operador al disolvente de amina ni generación de residuo peligroso líquido.

Parámetros operativos clave en servicio con aminas

• Grado de filtración: 1 micra absoluta con precapa de coadyuvante de filtración, suficiente para capturar las partículas finas de sulfuro de hierro.
• Rendimiento demostrado: sólidos en suspensión reducidos de concentraciones de alimentación de 16 a 42 mg/L a menos de 1 mg/L en el filtrado tras 15 horas de operación.
• Tiempo de ciclo de filtración: normalmente dos semanas, según la carga de sólidos.
• Tiempo de regeneración: aproximadamente 45 minutos por ciclo.
• Reemplazo del paño filtrante: cada dos a cinco años durante las paradas programadas.
• Exposición del operador durante el funcionamiento normal: ninguna; el recipiente nunca se abre.

La precapa de coadyuvante de filtración se prepara en solución de reposición de amina en lugar de agua, lo que elimina la necesidad de agua desmineralizada en ubicaciones con escasez de agua. Los filtros de precapa estándar que descargan como lodo pueden perder 5.000 litros o más de solución de amina por ciclo de filtración, además de residuos que requieren un tratamiento secundario. La torta seca de un filtro FUNDABAC® contiene aproximadamente entre un 30 y un 40 % de humedad residual y sale como un sólido no pulverulento, apto para su eliminación directa en vertedero o por incineración, sin necesidad de una etapa secundaria.

Filtro de vela vs. filtro de cartucho: comparación operativa

Cuándo sigue teniendo sentido la filtración por cartuchos

Los filtros de cartucho siguen siendo la opción adecuada para unidades de amina más pequeñas, con caudales bajos, carga de sólidos moderada y una frecuencia de cambio manejable. También funcionan bien como filtros de pulido o de guarda aguas abajo de una etapa de filtro de vela, como en la configuración de tres etapas descrita anteriormente. El argumento económico en contra de la filtración por cartuchos se aplica específicamente a gran escala: plantas de alto caudal con cargas de contaminación variables, ubicaciones remotas con limitaciones de eliminación, o aplicaciones en las que las paradas de mantenimiento no planificadas conllevan un coste operativo significativo.

¿Qué configuración de descarga conviene en instalaciones donde no se prefiere la torta seca?

No todas las instalaciones de endulzamiento de gas con aminas requieren una descarga de torta seca. Donde la infraestructura de manejo aguas abajo prefiere una corriente de residuo bombeable, o donde los volúmenes de torta sólida son pequeños, el espesador semicontinuo CONTIBAC® ofrece una descarga en forma de lodo dentro de la misma arquitectura de filtro de vela. El CONTIBAC® funciona con retrolavado mediante gas o filtrado en lugar de una descarga seca completa, y es adecuado para aplicaciones en las que un lodo concentrado puede transferirse directamente a una etapa de tratamiento aguas abajo. Ambas configuraciones admiten la integración con PLC o DCS para un funcionamiento totalmente automático, y ambas eliminan el manejo manual y los volúmenes de residuo peligroso asociados al reemplazo de cartuchos. La elección entre descarga de torta seca y de lodo viene determinada por la infraestructura de manejo de residuos y los requisitos de eliminación específicos del emplazamiento, no por el rendimiento de filtración.

¿Por qué es importante la calidad de filtración en las aplicaciones de captura de carbono basadas en aminas?

La misma química de aminas utilizada para el endulzamiento de gas ácido es la base de la captura de carbono posterior a la combustión en centrales eléctricas, cementeras y otras instalaciones industriales. El MEA y las mezclas de aminas propietarias son fundamentales para el despliegue de CCUS, y la dinámica de contaminación en los circuitos de captura es, en varios aspectos, más exigente que en las aplicaciones tradicionales de tratamiento de gas. Los gases de combustión de las fuentes de combustión contienen arrastre de sólidos finos, además de oxígeno, NOx y SO2 junto con el CO2. El oxígeno impulsa reacciones de degradación oxidativa que generan sales termoestables y otros subproductos a un ritmo acelerado, lo que reduce la capacidad de carga cíclica de CO2 del disolvente y aumenta la frecuencia de las operaciones de reclamación. Cualquier aumento de la contaminación que obligue a una mayor carga del rehervidor o a una menor eficiencia de captura afecta directamente al rendimiento energético y a la economía del proceso de captura. Para los promotores de proyectos de CCUS y los contratistas EPC que especifican la filtración en la fase de diseño, la calidad del disolvente es una decisión de economía del proyecto. El diseño cerrado y automatizado del FUNDABAC® se adapta bien a los rigurosos estándares operativos que exigen los proyectos de captura de carbono.

Base de referencias y experiencia en servicio de endulzamiento de gas con aminas

DrM lleva casi cuatro décadas suministrando sistemas de filtro de vela para el servicio de endulzamiento de gas con aminas, con instalaciones en Oriente Medio, el norte de África, el sudeste asiático y Europa, que abarcan escalas de planta desde unidades de tratamiento de gas de tamaño medio hasta instalaciones de escala mundial que procesan caudales combinados de amina pobre de hasta 1.000 m3/h a través de unidades de filtro en paralelo. A medida que se desarrolla nueva capacidad de tratamiento de gas para corrientes de alimentación cada vez más ácidas y especificaciones de gas de venta más estrictas, y a medida que los proyectos de captura de carbono basados en aminas pasan de la fase piloto a la escala industrial, el argumento de coste operativo a favor de la filtración automatizada por filtro de vela sigue reforzándose.

Conclusiones clave

• Las partículas finas de sulfuro de hierro, predominantemente por debajo de 10 micras, son el principal impulsor de la estabilización de espuma en los sistemas de amina en circulación y la causa raíz de la cascada de formación de espuma, ensuciamiento y corrosión que sigue.
• La filtración con filtro de vela de una corriente lateral del 10 al 20 % de amina pobre a 1 micra absoluta es una práctica industrial establecida para controlar los sólidos en suspensión en las unidades de endulzamiento de gas.
• El filtro FUNDABAC® reduce los sólidos en suspensión de concentraciones de alimentación superiores a 40 mg/L a menos de 1 mg/L en el filtrado, con descarga automatizada de torta seca y sin exposición del operador durante el funcionamiento normal.
• El reemplazo del paño filtrante se produce cada dos a cinco años durante las paradas programadas, frente a los frecuentes cambios que requieren los sistemas de cartuchos a caudales comparables.
• Los filtros de cartucho siguen siendo adecuados para unidades de amina más pequeñas y para tareas de pulido aguas abajo de una etapa de filtro de vela.
• Los mismos requisitos de filtración se aplican en la captura de carbono posterior a la combustión basada en aminas, incluidas la generación de cemento y de electricidad, donde la degradación del disolvente afecta directamente a la eficiencia de captura y a la economía del proyecto.
• Para instalaciones que prefieren una corriente de residuo bombeable, el espesador semicontinuo CONTIBAC® ofrece una descarga en forma de lodo dentro de la misma arquitectura de filtro de vela.