Desulfuración química y carbón activado: lechos férricos, lavadores y filtros

Cuando la desulfuración biológica no garantiza el nivel requerido de H₂S, se emplean métodos químicos y de sorción: lechos de óxidos o hidróxidos de hierro, lavadores alcalinos y filtros de carbón activado. El sistema más común en las plantas de biogás agrícolas es la desulfuración biológica como primera etapa y el filtro de carbón activado como última, lo que permite un consumo más lento del sorbente y suministra al motor un gas con bajo contenido de H₂S. A continuación, se presenta una comparación de los métodos y un ejemplo de cálculo de la vida útil del lecho.

Métodos y sus características

Carbón activado — cómo funciona y qué requiere

El carbón impregnado (por ejemplo, con yoduro de potasio o hidróxido de potasio) actúa de forma catalítica: el H₂S se oxida a azufre elemental en la superficie, lo que requiere la presencia de oxígeno en trazas. El carbón «puro» adsorbe más lentamente. La eficacia depende de la temperatura, la humedad relativa (un gas demasiado húmedo inunda los poros; uno demasiado seco limita la reacción), la velocidad de flujo y el tiempo de contacto. Por ello, antes del filtro se aplica un secado y calentamiento del gas hasta una humedad relativa inferior a aproximadamente el 60–80 % (las recomendaciones del fabricante del sorbente tienen prioridad).

Ejemplo: vida útil del carbón

Supuestos (ilustración): flujo de gas de 500 m³/h, concentración de H₂S a la entrada del filtro de 100 ppm, capacidad de sorción del carbón de 0,15 kg S por kg de sorbente (el valor típico depende del producto). Flujo de H₂S: 500 × 0,0001 = 0,05 m³/h; con una densidad de aproximadamente 1,54 kg/m³, esto equivale a 0,077 kg H₂S/h, es decir, aproximadamente 0,072 kg S/h. Consumo de carbón: 0,072/0,15 ≈ 0,48 kg/h ≈ 11,5 kg/d ≈ 4,2 t/año. Si la concentración a la entrada aumenta a 500 ppm, el consumo se quintuplica, lo que demuestra la importancia de la primera etapa. Por ello, conviene comparar el coste del carbón (precio por kg) con el coste de mantenimiento de la desulfuración biológica.

Lechos férricos

Los lechos de óxidos de hierro admiten cargas mayores que el carbón, pero su capacidad es limitada y el material agotado requiere sustitución o regeneración. La regeneración con aire es exotérmica y puede provocar auto-calentamiento; los lechos agotados, al extraerse, pueden inflamarse. Los procedimientos de sustitución deben incluir humectación, almacenamiento seguro y gestión como residuo.

Lavadores alcalinos

Son eficaces con cargas elevadas, pero requieren manipulación de productos químicos, control del pH y gestión de efluentes; en las plantas de biogás agrícolas son menos frecuentes.

Sustitución segura del sorbente

1. Aislar y desgasificar el filtro, según el procedimiento; realizar mediciones de la atmósfera.
2. Utilizar herramientas antichispa y equipos de protección individual (polvo, sulfuros).
3. Tratar el sorbente agotado como residuo (el código y el método de gestión se determinan según la normativa de residuos), evitar el contacto con aire húmedo cerca de fuentes de ignición.
4. Almacenar el sorbente nuevo en un lugar seco y ventilado.
5. Verificar la estanqueidad tras la sustitución.

Selección del método — criterios

Monitorización

Mida el H₂S antes y después del filtro; la disminución de la eficacia (perforación) indica que el sorbente está cerca de agotarse. Es una buena práctica disponer de dos filtros en configuración en serie o en paralelo, lo que permite sustituir el sorbente sin detener el CHP. Registre los resultados para prever las fechas de sustitución y negociar precios con el proveedor.

Errores frecuentes en la selección del filtro

El error más común es confiar en exceso en el carbón activado como único método de desulfuración: cuando el H₂S a la entrada alcanza miles de ppm, el sorbente se agota en semanas y el coste de explotación se vuelve dominante. El segundo error es ignorar la humedad del gas, lo que acorta la vida útil del sorbente. El tercero es la falta de un filtro de repuesto, lo que implica una parada del motor durante la sustitución. El cuarto es la ausencia de medición después del filtro, por lo que el momento de perforación solo se detecta tras un aumento de H₂S en el aceite del motor. También conviene acordar previamente con el fabricante del motor la concentración límite y el método de documentación, para no perder la garantía.