Requisitos del gas para la licuefacción: CO₂, agua, H₂S, mercurio y nitrógeno antes de la microplanta de licuefacción

El gas dirigido a una microplanta de licuefacción debe ser mucho más limpio que el biometano inyectado en la red, porque a una temperatura de aproximadamente −162 °C las impurezas que en la red son inofensivas se congelan y obstruyen los intercambiadores. Los órdenes de magnitud típicos exigidos por los proveedores son: CO₂ por debajo de varias decenas de ppm (a menudo 50 ppmv), agua por debajo de 1 ppmv, H₂S de unos pocos ppm, mercurio prácticamente ausente e hidrocarburos pesados limitados. Los límites detallados se derivan del diseño de la planta de licuefacción y deben confirmarse en la especificación del proveedor.

Por qué estos límites

En la planta de licuefacción, el gas circula por intercambiadores con canales estrechos. Cuando la composición del gas supera la solubilidad de las impurezas a baja temperatura, estas pasan al estado sólido y se depositan en las paredes, lo que reduce el rendimiento, aumenta la pérdida de presión y obliga a paradas. El mercurio destruye los intercambiadores de aluminio, formando amalgamas y corrosión. También el oxígeno en el metano líquido es indeseable por razones de seguridad.

Los valores son orientativos: cada fabricante indica sus propias especificaciones, y la calidad del GNL para vehículos se determina mediante normas adicionales.

Cómo cumplir los requisitos

1. Purificación (upgrading) con bajo contenido de CO₂. En la mayoría de las tecnologías de separación, el contenido de CO₂ en el biometano tras la separación de una etapa es de entre varias decenas y unos pocos miles de ppm, por lo que es necesaria una etapa adicional de eliminación del CO₂.
2. Adsorción en tamices moleculares (TSA). Los lechos de zeolita en un ciclo de variación de temperatura eliminan el CO₂ y el agua hasta un nivel inferior al límite. La regeneración requiere gas caliente.
3. Carbón activo para eliminar H₂S, COV, siloxanos y mercurio (a menudo con impregnación).
4. Separación criogénica del CO₂ en un sistema integrado con la planta de licuefacción.
5. Monitorización: analizadores de concentraciones traza de CO₂ y agua a la entrada de la planta de licuefacción, con alarma.

Nitrógeno

El nitrógeno del gas de entrada normalmente no se elimina en las microplantas de licuefacción; permanece en el producto o pasa al gas de evaporación. Dado que influye en los parámetros del GNL, su contenido se limita en origen: de ahí que la desulfuración biológica con dosificación de aire pueda no ser recomendable en el caso del bioLNG (véase el artículo sobre el tratamiento previo).

Ejemplo: control del CO₂

Supuestos: el gas tras la purificación con membranas contiene un 2,0 % de CO₂ (20.000 ppm). Para la planta de licuefacción se exige ≤ 50 ppm. El tamiz molecular debe, por tanto, reducir la concentración 400 veces. Con un caudal de 400 m³/h, el CO₂ que hay que retener es: 400 × 0,02 = 8 m³/h ≈ 15,8 kg/h (1,98 kg/m³). Con una capacidad del sorbente de, p. ej., el 5 % de la masa (supuesto), al día se consumen aprox. 380 kg de CO₂ → aprox. 7,6 t de sorbente para regenerar en el ciclo; en la práctica se requiere el funcionamiento alterno de varios lechos. Esto demuestra que la primera solución es mejorar la purificación (p. ej., aminas o criogenia) en lugar de grandes lechos TSA.

Buenas prácticas

• Acuerde la especificación de entrada de la planta de licuefacción con el proveedor de la purificación, para que ambos sistemas se seleccionen conjuntamente.
• Instale una medición doble de humedad y de CO₂ antes de la planta de licuefacción.
• Planifique la regeneración y la sustitución de los lechos en el calendario de mantenimiento.
• Asegure un depósito de gas, para que las breves alteraciones de la calidad no obliguen a una parada.
• Lleve un registro de las mediciones de calidad, porque facilita el diagnóstico de problemas.

Dónde comprobar las especificaciones

Las especificaciones de entrada forman parte de la documentación técnica de la oferta de la planta de licuefacción, y la calidad del GNL como combustible para vehículos, de las normas y de los requisitos de los compradores. Antes de decidirse por un proveedor, solicite una tabla de límites para todos los componentes, junto con el método de medición y la variabilidad admisible en el tiempo (superaciones de corta duración, valores medios). Las respuestas a estas preguntas permiten evaluar si el sistema de depuración final será demasiado modesto o demasiado amplio respecto de las necesidades reales.

Consecuencias para el proyecto de toda la planta de biometano

Los requisitos de la planta de licuefacción influyen en la elección de la tecnología de purificación, en el sistema de compresión y en el modo de desulfuración. Si se planifica bioLNG, resulta ventajoso diseñar desde el principio una línea criogénica en la que la separación del CO₂ y la licuefacción estén integradas, en lugar de conectar la planta de licuefacción a una instalación de red ya terminada. Esta integración acorta el recorrido del gas, reduce el número de equipos y limita las pérdidas de metano, pero hace depender el proyecto del proveedor de un único sistema. Por ello conviene realizar el cálculo para ambas variantes, teniendo en cuenta el coste de las modificaciones si la decisión de licuar se toma solo tras la puesta en marcha de la instalación.

Resumen

Para la planta de licuefacción cuentan los ppm, no los porcentajes. Procure que el sistema de depuración final se diseñe con margen y que su coste se incluya en el cálculo del bioLNG.